Deep learning per analitzar vulnerabilitats del sistema elèctric.

Els mètodes de l’automatic learning, que inclouen deep learning, reinforcement learning, xarxes neuronals, etc., s’han aplicat amb èxit als estudis de xarxes intel·ligents. Aquests mètodes s’utilitzen per predir corbes de càrrega, de les fonts d’energia fotovoltaica i eòlica,  preus de l’electricitat, caigudes de tensió i vulnerabilitats del sistema d’energia; programar esdeveniments a mitjà termini, com ara compres de combustible i talles de manteniment preventiu; i  mantenir la seguretat, millorar l'economia i optimitzar les decisions en els mercats d'electricitat. 

Les aplicacions de l’automatic learning en les anàlisis de contingència, han inclòs una tècnica de fusió de dades per inferència difusa que no es veu afectada pels tipus i la gravetat dels errors i pel processament de dades asíncron que s’aplica per millorar la precisió de la ubicació de la fallada. El deep learning,  també es va aplicar a les anàlisis de resiliència i reforç del sistema de potència per determinar l’impacte dels huracans i altres condicions severs meteorològiques, on els components del sistema d’energia es van dividir en danyats i operables i es va formar un únic classificador com a entrada a l’algorisme d’automatic learning, mitjançant  la funció transitori energètic per obtenir els límits de decisió. Les aplicacions del reinforcement learning incloïen esquemes adaptatius de control d’emergències per gestionar les variacions de dades i les incerteses dels sistemes d’energia.

Es va desenvolupar un simulador d’interrupció en cascada (CS) mitjançant mètodes estadístics i d’optimització. Es va establir un model d’optimització convexa no lineal resolt per el saddle point dynamics per a la previsió d’interrupció en cascada, que podria millorar els efectes de  les interrupcions en cascada ajustant la potència injectada. Es va desenvolupar un model de programació dinàmica, centrat en la identificació de les branques clau de la xarxa i les pertorbacions inicials que causaven interrupcions en cascada. Es va introduir un algorisme d’identificació del risc basat en el principi del valor màxim. A continuació, es van afegir restriccions de risc per manifestar l'impacte de les caigudes en cascada en el model d'enviament econòmic i es va proposar un model d'optimització de la gestió del risc per equilibrar economia i risc. A més, es va utilitzar un mètode estadístic per identificar dispositius de xarxa crítics basats en dades grans per a interrupcions en cascada. D'acord amb,

Es va proposar un mètode,  per predir la cadena d’interrupció, que localitzava components claus i interaccions entre interrupcions en cascada. Per identificar els components clau i quantificar els impactes als corresponents, es va introduir un model probabilístic per identificar els patrons de propagació de les interrupcions en cascada. Ampliant la xarxa d’una sola capa anterior, es va utilitzar un gràfic interactiu de múltiples capes per predir les propagacions d’interrupció i les mesures de mitigació de la cerca, que podrien identificar amb més eficàcia els components crítics que afecten les propagacions entre capes. No obstant això, els canvis inicials en les condicions límit  del CS, poden portar a resultats diferents. Per tant, per resoldre aquest tipus de problemes, és molt lent i poc pràctic dur a terme el CS per a totes les possibles condicions límit inicials a les aplicacions on-line. 

El mètode automatic learning, es va aplicar per demostrar la seva efectivitat en l'explotació de dades del sistema d'energia per a anàlisis de vulnerabilitats i gestió d'interrupcions. El problema de lliurament de càrrega basat en esdeveniments es va modelar jeràrquicament com un subproblema de classificació de múltiples sortides per identificar les millors ubicacions de lliurament de càrrega i es va desenvolupar un subproblema de regressió per predir les quantitats mínimes de lliurament de càrrega. L'automatic learnigng,  es va utilitzar per desenvolupar una classificació jeràrquica i un enfocament de regressió per aconseguir una millor previsió de les interrupcions en les operacions del sistema d'energia. Tanmateix, mitjançant el mètode jeràrquic, la precisió de l'entrenament aplicant directament el model de regressió va ser pobra a causa de les dues raons següents:

1.- El nombre de característiques (és a dir, estats admissibles de generació i càrrega d'autobusos) era generalment elevat. Per tant, la precisió de la solució pot patir l'adequació de les dades de formació disponibles.

2.- Molts estats inicials del conjunt d'entrenament no van conduir a la pèrdua de càrrega. Per tant, el model de l'automatic learning,  pot adoptar una distribució de sortida desigual respecte als paràmetres d'entrada. Una manera d’abordar els reptes anteriors és aplicar un model d’automatic learning híbrid mitjançant un mètode combinat de classificació i regressió.

Aplicacions d’automatic learning híbrides per l'anàlisis de vulnerabilitats del sistema:

Els darrers anys han estat testimonis de diversos black out en sistemes d’energia elèctrica amb impactes socioeconòmics substancials a tot el món. Molts d'aquests black out, van ser causats per falles locals que després es van propagar desencadenant talls en cascada en diverses regions geogràfiques. El model d’automatic learning amb les dades d’entrenament aleatori, es poden aplicar per trobar la relació entre els estats inicials d’entrada i la vulnerabilitat del sistema d’alimentació (és a dir, la pèrdua de càrrega d’emergència), on el mètode d’automatic learning pot formar el model en una etapa off-line  i utilitzar-lo per a aplicacions de vulnerabilitat on-line. A més, es pot establir un model d’automatic learning híbrid amb models combinats de classificació i regressió, on s’utilitza el model de classificació de Support Vector Machine (SVM) per jutjar si la caiguda en cascada produirà un alliberament de càrrega. Aleshores, el model de regressió que utilitza el mètode Gradient Boosting Regression (GBR) s’utilitza per descriure la relació entre les funcions d’entrada i els indicadors de sortida només per als casos en què es prescriu una reducció de càrrega. L’aplicació CS només farà un seguiment de la propagació local de falles i analitzarà la vulnerabilitat del sistema d’energia davant d’aquests incidents. El component principal del CS, inclou aplicacions complexes de teoria de xarxes per a l'anàlisi del flux de potència. La complexa teoria de xarxes tracta un sistema d'energia com un model amb un gran nombre de components, considera les interaccions entre els corresponents components i analitza les seves crítiques característiques pel que fa a les interrupcions en cascada.

El mètode d’anàlisi del flux de potència divideix el procés de les fallades contínues en diverses etapes i calcula el flux de potència recursivament per trobar les línies sobrecarregades. Es considera un model de flux de corrent altern que té en compte la desviació de freqüència per calcular les variacions de freqüència en cas d’aturades en cascada, que poden captar amb precisió patrons de propagació d’interrupcions. A causa de la seva eficiència i simplicitat, s’utilitza un flux d’alimentació de corrent continu que també considera les restriccions de les xarxes de control i comunicació. En conseqüència, la interdependència de les xarxes elèctriques i de comunicació es quantifica mitjançant un model interactiu en cascada, que indica que una major interdependència conduiria a una menor probabilitat d’apagades elèctriques. S’ha configurat un model a escala múltiple basat en l’arbre de Markovian per simular caigudes en cascada, i s’utilitza una estratègia de cerca cap endavant i cap enrere per accelerar la simulació. S’estableix un model de simulació dinàmica a escala múltiple amb una estratègia de redispatch basada en la sensibilitat.

El model d’automatic learning híbrid observa el fet que molts estats inicials no conduiran a la descàrrega de càrregues i utilitza el model de classificació per eliminar els casos sense perdre la càrrega. Un model d’interrupció en cascada s’aplica mitjançant la complexa teoria de la xarxa, que es refereix a les característiques de càrrega elèctrica per analitzar les vulnerabilitats de la xarxa. S'introdueix un indicador de robustesa per analitzar l'impacte de les caigudes en cascada, que demostra que atacs més petits i càrregues més grans poden reduir el risc de caigudes en cascada. El mètode del procés de ramificació de Galton-Watson s’introdueix al CS per estimar el traçat d’interrupció en cascada i la mida d’apagada corresponent. S’utilitza un mètode de procés de ramificació multi-tipus basat en inversions Lagrange-Good per quantificar la propagació de l’apagada i analitzar les interdependències entre els diferents sistemes d’infraestructura.

El diagrama de flux de l’enfocament d’automatic learningc híbrid es mostra a la figura 1, que inclou els quatre passos següents:

Pas 1: S’implementa el CS que utilitza fluxos d’alimentació de CA off-line per generar les dades de formació. Els estats inicials se seleccionen aleatòriament i es desplega el model CS per a cada estat inicial, on la generació i les càrregues del sistema d’energia s’ajusten dinàmicament i es redistribueixen els fluxos d’energia per quantificar la mètrica de vulnerabilitat.

Pas 2: S’adopta l’algorisme SVM per classificar les dades d’entrenament en dos conjunts de descàrregues de càrrega i sense.

Pas 3: S'aplica al GBR, les dades de distribució de càrrega per determinar la relació entre els estats de tall de corrent d'entrada i la mètrica de vulnerabilitat.

Pas 4: Es desplega el mètode de validació creuada per tornar a mostrejar el conjunt de dades, avaluar el model d'aprenentatge automàtic proposat i quantificar l'error relatiu entre la regressió prevista i els valors reals.

Fig. 1 Diagrama de flux de l'algorisme híbrid d'automatic learning

Font: IEEE Smart Grids

Intel·ligència artificial a les xarxes intel·ligents per als països en desenvolupament.

Amb l’augment de les energies renovables al mercat de l’energia i les variacions contínues que s’han dut a terme per implementar un sistema d’energia altament controlable i interactiu, els sistemes energètics actuals es tornen extremadament complexos.

El desenvolupament del deep learning i les tecnologies bàsiques, com ara processadors multicore i acceleradors matemàtics per a les xarxes neuronals, han convertit a la Intel·ligència Artificial (IA) en un component industrialitzat massivament en l’àmbit tecnològic modern. Per tant, per donar suport als sistemes existents i ampliar la flexibilitat i l’aplicabilitat de les xarxes intel·ligents, la IA s’ha adaptat amb naturalitat. Tot i això, tot i que els països desenvolupats recomanen l’adaptació d’aquestes tecnologies, la perspectiva dels països en desenvolupament en termes de redefinir el sistema energètic existent i adaptar la IA i altres tecnologies d’aquest tipus per proporcionar una flexibilitat millorada en el sistema, està encara a un nivell considerablement baix. Tot i que la implementació de les tecnologies relacionades amb la IA a les xarxes energètiques existents dels països en desenvolupament es constitueix amb diverses complicacions a causa de la manca de mostres de dades, imperfeccions en la infraestructura disponible i problemes de fiabilitat, les xarxes intel·ligents habilitades per la IA poden permetre l’optimització de la font d'alimentació, anàlisi del comportament en l'ús d'energia per part dels usuaris i diagnòstic predeterminat de fallades.

Intel·ligència artificial i xarxes intel·ligents

La xarxa elèctrica ha experimentat nombrosos canvis i desenvolupaments segons els requeriments de la humanitat i els avenços tecnològics del món. El procediment de desenvolupament s’ha integrat molt amb els diversos resultats de la investigació, així com per facilitar els requeriments d’energia, equilibrant la demanda d’energia, augmentant l’eficiència del sistema, reduint el malbaratament energètic, minimitzant la petjada de carboni i augmentant l’eficàcia del cost.

Amb la creixent evolució que es pot observar en el camp de les tecnologies de la informació,  actualment, les xarxes elèctriques clàssiques es converteixen en adaptacions molt més intel·ligents. Així, en el camí del progrés, les adaptacions com les xarxes intel·ligents i les micro-xarxes han començat a jugar un paper important, però, en l'actualitat, els conceptes es desenvolupen encara més. La funcionalitat intel·ligent dins de la xarxa d’energia té, el paper principal en el context actual, però augmentar encara més la seva eficiència en termes de costos i gestió de l’energia és un objectiu important.

Per tant, la Intel·ligència Artificial (IA) s’ha considerat adequada per equilibrar el control i subministrament d’energia a la xarxa. Ha estat capaç de millorar el rendiment de les xarxes intel·ligents en termes d’agrupació dinàmica, augment de l’evolució de preus, millora dels mecanismes d’aïllament de fallades, creació de capacitats d’autoorganització i adaptació de tècniques d’auto-diagnòstic al sistema.

Reptes, avantatges i el paper de la IA a les xarxes intel·ligents

La pressa passada en desenvolupar les activitats relacionades amb la Intel·ligència Artificial i adaptar-les a les respectives operacions d’estalvi d’ingressos i costos, ha començat l’aparició d’un nou esquema de xarxa energètica fortament alimentat per conceptes i metodologies relacionades amb la IA. Van sorgir noves preguntes i reptes  a través de l'adaptació, com ara la incertesa en les càrregues previstes, els errors en els càlculs i el requisit de recursos computacionals elevats. També va ser capaç de proporcionar metodologies i sistemes de subministrament d'energia més avançats que inclouen capacitats de presa de decisions autònomes, insensibilitat a l'estructura del mercat i l'adaptació del procés per proporcionar millors resultats en problemes d'optimització amb restriccions elevades.

La majoria dels països desenvolupats arreu del món, ja estan adaptant tecnologies basades en la IA per controlar i supervisar els sistemes, mentre que també les utilitzen en aspectes  com: 

- Abordar els canvis a la xarxa elèctrica necessaris per improvisar als canvis suplementaris mitjançant la reducció de residus d’energia, facilitant i accelerant l’ús de fonts d’energia neta i renovable i millorant la planificació, funcionament i control dels sistemes d’energia,

- Intercanvi d'informació i comunicació bidireccional, 

- Configuració de sistemes a través de proveïdors d’energia

-  Mesurament de les activitats relacionades amb la xarxa.

L’ús del sistema automatitzat i basat en la IA ha afectat enormement l’eficàcia, la precisió (depenent de les dades proporcionades) i l’eficiència del sistema d’energia, alhora que ha permès l’acollida d’una combinació ciberfísica als sistemes energètics.

Algunes de les tècniques de la IA adaptades a la xarxa intel·ligent i els seus procediments de desenvolupament relacionats inclouen:

• Gestió dels usuaris i controladors de la xarxa
• Estratègies d’operació basades en sistemes per a la xarxa
• Optimització de les fonts d'alimentació
• Tècniques de distribució intel·ligent basades en consensos
• El deep-learning ha permès mecanismes de costos
• Sistemes intel·ligents d’emmagatzematge d’energia
• Tècniques intel·ligents de regulació de perfils de voltatge mitjançant algorismes intel·ligents

 Perspectiva per als països en desenvolupament

Les xarxes de la majoria dels països en desenvolupament té una dècada d’antiguitat i comprèn tècniques extremadament ineficients. Per exemple, la majoria dels països no són capaços de localitzar les posicions exactes de les avaries i falles elèctriques tret que els consumidors informin a les autoritats competents. En aquestes circumstàncies, la implementació de les xarxes intel·ligents s'ha identificat com una metodologia molt eficaç i més adequada per donar suport als requeriments dels països.

Molts països desenvolupats, especialment els de la regió asiàtica, han implementat xarxes intel·ligents per tal de satisfer les necessitats dels usuaris d’energia mentre implementen mecanismes per reduir el poder humà gastat en el subministrament adequat d’energia a la comunitat.

Tanmateix, tenint en compte els requisits de la societat, l’augment de la població i el creixent  desenvolupament massiu d’indústries i perspectives tecnològiques relacionades als països, és més viable assegurar la millora de la xarxa intel·ligent amb tècniques més sofisticades i avançades per millorar encara més el sistema. A diferència dels països desenvolupats, els països en desenvolupament tenen l’oportunitat d’abraçar les tècniques que ja s’han implementat als principals països del món, millorant així la via de progressió de la xarxa energètica mitjançant l’ús de xarxes multidireccionals i multicanal per millorar la flux d'energia unidireccional o bidireccional entre proveïdors d'energia i clients o prosumidors.

Font: IEEE Smart Grid

Noves bateries que incrementaran l'autonomia i permetran baixar el preu dels EV.

General Motors, explica que un avenç en la química de les bateries reduirà el preu dels seus vehicles elèctrics de manera que siguin iguals als que funcionen amb gasolina en un termini de cinc anys. La tecnologia també augmentarà el rang per càrrega fins a 700 km.

Un petit SUV elèctric podria costar menys de 30.000 US$ i es pretén desplegar 30 models amb bateria a tot el món per al 2025. Gairebé tots els vehicles elèctrics actuals costen més de 30.000 US$.

Sembla ser que la tecnologia dels vehicles elèctrics evolucionarà molt ràpidament de manera que, pot convertir-se en el combustible principal per al transport abans del que és pensava.

L'anunci de GM es troba entre una sèrie de recents punts d'inflexió dels vehicles de combustió interna fins a vehicles elèctrics. Ford i Fiat Chrysler, recentment van anunciar plans per construir vehicles elèctrics i components a les fàbriques canadenques, i Volkswagen, el fabricant d’automòbils més venut del món, augmenta la seva despesa i models de vehicles elèctrics. 

El que s'està veient, és que hi ha suficient confiança en els  costos que es creu que es pot oferir aquests vehicles al cost  similar als vehicles de combustió interna.

Els avenços, arriben a mesura que les regulacions governamentals sobre la contaminació es van fent més restrictives arreu del món. Califòrnia i el Regne Unit, recentment van anunciar plans per prohibir les vendes de vehicles nous que funcionin amb combustible fòssil  en els propers 10 -15 anys. És probable que el president dels EUA, restableixi les regulacions governamentals sobre economia de combustible que van estar endarrerides pel president Donald Trump.

Si es revisen totes les previsions de les estimacions, en general, es preveu que la demanda pugui augmentar, es creu que la indústria s'està transformant i, per tant, es vol estar a l'avantguarda.

La nova química de les piles de bateries, que ara està sotmesa a proves inicials en un laboratori del centre tècnic suburbà de Detroit, de GM, pot contenir el doble d’energia que les bateries actuals de vehicles elèctrics de la companyia, va dir Parks. També costaran un 60% menys que les bateries actuals del cotxe elèctric Chevrolet Bolt, va dir.

La química, que utilitzarà ànodes de liti metàl·lic, ajudarà a GM a empaquetar cel·les de bateria per a una àmplia gamma de vehicles a diferents preus i intervals. Les noves cel·les de bateria també les utilitzarà Honda, que s’associa amb GM i el proveïdor de piles de bateries LG Chem de Corea.

La propera generació de bateries de GM, que es produiran el proper any, ja redueix els costos dels vehicles elèctrics, de manera que seran similars als vehicles de motors de combustió interna, especialment quan es tenen en compte els costos del combustible.

GM fabricarà les seves pròpies bateries per aprofitar les economies d'escala a mesura que es venen més vehicles elèctrics. La companyia hauria de superar el seu objectiu de vendre 1 milió de vehicles elèctrics a tot el món en el 2025.

Alguns vehicles elèctrics de luxe i més cars, com el Tesla Model S, ofereixen bateries grans i autonomies de més de 400 km, però  GM planeja portar la gamma més alta als mercats de gammes mitges. Un abast de 700 km és gairebé igual al que la gent gaudeix d'un tanc de gasolina.

Font: General Motors.

BigData for Innovative and Sustainable Energy Solutions

The BD4OPEM project aims to design, develop and deploy a marketplace to provide innovative energy services for the reliable operation of the smart grid. These energy services will be provided through an open, modular data analysis toolbox and deployment of a generic data format for a data lake. In this project, the data coming from the diverse energy domain sources will be put at the disposal of advance energy service developers through the marketplace and, on the other hand, new services will be offered through the marketplace to the different energy actors. The architecture of BD4OPEM is based on the Smart Grid Architectural Model (SGAM), a reference for development, model and tools for Smart Grid Information Security, created by the Smart Grid - Coordination Group (SG-CG).

link

Centrals solars a l'espai.

Centrals solars gegants que suren a l’espai i que transmeten enormes quantitats d’energia cap a la Terra. 

L’Agència Espacial Europea s’ha adonat del seu potencial de manera que,  ara està buscant finançar aquests projectes, predient que el primer recurs industrial que s'obtindria de l’ espai és la   potència de llum.

El canvi climàtic és el repte més gran d'aquests temps, de manera que hi ha moltes coses en joc. Des de l’augment de les temperatures mundials fins a canvis en els patrons meteorològics, els impactes del canvi climàtic ja es noten a tot el món. Per superar aquest repte, es requereixen canvis radicals en la manera com es genera i es consumeix energia .

Les tecnologies d’energies renovables s’han desenvolupat amb una eficiència millorada i un cost més baix. Però una barrera important per a la seva captació és el fet que no proporcionen un subministrament constant d’energia. Els parcs eòlics i solars només produeixen energia quan el vent bufa o el sol brilla, però necessitem electricitat les 24 hores de cada dia. En definitiva, es necessita una manera d’emmagatzemar energia abans de poder canviar a fonts renovables.

Avantatges de l’espai

Una manera d’evitar-ho seria generar energia solar a l’espai. Hi ha molts avantatges. Una central solar basada en l’espai podria fer una òrbita cap al Sol les 24 hores del dia. L’atmosfera terrestre també absorbeix i reflecteix part de la llum del Sol, de manera que les cel·les solars situades sobre l’atmosfera rebran més llum solar i produiran més energia.

Però un dels principals reptes per superar és com muntar, llançar i desplegar estructures tan grans. Una estació solar pot tenir una superfície de 10 km2, què és una àrea equivalent a 1.400 camps de futbol. També serà fonamental l’ús de materials lleugers, ja que la despesa més gran serà el cost de llançar l’estació a l’espai amb un coet.

Una solució, seria desenvolupar un eixam de milers de satèl·lits més petits que s’ajuntaran i es configuraran per formar un sol generador solar gran. En el 2017, investigadors de l’Institut de Tecnologia de Califòrnia van esbossar els dissenys d’una central elèctrica modular, formada per milers de rajoles de cel·les solars ultralleugeres. També es va demostrar un prototip de rajola que pesava només 280 g per metre quadrat, similar al pes de la targeta.

Recentment, també s’està estudiant l’evolució de la fabricació, com és la impressió en 3D. A la Universitat de Liverpool, s'està explorant noves tècniques de fabricació per imprimir cel·les solars ultralleugeres a veles solars. Una vela solar és una membrana plegable, lleugera i altament reflectant capaç d’aprofitar l’efecte de la pressió de radiació del Sol per impulsar una nau espacial sense combustible. S'està explorant com incrustar cel·les solars en estructures de vela solar per crear centrals solars grans sense combustible.

Aquests mètodes, permetrien construir les centrals elèctriques a l’espai. De fet, un dia podrà ser possible fabricar i desplegar unitats a l'espai des de l'Estació Espacial Internacional o la futura estació de la porta lunar que orbitarà la Lluna. Aquests dispositius, de fet podrien ajudar a proporcionar energia a la Lluna.

Les possibilitats no s’acaben aquí. Tot i que actualment depenem de materials de la Terra per construir centrals elèctriques,  també es plantegen utilitzar recursos de l’espai per a la fabricació, com ara els materials que es troben a la Lluna.

Un altre repte important, serà recuperar la potència transmesa a la Terra. El pla és convertir l’electricitat de les cèl·lules solars en ones d’energia i utilitzar camps electromagnètics per transferir-los a una antena de la superfície terrestre. L'antena convertiria les ones de nou en electricitat. Ja s'han desenvolupats dissenys i s'han demostrat un sistema d'òrbita que hauria de ser capaç de fer-ho.

Encara queda molta feina per fer en aquest camp, però l'objectiu és que les centrals solars a l'espai es facin realitat en les properes dècades. Els investigadors de la Xina han dissenyat un sistema anomenat Omega, que es pretén que sigui operatiu en el 2050. Aquest sistema hauria de ser capaç de subministrar 2GW d'energia a la xarxa de la Terra amb el màxim rendiment. Per produir tanta energia amb panells solars a la Terra, caldrien més de sis milions .

Els satèl·lits d’energia solar més petits, com els dissenyats per alimentar rovers lunars, podrien estar operatius encara més aviat.

A tot el món, la comunitat científica dedica temps i recursos pel desenvolupament de centrals solars a l’espai. S'espera que algun dia puguin ser una eina vital en la  lluita contra el canvi climàtic.

Ramon Gallart.

Personalised ICT-tools for the Active Engagement of Consumers Towards Sustainable Energy

Eco-bot project aims to utilize recent advances in chatbot tools and advanced signal processing (i.e. energy disaggregation) using low-resolution smart meter-type data with the goal of changing their behaviour towards energy efficiency. Eco-Bot targets to a personalized virtual energy assistant to deliver information on itemized (appliance-level) energy usage through a chat-bot tool. The "chat-bot" functionality will use an attractive frontend interface, permitting seamless communication in a more natural and interactive way than a traditional mobile application. This way, eco-bot aims to achieve a higher level of engagement with consumers than previous efforts (i.e. serious games, gamification, competitions or other interactive ICT), by adding a more engaging form of interaction with existing platforms that has been proven in different market settings.

A creation of an energy efficiency model is crucial for minimizing energy consumption through user engagement. This can be allowed by the design of targeted and highly personalized measures aimed to engage users towards a sustainable energy consumption. For this purpose, a new multi-component taxonomy of energy recipients for eco-bot’s behavioural model was created based on the results of the empirical research.

link

Font: IEEE Smart Grids.

Autobusos d'hidrogen a la ciutat escocesa d'Aberdeen.

La ciutat escocesa d'Aberdeen va gaudir d'un boom després del descobriment del petroli al mar del Nord als anys seixanta, el qual va desenvolupar un paper central en la seva indústria.

Ara es prepara per llançar una flota dels primers autobusos de dos pisos amb hidrogen del món, ja que intenta reduir la contaminació de l’aire i així, transformar-se en una economia verda.

Els 15 vehicles emeten vapor d’aigua en lloc de monòxid de carboni i es troben en la fase final de les proves abans de posar-se en servei a les rutes  de la ciutat. Els autobusos utilitzaran una existent estació de producció i repostatge d’hidrogen que es va obrir en el 2015. De moment Aberdeen produeix 500 kg d'hidrogen verd cada dia.

L'objectiu és tenir un hub d'hidrogen en tres anys que produeixi tres tones i mitja de gas al dia. Els autobusos de color verd i blanc, construïts per la companyia Wrightbus a Irlanda del Nord, costen 500.000 lliures (658.000 dòlars, 555.000 euros) cadascun.

Complementen la flota existent de furgonetes municipals i escombradores de carretera que ja funcionen amb hidrogen i electricitat.  La ciutat espera que el projecte de 8,3 milions de lliures, finançat parcialment pel govern escocès i la Unió Europea, ajudi a desenvolupar una indústria d’hidrogen a la regió a mesura que creixi la demanda.

La tecnologia de l’hidrogen és present des de fa diversos anys, però la demanda de gas s’ha multiplicat per tres des del 1975, segons l’Agència Internacional de l’Energia. El gas es pot produir mitjançant electròlisi, que consisteix a fer passar un corrent elèctric a través de l’aigua per dividir-lo en hidrogen i oxigen, reduint les emissions de carboni.

Però el desenvolupament de la infraestructura necessària és lent, això, frena l’adopció generalitzada de la tecnologia.

Els projectes que utilitzen tecnologia d’hidrogen han augmentat en freqüència a mesura que les empreses i els governs intenten reduir les emissions de carboni i la contaminació de l’aire, sobretot pel transport per carretera .

Eficiència i avituallament

En el 2019, es va desplegar el primer sistema d’autobusos alimentat per hidrogen del món a la ciutat de Pau, al sud-oest de França. El sistema, anomenat Febus, utilitza autobusos Van Hool de 18 metres de longitud en una línia dedicada de sis 6 km al centre de la ciutat.

Actualment, Escòcia està provant el primer transbordador alimentat amb hidrogen del món al European Marine Energy Center, a l’illa de les krcades, a l’extrem de la costa nord-est del país.

A Anglaterra també s’està provant un tren que funciona amb hidrogen, amb l’objectiu de transportar passatgers a finals de l’any vinent. Al Regne Unit, el combustible hidrogen, costa entre 10 i 15 lliures per kg i els preus varien en funció de la disponibilitat de les estacions de combustible.

El autobusos de doble pis,  alimentats per hidrogen es poden mantenir i repostar al mateix cost que els autobusos dièsel. Els vehicles són tan eficients com els seus equivalents elèctrics i que el subministrament de combustible dura menys de 10 minuts. També són més silenciosos i proporcionen una acceleració més suau que els autobusos convencionals.

És una oportunitat de mirar el transport generalment sobre com es pot afavorir un canvi de model, l'important del projecte és que s'ha d'entendre la fiabilitat i el rendiment d'aquests vehicles.

Font: Ciutat escocesa d'Aberdeen

Les fonts d'energia renovables creixen tot i el COVID.

La pandèmia del coronavirus ha estat un cop dur per a la demanda d'energia, però el creixement de les energies renovables en el sector de l'energia elèctrica ha continuat creixent a bon ritme, segons un informe de l'AIE.

Els panells fotovoltaics (PV) eòlics i solars s’estan convertint en la principal font d’electricitat que en pocs anys, ja ha superant al gas natural i després al carbó.

En el 2025, les energies renovables es convertiran en la font de generació d'electricitat més gran del món i acabaran les cinc dècades del carbó com a la font elèctrica més important.

En aquest moment, s'espera que les energies renovables subministrin un terç de l'electricitat mundial i la seva capacitat total serà el doble de la capacitat total de la Xina actual.

L' informe anual de l'AIE sobre energies renovables va posar en marxa la nova capacitat de generació d'electricitat renovable per a un rècord de gairebé 200 gigawatts aquest any malgrat les interrupcions causades pel coronavirus.

L’electricitat generada per les energies renovables augmentarà un 7 per cent a nivell mundial en el 2020 malgrat una caiguda anual del 5 % de la demanda mundial d’energia, la més gran des de la Segona Guerra Mundial, segons l’AIE.

A més, l'agència amb seu a París que assessora els països avançats en matèria de política energètica , preveu que el creixement de l'energia renovable estableixi un altre rècord en el 2021.

El fort ritme de creixement es deu en part a la ferma aposta dels inversors. L'AIE va assenyalar que les accions de fabricants de renovables cotitzats públicament i desenvolupadors de projectes han superat el sector energètic general i la majoria dels índexs borsaris més importants.

Les subvencions també han tingut un paper important i l'informe de l'AIE va dir que els responsables polítics han de prendre mesures per mantenir l'impuls, ja que l'expiració dels incentius podria conduir a una disminució el 2022. Les energies renovables són resistents a la crisi del COVID, però no a les incerteses polítiques.

No obstant això, si es mantenen els incentius, l'AIE preveu que el creixement de l'energia solar fotovoltaica i la eòlica, puguin seguir creixent al 25% el 2022.

Els governs poden abordar aquests problemes per ajudar a aconseguir una recuperació sostenible i accelerar les transicions d'energia neta. Però les energies renovables fora del sector elèctric pateixen l’impacte de la pandèmia del coronavirus.

Els bio-combustibles s’han vist afectats per la caiguda del transport i de l’activitat industrial, ja que els països han establert restriccions per frenar la propagació del coronavirus.

Font: International Energy Agency

La bateria d’ions de liti que evita incendiar-se.

Un un estudi realitzat a Stanford i SLAC, les bateries de liti-ió fabricades amb els actuals col·lectors de corrent, es van incendiar quan van ser exposades a una flama i es van cremar vigorosament fins que es va cremar tot l’electròlit. Les bateries amb els nous col·lectors ignífugs van produir flames febles que es van apagar en pocs segons.

S'ha desenvolupat un nou material polimèric que s'utilitza per als col·lectors actuals. Aquest nou disseny fa que als col·lectors actuals, els augmenti l'eficiència de les bateries d'ió Li i redueixi els riscos d'incendis associats a aquestes bateries.

Els col·lectors de corrent són primes làmines de metall que distribueixen el corrent dels elèctrodes de les bateries. Normalment, aquestes làmines metàl·liques estan fetes de coure. S'ha redissenyat aquests col·lectors  de manera que, encara que estiguin fets en gran part de coure,  estan envoltats per un polímer.

El polímer fa que el col·lector actual sigui un 80% més lleuger, cosa que provoca un augment de la densitat d’energia del 16 al 26%. Es tracta d’un augment significatiu respecte a l’augment anual mitjà de la densitat d’energia de les bateries de ions de Liti, que s’ha quedat en un 5% .

S'ha redissenyat els conductors de corrent, les primes làmines metàl·liques que distribueixen el corrent  dels elèctrodes i així poder fer les bateries de ions de liti més lleugeres, segures i eficients. Es va substituir el conductor central que era  totalment de coure, per una capa lleugera de polímer recobert de coure ultra prim (veure imatge anterior,  part superior dreta) i s'ha incorporat ignífug a la capa de polímer per apagar les flames (veure imatge anterior, part inferior dreta). 

Aquest mètode d’alleugeriment de les bateries és un nou enfocament per augmentar la densitat d’energia. Al llarg dels anys s'han vist molts intents d’augmentar la densitat d’energia ampliant la superfície dels elèctrodes mitjançant l’ús de nous materials d’elèctrodes, com el silici nano-estructurat en lloc del carbó activat. Tot i que l’augment de la superfície pot augmentar la capacitat de càrrega, la densitat d’energia es calcula per l’energia total sobre el pes total de la bateria.

S'ha calculat  un augment del 16 % al 26 %  en la densitat d’energia gravimètrica de les seves bateries substituint els col·lectors de corrent  de coure / alumini (8,06 mg / cm 2 per al coure i 5,0 mg / cm 2 per a l’alumini) per les seves col·leccions de polímers. col·lectors de corrent (1,54 mg / cm 2 per a material polímer-coure i 1,05 mg / cm 2 per a polímer-alumini). 

Els actuals col·lectors no contribueixen a l'energia total, sinó que contribueixen al pes total de la bateria. És per això que s'anomena " pes mort " dels actuals col·lectors a les bateries, en contrast amb el " pes actiu " dels materials dels elèctrodes.

Font: Univertitat de Stanford