Projecte de Nikola Tesla i el 5G.

En el moment més àlgid de la seva carrera, el pioner enginyer elèctric Nikola Tesla es va obsessionar amb una idea. Va teoritzar que l’electricitat es podia transmetre sense fils a través de l’aire a llargues distàncies, ja sigui mitjançant una sèrie de torres posicionades estratègicament o saltant a través d’un sistema de globus suspesos.

Les ambicions de Tesla per a un subministrament elèctric global sense fils mai es van realitzar. Però la teoria en si mateixa no es va refutar: simplement hauria requerit una quantitat extraordinària de potencia amb una eficiència molt pobre.

Ara, un article de recerca, comenta que els arquitectes de la xarxa 5G poden haver fet sense voler allò que Tesla no va aconseguir construir a principis del segle XX: una "xarxa elèctrica sense fils" que es podria adaptar per carregar o alimentar petits dispositius incrustats als cotxes, llars, llocs de treball i fàbriques.

Com que el 5G es basa en una densa xarxa de pals i una potent sèrie d'antenes, és possible que la mateixa infraestructura, amb alguns ajustaments, pugui transmetre energia a petits dispositius. Però aquesta transmissió d'energia segueix sense resoldre l’inconvenient clau de les torres de Tesla: la pobre eficiència, el qual, pot ser difícil de justificar donada la urgència de la crisi climàtica.

Xarxes 5G

Fa dècades, es va descobrir que un feix de ràdio molt selectiu pot transmetre energia a distàncies relativament grans sense utilitzar un cable per  fer possible alimentar una càrrega. La mateixa tecnologia s’utilitza ara a la xarxa 5G: l’última generació de tecnologia per emetre connexió a Internet al telèfon, mitjançant ones de ràdio transmeses des d’una antena local.

Aquesta tecnologia 5G té com a objectiu proporcionar un augment de la capacitat  1.000 vegades respecte a l’última generació, el 4G, per permetre connectar fins a un milió d’usuaris per quilòmetre quadrat.

Per donar suport a això, el 5G utilitza una màgia de l’enginyeria i aquesta, es divideix en tres parts: xarxes molt denses amb molts més pals, tecnologia d’antena especials i la inclusió de transmissions d’ona mil·limètrica (mmWave) al costat de bandes més tradicionals.

 

L'últim d'ells, mmWave, fa possible obrir molt més ample de banda a costa de distàncies de transmissió més curtes. Per context, la majoria d’encaminadors WiFi funcionen a la banda de 2 GHz. Si es disposa de l'opció de 5 GHz, es pot observar que les pel·lícules es transmeten de manera més fluida, però cal estar més a prop de l'encaminador perquè funcioni.

Al augmentar encara més la freqüència (com mmWave, que funciona a 30 GHz o més), es poden observar millores encara més grans gràcies a l’amplada de banda, però cal estar més a prop de l’estació base per accedir-hi. És per això que els suports de les bases 5G, estan més densament agrupats que els pals 4G.

Una altre aspecte molt interesant, és afegir moltes més antenes, matrius que van des de 128 i 1.024 en comparació amb un nombre molt més petit (només dos en alguns casos) per al 4G. Les múltiples antenes, permeten que els suport  formin centenars de feixos semblants a com si es tractessin de llapis dirigits a dispositius concrets, per proporcionar internet eficient i fiable als telèfons en moviment.

Aquests són els mateixos elements necessaris per crear una xarxa elèctrica sense fils. L’augment de la densitat de la xarxa és particularment important, ja que obre la possibilitat d’utilitzar bandes mmWave per transmetre diferents ones de ràdio que poden transportar tant connexió a Internet com energia elèctrica.

Experimentant amb potència 5G

Aquest experiments, han estat utilitzant nous tipus d'antena per facilitar la càrrega sense fils. Al laboratori, els investigadors van poder transmetre una potència 5G a una distància relativament curta de poc més de 2 metres, però esperen que una versió futura del seu dispositiu sigui capaç de transmetre 6μW  a una distància de 180 metres.

Per posar-ho en context, els  dispositius d’Internet de les coses (IoT)  habituals, consumeixen uns 5 μW, però només quan estan en mode de hivernació profunda. Per descomptat, els dispositius IoT necessitaran cada vegada menys energia per funcionar a mesura que es desenvolupin algorismes intel·ligents i es desenvolupin sistemes electrònics més eficients, però els 6μW segueixen sent una quantitat de potència molt petita.

Això significa, com a mínim i de moment, que és poc probable que sigui pràctica l’alimentació sense fils 5G  per carregar el telèfon mòbil. Però podria carregar o alimentar dispositius IoT , com ara sensors i alarmes, que s’espera que es generalitzin en el futur.

A les fàbriques, per exemple, és probable que s’utilitzin centenars de sensors IoT per controlar les condicions dels magatzems, per predir fallades a la maquinària o per fer un seguiment del moviment de peces al llarg d’una línia de producció. Poder transmetre energia directament a aquests dispositius IoT afavorirà el pas a pràctiques de fabricació molt més eficients.

Però cal abans superar altres reptes.

Per proporcionar energia sense fils, a les bases 5G, calen uns 31 kW.

Tot i que els científics àmpliament  han debatut sobre les preocupacions sobre si la tecnologia 5G podria causar càncer, aquesta quantitat de potencia que emanen de les antenes podria ser insegura. Un càlcul aproximat, mostra que els usuaris hauran de mantenir-se a una distància mínima de 16 metres de les antenes 5G per complir les normes de seguretat establertes per la Comissió Federal de Comunicacions dels Estats Units.

Dit això, aquesta tecnologia està als seus inicis. Sens dubte, és possible que els enfocaments futurs, com ara una nova antena amb feixos més estrets i orientats, puguin reduir significativament l’energia necessària i malgastada per cada base.

En l'actualitat, el sistema proposat recorda bastant al fictici  Wonkavision de Charlie and the Chocolate Factory de Roald Dahl, que va aconseguir la proesa ficticia per televisió de transmetre productes, però va haver d'utilitzar un enorme bloc de xocolata per produir-ne un de molt més petit a l’altre extrem.

Com que consumirà una gran quantitat d'energia en comparació amb l'energia que subministrarà als dispositius, l'energia sense fils 5G és, de moment, especulativa. Però si l'enginyeria pot trobar maneres més eficients de transmetre electricitat a través de l’aire, pot ser que el somni de Nikola Tesla d’energia sense fils es pugui realitzar, més de 100 anys des que van fallar els seus intents.

Font: The Conversation

Un nou tipus de bateria que es pot carregar deu vegades més ràpid que una bateria de ions de liti.

És difícil imaginar la vida quotidiana sense bateries de ions de liti. Dominen el mercat de les bateries de petit format per a dispositius electrònics portàtils i també s’utilitzen habitualment en vehicles elèctrics. Al mateix temps, les bateries de ions de liti presenten una sèrie de problemes seriosos, com seria un risc potencial d’incendi i una pèrdua de rendiment a temperatures fredes, així com un considerable impacte ambiental pel reciclatge.

Els químics han estat explorant polímers que continguin nitroxil actiu redox com a materials per emmagatzemar energia electroquímica. Aquests polímers, es caracteritzen per una alta densitat d’energia i una ràpida velocitat de càrrega i descàrrega a causa de la cinètica redox. Un repte cap a la implementació d’aquesta tecnologia, és la conductivitat elèctrica insuficient. Això impedeix la recollida de càrregues fins i tot amb additius molt conductors, com és el carboni.

A la recerca de solucions per superar aquest problema, es va sintetitzar un polímer basat en el complex níquel-salen (NiSalen). Les molècules d’aquest metall-polímer actuen com un fil molecular al qual s’uneixen uns penjolls de nitroxil que consumeixen molta energia. L'arquitectura molecular del material permet assolir un alt rendiment de capacitància en un ampli rang de temperatura.

Aquest  concepte de material  es va assolir en el 2016. En aquell moment, es va començar a desenvolupar un projecte fonamental  Materials d'elèctrodes per a bateries de liti-ió basades en polímers organometàl·lics. Va ser recolzat per una subvenció de la Russian Science Foundation. Quan van estudiar el mecanisme de transport de càrregues en aquesta classe de compostos, es va descobrir que hi ha dues direccions clau de desenvolupament:

1.- Aquests compostos es poden utilitzar com a capa protectora per cobrir la cable conductor de la bateria, que d'una altra manera estaria fet de materials tradicionals de bateria de ions de liti. 

2.- Es poden utilitzar com a component actiu dels materials d'emmagatzematge d'energia electroquímica.

El polímer va trigar més de tres anys a desenvolupar-se. Durant el primer any, es  va provar el concepte del nou material de manera que es van combinar components individuals per simular la columna vertebral conductora elèctricament i els penjolls que contenen nitroxil actius redox. Era essencial assegurar-se que totes les parts de l'estructura funcionaven conjuntament i es reforçaven mútuament. La següent etapa va ser la síntesi química del compost. Va ser la part més difícil del projecte. Això es deu al fet que alguns dels components són extremadament sensibles i fins i tot el més mínim error d'un científic pot provocar la degradació de les mostres.

Dels diversos exemplars de polímers obtinguts, només es va trobar que un era suficientment estable i eficient. La cadena principal del nou compost estava formada per complexos de níquel amb salen. Un radical lliure estable, capaç d’oxidar i reduir ràpidament (càrrega i descàrrega), s’ha relacionat amb la cadena principal mitjançant enllaços covalents.

Una bateria fabricada amb aquest polímer, es carregarà en qüestió de segons, aproximadament deu vegades més ràpida que una tradicional bateria de ions de liti. Això ja s'ha demostrat a través d'una sèrie d'experiments. No obstant això, en aquesta etapa, encara es queda enrere en termes de capacitat, entre un 30 i un 40% menys que en les bateries de ions de liti. Actualment s'està treballant per millorar aquest indicador mantenint la taxa de descàrrega i de càrrega.

S’ha fabricat el càtode de la nova bateria: un elèctrode positiu per utilitzar-lo en fonts de corrent químic. Ara es necessita l’elèctrode negatiu: l’ànode. De fet, no s’ha de crear des de zero: es pot seleccionar entre els existents. Combinats, formaran un sistema que, en algunes zones, pot substituir aviat les bateries de ions de liti.

La nova bateria és capaç de funcionar a baixes temperatures i serà una excel·lent opció, en què la càrrega ràpida és fonamental. És segura d'utilitzar; no hi ha res que pugui suposar un risc de combustió, a diferència de les bateries basades en cobalt d'avui en dia. També conté significativament menys metalls que podrien causar danys ambientals. El níquel està present en el polímer en una petita quantitat, però n'hi ha molt menys que en les bateries de ions de liti.

Font:  Departament d'Electroquímica de la Universitat de Sant Petersburg

La diversificació pot evitar fallades en les grans xarxes elèctriques.

Les interrupcions elèctriques a Texas van posar en alerta sobre la idoneïtat de  separa la xarxa elèctrica de la resta del país. Tot i que no queda immediatament clar si la integració amb altres parts de la xarxa nacional hauria evitat completament la necessitat de les continuades falles, la incapacitat de l’Estat d’importar quantitats importants d’electricitat va ser decisiva en la falla del sistema elèctric.

Una xarxa elèctrica més gran té avantatges, però també té debilitats. Aquests riscos, s'estan estudiant a la Northwestern University esperen abordar per agilitar la integració i les millores del sistema.

Un evident repte en les xarxes més grans és evitar que les falles es propaguin entre xarxes, com va ser el cas de Texas. Una altra repete, és que tots els generadors d’energia han de mantenir-se sincronitzats amb una freqüència comuna per transmetre energia. Els Estats Units estan electrificats per tres xarxes "separades": la interconnexió oriental, la interconnexió occidental i la interconnexió de Texas, interconectades només per línies elèctriques de corrent continu. Qualsevol desviació persistent de les freqüències dins d’una regió pot provocar una interrupció.

Com a resultat, els investigadors busquen formes d’estabilitzar la xarxa cercant mètodes per mitigar les desviacions de les freqüències dels generadors rotatius d’energia.

Una nova investigació  mostra que, contràriament a les suposicions d’alguns, hi ha beneficis d’estabilitat per a l’heterogeneïtat a la xarxa elèctrica. Un equip dirigit pel físic nord-occidental Adilson Motter, que va examinar diverses xarxes elèctriques a tot Estats Units i Europa, recentment va informar  que els generadors que funcionen amb freqüències diferents tornen al seu estat normal més ràpidament quan els "interruptors" actuen  a velocitats majors respecte la resposta dels generadors que estan connectats a les respectives xarxes.

Les xarxes elèctriques són com un cor, els generadors han d'escoltar els altres generadors i han de parlar sincronitzadament ja que han de reaccionar i respondre a les freqüències dels altres.

Escoltar una freqüència fora de punt, el resultat pot ser una falla.  Donada la composició d'un sistema inter-connectat, un error es pot propagar per la xarxa. Històricament, aquests mal funcionaments s'han previngut mitjançant l'ús de controladors actius. No obstant això, sovint les falles són causades precisament per errors de control i equips. Això apunta a la necessitat de construir una estabilitat addicional dins del disseny del sistema. Per aconseguir-ho, s'ha estudiat com aprofitar les heterogeneïtats naturals de la xarxa.

Quan les freqüències dels generadors es desvien de l’estat síncron, poden girar durant molt de temps i fins i tot esdevenir més irregulars. Per mitigar aquestes fluctuacions, es van plantejar un mecanisme amb un control com si una porta tanques les pales del generador molt ràpidament de forma continua i sense variacions.

Matemàticament, el problema de les desviacions de freqüència d'amortiment en un generador d'energia és anàleg al problema d'amortir de manera òptima una porta per aconseguir que es tanqui més ràpidament, que té una solució coneguda en el cas de ser una sola porta. Però el que s'està plantejant,  no és una sola porta. És una xarxa de moltes portes que s'acoblen entre si, si us es veuen a les portes com a generadors d'energia.

En crear un efecte "amortiment òptim", en lloc de fer que cada amortidor fos idèntic, esmorteir els generadors de potència d'una manera que sigui adequadament diferent entre ells pot optimitzar encara més la seva capacitat de sincronització a la mateixa freqüència el més ràpidament possible. És a dir, una amortiment heterogeni adequat a tota la xarxa pot conduir a una millor estabilitat a les xarxes elèctriques estudiades.

Aquest descobriment podria tenir implicacions per al disseny de xarxes futures, ja que els desenvolupadors treballen per optimitzar la tecnologia i en consideracions per integrar encara més xarxes ara separades.

Font:  Northwestern University

Es necessiten més carregadors ràpids pels VE.

Un estudi recomana ampliar més estacions de càrrega ràpida per a vehicles elèctrics a mesura que es retorni a la normalitat post-pandèmic.

La recomanació es basa en un estudi dels patrons de càrrega dels vehicles elèctrics al campus de la Universitat de Califòrnia a San Diego des de principis de gener fins a finals de maig del 2020, després que la universitat hagi traslladat la majoria de les seves operacions en la modalitat de teletreball. Es preveu que els resultats de l'estudi  es poden aplicar a una àmplia de situacions.

La càrrega en els llocs de treball, és un factor crític pel transport sense emissions de carboni, ja que la electricitat consumida majorment prové de plantes d'energia solar, cosa que no succeeix  a quan un vehicle arribi al vespre a les llars  ja què a la nit, es depèn més de les centrals de combustibles fòssils.

Va ser la primera vegada que un equip de recerca recopila informació sobre els patrons de càrrega en el lloc de treball dels vehicles elèctrics durant la pandèmia COVID-19. Com era d’esperar,  motivat pel teletreball, la càrrega va disminuir dràsticament. També com era d’esperar, la càrrega al centre mèdic del campus es va veure menys afectada, ja que les instal·lacions mèdiques van continuar amb pràcticament total normalitat de manera que,  els treballadors sanitaris i els pacients van continuar utilitzant aquestes estacions de recàrrega .

Això reflecteix les tendències a nivell nacional. Els viatges amb vehicles als Estats Units van disminuir aproximadament un 40 % des de mitjans de març fins a mitjans d'abril de 2020, segons el National Bureau of Economic Research.

Però els carregadors ràpids de corrent continua (CC), que proporcionen una càrrega completa en aproximadament mitja hora, es van veure menys afectats que els que es coneixen com a carregadors de nivell 2, que proporcionen una càrrega completa durant vuit hores. L'energia enviada als carregadors de nivell 2 al campus principal de la UC San Diego va disminuir un 84%. La càrrega ràpida de CC va caure inicialment un 67%. Aquestes estacions van tornar ràpidament a l'ús gairebé normal en un curt període de temps, a diferència de les estacions de càrrega de nivell 2.

Aquest resultat,  reforça que els treballs en curs per desplegar almenys 20 carregadors de corrent continua addicionals, principalment al perímetre del campus per atendre tant els viatgers de la UC San Diego com el públic en general que necessiti recarregar.

Només quatre de cada 100 estacions de l’estudi carregaven ràpidament. A grans trets, als Estats Units, només una petita fracció de les estacions de recàrrega es carrega ràpidament i la majoria només serveixen vehicles Tesla. Per exemple, Califòrnia té prop de 31.800 estacions de recàrrega. D’aquests, gairebé 3000 són estacions de sobrecàrrega Tesla, només te disponibles per als vehicles Tesla. 470 addicionals són les estacions de corrent continua gestionades per Chargepoint amb seu a Califòrnia.

L'estudi va examinar 100 estacions de recàrrega en 28 estacionaments. Concretament, els investigadors van trobar que des del 11 de març al 20 de maig de 2020:

1.- La càrrega al campus principal va caure un 84% respecte als nivells prepandèmics

2.- La càrrega es va reduir en un 50 %t a les estructures d'estacionament a la UC Sant Diego Medical Center ubicacions.

3.- La càrrega a les estacions de càrrega ràpida de CC va baixar inicialment un 67% abans de tornar a nivells propers a la prepandèmia.

4.- És probable que les càrregues no es recuperin a la normalitat fins i tot després que finalitzi la pandèmia, diuen els investigadors.

És probable que no es reprenguin els patrons de desplaçament basats en cinc dies a la setmana a l'oficina, ja que els empresaris poden permetre més teletreball fins i tot després del final de la pandèmia.

Pot ser una bona notícia, ja que l’augment espectacular previst en l’adopció de vehicles elèctrics en els propers anys afectaria la infraestructura de càrrega existent.

Font: National Bureau of Economic Research.

Preu de l'electricitat

Model estadístic que mostra l'abast de l'impacte de les variacions del preu del gas sobre els preus de l'electricitat en períodes d'escassetat o abundància relativa.

La pujada dels preus de l'electricitat s'explica en gran mesura pels pics històrics dels preus internacionals del gas natural que s'estan donant veient, que al seu torn es veuen impulsats per una major demanda dels països asiàtics, motivat per la recuperació econòmica de la pandèmia.

uan la demanda d'electricitat no es pot satisfer inicialment amb fonts més ecològiques, les centrals tèrmiques posen la seva capacitat a disposició del mercat . Segons Uribe, tot i que són molt menys eficients a l'hora de generar electricitat que les fonts renovables, actualment aquestes centrals són necessàries per habilitar el sistema per garantir el subministrament d'electricitat a qui ho necessiti, evitant les terribles conseqüències que d'una altra manera es produirien per al benestar de les persones. tant les persones com l'economia.

La qüestió és si les actuals pujades dels preus de l'electricitat són un fenomen temporal o una característica permanent del mercat. No és una pregunta fàcil de respondre, ja que es basa en factors dels camps de la política, la tecnologia, l'economia i el clima. 

Tots, son sistemes molt complexos quan es prenen per si mateixos, aquesta complexitat i dificultat d'anàlisi s'incrementa molt si s'observa conjuntament, cosa que s'ha de fer per entendre el mercat elèctric. No obstant això, es pot analitzar les dades disponibles per fer-se una idea preliminar del que es pot esperar en el futur.

El nou model, que inclou un conjunt d'indicadors relacionats amb els preus de mercat i una varietat de variables climàtiques, permet establir la relació de transmissió del preu del gas natural a l'electricitat en períodes en què l'electricitat és relativament barata i en aquells en què és relativament cara. 

Si el resultat de la fórmula és un nombre superior a 1, això vol dir que el preu del gas natural té un efecte més gran sobre el preu de l'electricitat. Si la relació entre els dos preus es mantingués sempre igual, independentment del preu de l'electricitat, una futura rebaixa dels preus del gas natural seria suficient per veure una baixada proporcional dels preus de l'electricitat.

Tanmateix, l'efecte del gas natural sobre l'electricitat varia molt entre els països analitzats segons si es tracta de mercats amb una generació elèctrica relativament escassa o abundant. És a dir, als països analitzats, els canvis en els preus del gas no tenen un efecte tan greu en els preus de l'electricitat en aquests dos escenaris de mercat. Alguns països són especialment vulnerables a causa de la configuració dels seus mercats elèctrics. Aquests països no només pateixen preus de l'electricitat molt més elevats durant els períodes de generació elèctrica insuficient, sinó que, per contra, no gaudeixen d'una caiguda proporcional dels preus de l'electricitat durant els períodes d'abundància i abastament de gas.

La configuració dels mercats elèctrics espanyol i portuguès provoca una relació més inestable entre els preus. Segons les estimacions, la xifra d'Espanya és de 12,4, que és el resultat de dividir l'efecte del gas natural sobre l'electricitat quan aquesta és cara (aquest efecte és 7,35) per l'efecte quan és barata (aquest efecte és de 0,59). Aquesta ràtio mostra clarament que el preu es veu més afectat a l'alça (quan els preus acostumen a ser alts) que a la baixa (quan els preus acostumen a ser baixos).  En altres paraules, en mercats amb abundant generació elèctrica, les pujades mai es veuen compensades amb caigudes en la mateixa proporció.

Aquest ràtio és superior a 1, per a gairebé tots els països inclosos a la mostra, però amb grans variacions que van des del 0,8 de Finlàndia fins al rècord de 18,6 de Portugal. De fet, l'aplicació dels models proposats permet advertir sobre la necessitat de conèixer millor els mecanismes de formació de preus del mercat elèctric de la península Ibèrica, que tenen els índexs més alts amb diferència, i sobre la necessitat d'avançar en polítiques públiques que protegeixen els consumidors d'electricitat vulnerables dels tipus de conseqüències econòmiques no desitjades que estem veient ara. 

En un sistema de preus 'marginalista' com el que s'utilitza als mercats elèctrics europeus, i concretament a Espanya, és la generació més costosa i ineficient la que en última instància determina el preu que es paga a totes les fonts de generació. Això vol dir que, en la mesura que les centrals tèrmiques repercuteixen el sobrecost derivat de l'augment dels preus del gas natural al preu de l'energia generada per elles, els preus de l'electricitat que paguen les llars es veuran afectats directament pel preu del gas natural", ha explicat l'expert.

Això és clau, sobretot si es té en compte que, de fet, les pressions a l'alça sobre els preus de l'electricitat tendeixen a augmentar a curt termini a causa de la transició energètica cap a fonts energètiques més ecològiques en què estan immersos actualment els països europeus i que ja no es poden retardar. Aquestes pressions aniran acompanyades de les restriccions del marc normatiu comú de la UE a les  emissions de CO2 , que seran més grans i donaran lloc a dinàmiques similars a les que s'observen des de finals del 2020 en els preus dels drets d'emissió de gasos contaminants, que també han assolit màxims històrics després de mantenir-se estables. durant dècades. Seran precisament les centrals tèrmiques les que es veuran més greument afectades per aquest excés de cost, ja que requereixen aquests drets per poder funcionar.

El Nord Pool com un exemple d'integració del mercat elèctric

Els resultats de la investigació del grup FM2 suggereixen que s'hauria d'explorar altres formes d'organització del mercat que estiguin més interconnectades tant físicament com econòmicament, regionalment i internacionalment. Si s'observa la ràtio de transmissió de preus dels països que formen part de Nord Pool, el mercat més integrat d'Europa, que inclouen Dinamarca, Suècia, Noruega, Letònia, Lituània, Estònia i Finlàndia, sol ser inferior a la d'altres països. 

Els mercats nòrdics tenen ràtios de preus molt més estables en casos de configuracions de mercat diferents que Portugal i Espanya. Això es deu al fet que els mercats més integrats condueixen a una millor coordinació de l'oferta i la demanda i ajuden a mitigar els efectes de xoc extern dels combustibles fòssils importats per Europa.

Sembla que la integració del mercat serà clau per entendre els mecanismes de formació de preus en el mercat elèctric espanyol i el disseny de polítiques públiques per protegir els més vulnerables de qualsevol efecte advers en aquests mercats.

Sobretot, aquests resultats suggereixen que s'ha de reconsiderar el paper important del govern per garantir una transició energètica fluida amb el suport dels votants, un requisit necessari per a la seva sostenibilitat. De fet, no ha de sorprendre que l'electricitat més cara sigui com ha de funcionar el món a curt termini per fer-ho de manera més sostenible fins que es pugui trobar maneres més eficients d'emmagatzemar energia que les disponibles actualment. No obstant això, fins i tot en aquest escenari extrem, la transició cap a aquest nou món més sostenible ha de minimitzar sempre l'impacte sobre les persones més desafavorides de la societat, que en aquest cas són precisament les que menys poden protegir-se dels efectes adversos de la inflació i la pujada. en els preus de l' electricitat.

Font: Grup de Finances, Macroeconomia i Gestió (FM2) de la UOC, que dirigeix ​​Jorge M. Uribe, juntament amb Stephania Mosquera, professora de la Universitat EAFIT (Escuela de Administración, Finanzas e Instituto Tecnológico

https://www.ub.edu/irea/working_papers/2021/202117.pdf

Com mantenir segurs els vehicles elèctrics autonoms.

Piratejar el  compte de xarxes socials és un problema. Piratejar el compte de la  targeta de crèdit pot ser devastador. Piratejar el vehicle elèctric podria ser desastrós.

A mesura que s’accelera el camí cap als cotxes elèctrics autònoms,  la protecció de la ciberseguretat esdevé cabdal. És per això, els investigadors de la Universitat de Geòrgia estan identificant punts febles que podrien amenaçar la seguretat i l'eficiència d'aquests vehicles. En un nou article publicat al IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, un equip dirigit per UGA proporciona el primer estudi exhaustiu sobre seguretat ciber-física dels sistemes de propulsió en vehicles elèctrics connectats i autònoms (CAEV).

Els resultats, proporcionaran pautes perquè els fabricants desenvolupin millors tecnologies contra els ciberatacs. A mesura que es dissenyen vehicles millors i més segurs, els fabricants haurien de tenir en compte aquests aspectes. Les preocupacions en la seguretat han estat durant molt de temps a l’avantguarda durant l’aparició dels CAEV. 

Per a aquest estudi, es van investigar les vulnerabilitats als ciberatacs dirigits a objectius que van des de l'eficiència energètica fins a la seguretat, i van proporcionar una arquitectura per als sistemes electrònics de potència de nova generació.

Els estudis de seguretat dels vehicles de motors de combustió interna no tracten els sistemes de propulsió dels CAEV, que consisteixen en múltiples sistemes ciberfísics complexos i integrats que requereixen control per garantir la seguretat i mantenir una alta eficiència. A més, l’augment de la connectivitat entre els CAEV, les estacions de càrrega i les xarxes intel·ligents exposa els CAEV a ciberamenaces que no existeixen per als motors de combustió interna.

Tot i que la tecnologia com ara el control de creuer adaptatiu i altres funcions d’assistència automàtica poden millorar significativament la seguretat, la comoditat i l’eficiència energètica de la conducció, la inserció d’aquestes unitats de control a la infraestructura en xarxa obre una porta a les preocupacions de la ciberseguretat. Els sistemes d’entreteniment a bord del vehicle, que s’utilitzen per oferir entreteniment i informació útil al conductor i als passatgers a través d’interfícies d’àudio / vídeo, pantalles tàctils, taulers de botons i ordres de veu, tots ells, són un objectiu principal per als atacants, que els permet segrestar la seguretat.

Atès que els vehicles elèctrics es connecten a la xarxa per carregar bateries, són més vulnerables als ciberatacs que els vehicles convencionals de motors de combustió interna. A través d’una estació de càrrega, un atacant podria eludir els sistemes de control del vehicle, cosa que podria comportar conseqüències potencialment mortals, com ara inhabilitar els frens, apagar els fars o fer-se càrrec de la direcció.

Els vehicles elèctrics es connectaran a moltes infraestructures diferents, de manera que aquestes connexions també crearan problemes de ciberatac.

Els ciberatacs també poden reduir significativament l’eficiència dels vehicles elèctrics, provocant un deteriorament més ràpid de la capacitat d’alimentació i la durada de la bateria, reduint així el temps i la distància entre la càrrega. Els atacants altament qualificats poden causar danys greus, com ara disminuir la capacitat i l’energia de la bateria fins a un 50%, mitjançant mètodes sofisticats difícilment detectables pel conductor humà.

Si es produeix un ciberatac, es podria detectar observant: la velocitat i l'acceleració dels vehicles es degraden, cosa que generarà problemes de seguretat i funcionalitat. O pot generar alguns problemes en els sistemes de gestió d'energia. L'eficiència dels vehicles elèctrics baixarà i és probable que les bateries tinguin una vida molt menor. Tots els senyals que s'han estudiat tindran impactes negatius sobre la seguretat. 

Guia de seguretat per a vehicles elèctrics

S'han escrit una sèrie d'articles sobre seguretat ciberfísica en els vehicles elèctrics per a l'Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics, amb dos ja publicats a les revistes IEEE Transactions d' abril i maig . Els seus estudis poden permetre als fabricants de vehicles i enginyers desenvolupar un primer sistema de ciberseguretat. Es recomana algunes tècniques bàsiques de mitigació per defensar els vehicles moderns contra els ciberatacs:

- Port de diagnòstic a bord segur

- Millor tallafoc

- Maquinari fiable

- Actualitzacions de programari segures

- Proves de penetració

- Revisions de codi

El més important, és desenvolupar un sistema de control de ciberseguretat per detectar, localitzar, diagnosticar i mitigar els ciberatacs.

Tot i que la investigació de la ciberseguretat dels vehicles encara es troba en una fase inicial i el sistema de control no pot recuperar directament el sistema a una regió de seguretat, pot alertar el conductor perquè reaccioni de manera oportuna. Un cop identificat un ciberatac, el conductor pot aturar el cotxe per evitar danys majors.

Fon: Universitat de Geòrgia

Mercat d'electricitat.

Els combustibles fòssils es troben entre els productes més comercialitzats arreu del món: al voltant del 75% del cru, el 25 % del gas natural i el 21 % de la producció de carbó es comercialitzen internacionalment. Per contra, l’electricitat és una qüestió menor: només el 3% de la generació total creua fronteres.

Això es deu al fet que els combustibles són fàcils d'emmagatzemar i de transportar. El comerç intercontinental de carbó i petroli existeix des de fa generacions, mentre que el transport de gas es va fer pràctic gràcies als primers petroliers comercials de gas natural liquat (GNL) en el 1964. Així, la distància va deixar de ser un gran impediment per al comerç mundial de combustible. Actualment, el transport massiu de cru es portat des de Ras Tanura, a l’Aràbia Saudita, fins a Osaka, Japó, recorrent uns 11.800 km (6.400 NM). Els petroliers de GNL transporten gas des de Qatar, al voltant del cap de Bona Esperança, fins a Espanya — unes 10.500 NM.

En canvi, encara no hi ha cap manera d’emmagatzemar grans quantitats d’electricitat de forma directa, només el mètode indirecte de l’energia hidràulica de bombeig, i no hi ha una manera fàcil de transportar l’electricitat, ja que les pèrdues per la resistència elèctrica augmenten amb la distància. Per minimitzar aquestes pèrdues, es recorre cada cop més  a línies per fer possible enllaços de corrent continu d’alta tensió (HVDC). Fins i tot si els drets de pas necessaris fossin factibles, encara costaria molt construir les torres, circuits i les subestacions terminals adjuntes per als rectificadors (que converteixen el corrent altern en corrent continu) i els inversors  el corrent continu en corrent altern.

Cada quilòmetre d’una línia aèria HVDC de més de 500 kV costa almenys 1,2 milions de dòlars dels EUA. En el cas de que les línies treballin a les tensions més altes (800 kV i 1.100 kV), la xifra pot arribar als 2 milions de dòlars. Enterrar els cables augmenta la despesa fins a cinc vegades i posar-los sota la mar en llargues distàncies com ara es contempla costarà més, tot i que les estimacions són encara molt especulatives.

Com a resultat, les línies ultra-HVDC més llargues (3.324 km) del món, que transporten electricitat des de Xinjiang a la regió més occidental de la Xina fins a la província d’Anhui, a la regió oriental densament habitada, van costar prop de 6.000 milions de dòlars. Seria encara més car fer el mateix als Estats Units.

Per descomptat, es pot vendre molta electricitat a distàncies més curtes depenent d’enllaços HVDC (320-500 kV) més baixos o de línies de corrent altern estàndard (la majoria de 220-400 kV). Els membres de la Unió Europea transporten ara més enllà de les seves fronteres nacionals més del 14% del consum final d'electricitat. Bulgària i la República Txeca exporten electricitat que equival al 20 al 25 per cent del seu consum intern, mentre que França ven al voltant del 14 % i Suècia al voltant del 13 %.

Alemanya, l'economia més gran de la UE, és ara un exportador net d'electricitat, venent l'equivalent a gairebé el 10 % del seu consum. Els principals importadors nets són Hongria (al voltant del 35% del consum), Finlàndia (gairebé el 25%) i Bèlgica (al voltant del 20%). En termes absoluts, França (gràcies a la seva generació nuclear fiable) és el principal exportador net d’electricitat d’Europa i les seves vendes recents de més de 60 TWh anuals han estat per davant de les exportacions d’electricitat neta (principalment hidroelèctrica) del Canadà als Estats Units, que va arribar al màxim a prop de 64 TWh en el 2016, però ara estan just per sota dels 50 TWh.

Europa també té un petit comerç d’electricitat intercontinental amb Àsia ( connexió a 400 kVac amb Turquia ) i Àfrica (dos cables de 400 kV entre Espanya i el Marroc, amb un altre enllaç de 700 kV que s’afegiran properament), i nombroses interconnexions amb Ucraïna sincronitzades (que, al seu torn, està connectada a la xarxa russa). Aquesta xarxa, teòricament permet la possibilitat de transmetre electricitat des de Sibèria Occidental a Portugal, i hi ha plans per a una autèntica xarxa euro-asiàtica que enllaci la Xina amb Europa.

En canvi, el sistema de transport nord-americà roman aclaparadorament confinat dins de tres xarxes quasi separades: la Interconnexió Est, la Interconnexió Oest i la xarxa de Texas. Només es relacionen amb allò que el periodista energètic David C. Wagman, com a col·laborador convidat al bloc IEEE Spectrum Energywise, va anomenar correctament connexions dèbils les fronteres. És per això que la xarxa de Texas no va poder ajudar-se durant la recent congelació de febrer. Una xarxa unificada equilibraria les càrregues, aprofitaria les eficiències i ajudaria a subministrar a les costes l'energia eòlica de les Grans Planes i l'energia solar del sud-oest.

Font: IEEE Spectrum

Ciberatacs.

Els ciberatacs ja no són només una qüestió de ciberseguretat, sinó que directament amenacen la seguretat nacional d’un país. Els ciberatacs alteren el caràcter de la guerra, de la mateixa manera que ho feien les armes nuclears, cosa que permet als adversaris creuar potencialment les línies enemigues per fer mal a un gran nombre de civils innocents. 

Els  malintencionats actors, poden intentar causar danys físics des de llocs remots a través de canals digitals, provocant la devastació d'un país a nivells que anteriorment haurien requerit un atac cinètic.

El 8 de febrer de 2021, els pirates informàtics van atacar la planta de tractament d’aigües de Bruce T. Haddock a Oldsmar, Florida, mitjançant conegudes vulnerabilitats del programari per intentar enverinar el subministrament d’aigua local amb hidròxid de sodi, també conegut com a lixivia. Van accedir a la planta mitjançant el seu sistema de control industrial (ICS), un sistema dissenyat per permetre el control i la supervisió remots de la planta. En fer-se càrrec dels controls de la planta, els pirates informàtics van augmentar parts del producte químic, que s’utilitzaven per  ajustar l’acidesa i eliminar metalls de l’aigua potable, fins a cent vegades per sobre del nivell normal. El sistema utilitzava una  versió antiga de Windows, era accessible amb una contrasenya compartida i no tenia cap protecció de tallafocs contra intrusions. Afortunadament,  un supervisor va notar el canvi perillós a temps mentre treballava a distància, evitant una crisi que podria haver causat cremades químiques i ceguesa entre els exposats al producte tòxic.

Els funcionaris del govern dels Estats Units van manifestar preocupacions sobre les vulnerabilitats similars en els sectors de l'aigua i l'energia i altres infraestructures crítiques, inclosos  els serveis de salut, emergències, alimentació i agricultura i sistemes de transport. El ciberatac a la planta d’aigua es va produir només una setmana abans que una important tempesta d’hivern  provoqués una crisi del subministrament elèctric i aigua a tot Texas. Més de cinc milions de ciutadans van estar sense electricitat ni aigua corrent durant diversos dies, il·lustrant la fragilitat d’aquesta infraestructura interconnectada i mostrar així, la devastació física que es podria causar en cas d’un ciberatac dirigit a la xarxa.

La infraestructura crítica no està sola en les seves vulnerabilitats als ciberatacs amb implicacions físiques; les cadenes de subministrament també estan en risc. Durant almenys uns mesos, els pirates informàtics van  aprofitar les vulnerabilitats del programari de Microsoft, VMWare i l’empresa SolarWinds amb seu a Texas per comprometre la seguretat de les dades en almenys 200 organitzacions del govern dels Estats Units i altres agències de tot el món. 

Tot i que l’atac de SolarWinds sembla ser un  cas d’espionatge clàssic per part de Rússia a  través de la cadena de subministrament dels Estats Units, hi ha aspectes de l’atac que també il·lustren el potencial per aconseguir efectes físics a través de canals digitals. Ja al  març del 2020, els pirates informàtics russos van atacar el programari de gestió de xarxes Orion dissenyat per SolarWinds de manera que van aconseguir introduir un codi maliciós que probablement pretenia accedir a informació sensible. Una empresa de ciberseguretat  que també utilitza el programari Orion va detectar per primera vegada proves de malware. L'impacte del ciberatac a SolarWinds, va abastar  milers de xarxes  en  nou agències federals i 100 empreses del sector privat, inclosa l’Administració nacional de seguretat nuclear (NNSA) del Departament d’Energia, que s’encarrega de supervisar el dipòsit d’armes nuclears dels EUA.

Si  be es cert que NNSA afirma que no hi va haver  cap impacte en els sistemes classificats, els funcionaris van trobar proves d’intrusió en sistemes no classificats que s’utilitzaven per transportar armes i materials nuclears. També van detectar intents d’accedir als servidors del Laboratori Nacional de Los Alamos, un dels tres laboratoris d’armes nuclears. NNSA va desconnectar immediatament el programari de les xarxes pertinents, eliminant la possibilitat d’efectes perjudicials. Tot i que és probable que els pirates informàtics no estiguin dirigits al transport d’armes nuclears, són ben conegudes les vulnerabilitats de les armes nuclears mentre es troben en ruta entre llocs segurs.

Els objectius exactes del ciberatac a SolarWinds segueixen sense ser clars, però el gran abast pot demostrar als adversaris nord-americans el potencial significatiu dels ciberatacs per assolir fins físics, inclosa la possibilitat de robar armes nuclears. Tanmateix, l’incident no és el primer gran dels quals els actors malintencionats han deduït aquestes capacitats; considerem les lliçons de l’atac de NotPetya el 2017. Els pirates informàtics russos difonen codi maliciós a través d’un popular programari de comptabilitat desenvolupat per una empresa ucraïnesa a molts països d’Europa, que finalment  infecta desenes de milers d’ordinadors de tot el món. A més de fer inútils els equips infectats, l'atac va tancar les operacions mundials de la companyia naviliera Maersk i va provocar una important congestió de trànsit a les carreteres properes als ports dels Estats Units.  També va frenar les operacions de Merck & Co, Inc., un important productor de medicaments i vacunes als EUA,  reduint la capacitat de producció durant un curt període de temps . Fins i tot un clàssic incident d’espionatge o sabotatge pot comportar un potencial significatiu de danys físics.

L’administració ja va publicar pautes  per resoldre les vulnerabilitats de les cadenes de subministrament nord-americanes, però cal fer molt més per protegir les infraestructures crítiques i dissuadir els actors malintencionats d’explotar els canals digitals per aconseguir fins físics. En una era de guerra de zones híbrides i grises, els ciberatacs són atractius per a les nacions que intenten soscavar els seus adversaris a causa dels desafiaments d’atribució i del benefici associat de la negació. En el futur, aquestes nacions també podran veure ciberatacs amb efectes físics com una nova forma de guerra: un cavall de Troia en forma de infraestructura o cadenes de subministrament del propi adversari. En fer-ho, poden creuar les línies enemigues i causar danys i destrucció sense derrotar cap força militar.

Font: IEEE Spectrum.