Els recursos energètics tenen un paper vital en el desenvolupament de la civilització humana. El consum d'energia s'utilitza com a índex de desenvolupament. No obstant això, els recursos energètics convencionals s’esgoten ràpidament i no es poden reposar fàcilment, cosa que podria provocar una indisponiblitat per a les generacions futures.
Es pot observar que el procés de producció d’electricitat mitjançant els combustibles fòssils produeix emissions nocives que causen contaminació ambiental. A més, les centrals tèrmiques requereixen quantitats significatives de combustible per produir una quantitat d’electricitat respectivament menor, cosa que provoca un malbaratament de combustible. A més, els costos d’explotació i manteniment de la planta tèrmica també són més elevats que altres plantes convencionals. En canvi, les centrals hidroelèctriques emeten menys gasos d’efecte hivernacle, però requereixen una gran inversió en infraestructures i preses. Una altra opció, és l'ús de les fonts d'energia nuclear com a substitut de combustibles fòssils, ja que alliberen grans quantitats d'energia. No obstant això, s'està davant d'un repte pel que fa al tractament dels residus nuclears. Si no es tracten adequadament, aquests residus poden provocar danys irreparables als éssers vius i al medi ambient. Les fonts renovables, per exemple, la hidràulica, l'eòlica, la biomassa, la mareomotriu i la solar, són accessibles a un nivell de contaminació zero. Les fonts d’energia renovables (RES) ofereixen solucions als diferents reptes de l’ús de fonts convencionals establint sistemes energètics fiables i rendibles. Per entendre l’efecte de l’augment de les RES a la xarxa existent, cal entendre la naturalesa de la generació d’electricitat tant a partir de les convencionals, com de les RES.
Les xarxes intel·ligents, són una forma eficient d’integrar els dispositius de la tecnologia de comunicacions intel·ligents, emmagatzematge i xarxes intel·ligents a l’estació de generació i a la xarxa de distribució, tal com es mostra a la figura 1. És una opció que proporciona una plataforma per als operadors de sistemes, proveïdors de serveis i els consumidors què interactuen entre ells i s’anomena mercat de l’energia. El concepte d'un mercat energètic centralitzat dóna suport als prosumidors (consumidors que es converteixen en productors) a participar en el mercat energètic. Això es pot aconseguir compartint la quantitat d'excedent d'energia produïda de la xarxa. No obstant això, en l’actual estructura de xarxes intel·ligents, el cost per unitat de l’energia de les RES, a part de l’energia hidràulica i eòlica, és moderadament superior a les fonts convencionals. En el futur, les innovacions tecnològiques i les economies d’escala reduiran el cost de la generació. Les xarxes intel·ligents, són una solució per mitigar els reptes convencionals d’energia, però encara s’enfronta a alguns obstacles. La integració de les RES i la coordinació corresponent són un problema difícil per a una xarxa centralitzada intel·ligent a causa de la naturalesa intermitent de les renovables.
Un altre repte, de l'energia solar, és que si els consumidors no tenen panells fotovoltaics, no es poden beneficiar d'aquest sistema energètic. A més, actualment, els prosumidors no participen en el mercats d’equilibri, ja que no hi ha cap facilitat per vendre l’excedent d’energia directament a la comunitat local entre els prosumidors. Per tant, el preu no reflecteix la disponibilitat d’energies renovables al mercat majorista centralitzat.
Les micro-xarxes residencials, són una solució als reptes anteriors. Una micro-xarxa, consisteix en el subministrament a la xarxa de: PV, càrrega controlable, emmagatzematge distribuït i centralitzat.
La programació del consum d'electricitat per la càrrega variable i no variable, la reducció de l'electricitat per preu unitari i l'increment en la utilització dels recursos energètics distribuïts són l'objectiu principal d'aquesta xarxa. A més, la coordinació entre usuaris de la comunitat intel·ligent, pot convertir-se en una nova línia de recerca a les xarxes residencials. També és interessant el concepte de compartir energia entre més de dos usuaris, que forma part de l’economia de la comunitat intel·ligent. A la xarxa residencial, els sistemes d’emmagatzematge d’energia (ESS) són una solució pràctica per mitigar les fluctuacions d’energia en la generació d’energia i la millora de la fiabilitat. A més, el sistema d’emmagatzematge d’energia distribuïda (DESS) és un tipus d’emmagatzematge d’energia comú que s’utilitza a les micro-xarxes residencials. Cada usuari desplega el seu propi emmagatzematge amb un sistema fotovoltaic (PV). No obstant això, la naturalesa del consum elèctric dels consumidors és arbitrari. Per tant, l’emmagatzematge de capacitat fixa no s’adapta al patró de consum dels consumidors. A més, no admet l’ús de la generació de PV excedent a causa de les limitacions d’espai i el costós del procés d’instal·lació, que paga totalment l’usuari, de manera que no resulta econòmicament atractiu. Per tant, el disseny descentralitzat de les DESS augmenta les dificultats en la comunicació entre els usuaris i els operadors del sistema. A més, a mesura que augmenta el nombre de DES, el sistema tindrà més dificultats operatives en la presa de decisions i en la coordinació entre usuaris.
Per aquest motiu, és essencial proporcionar una solució alternativa als problemes integrant les restriccions associades als costos i avantatges de la inversió per als consumidors / prosumidors residencials per donar suport al comercialitzador. Un nou concepte anomenat sistema centralitzat d’emmagatzematge d’energia (CESS), que es controla de manera centralitzada per satisfer els requisits del consumidor o prosumidor individual mentre s’utilitza eficaçment la limitada capacitat de DESS.
Per als prosumidors, és motivador participar en el mercat energètic local i interactuar entre ells. Aquí, el CESS es pot comunicar directament amb el mercat elèctric local. Per tant, l’arquitectura general dels futurs sistemes d’energia és la que es mostra a la figura 2. La principal diferència entre la figura 1 i la figura 2 és que en la figura 1, no hi ha emmagatzematge centralitzat a la comunitat residencial local i el consumidor, els prosumidors i la xarxa elèctrica no interactuen entre ells. Hi ha tres seccions principals per al CESS: (1) Usuaris, (2) Operador comunitari d’emmagatzematge d’energia i (3) Utilitats fotovoltaics o prosumidors. La principal condició d’aquesta arquitectura és que els prosumidors no tinguin instal·lat cap emmagatzematge local.
Els usuaris es subscriuen al servei prestat per l'operador CES, el que significa que els usuaris prenen un espai especificat d'emmagatzematge centralitzat segons la seva demanda i paguen una tarifa de servei a l'operador. Una altra característica d’aquest sistema és que el consumidor te disposicions per compartir el seu espai llogat amb altres usuaris per augmentar els seus beneficis econòmics. No obstant això, l'estructura actual també pot afrontar alguns reptes, ja que la taxa inicial de cost d'inversió és molt elevada.
Font: IEEE Smart Grids
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada