Electrificació basada en fonts renovables.

S'estan duent a terme innovacions per reduir costos al sector de l'energia elèctrica i podrien donar al sector elèctric el lideratge en el subministrament energètic mundial a mitjans de segle. Quan es combinen amb un preu global del carboni, aquests desenvolupaments poden catalitzar la reducció d'emissions per assolir els objectius climàtics de París, alhora que redueixen la necessitat d'emissions negatives controvertides, segons un nou estudi.

Avui, el 80 % de totes les demandes energètiques per a la indústria, la mobilitat o la calefacció i confort d'edificis es satisfan majorment amb de combustibles fòssils, i només el 20 % són elèctrics. Aquesta relació es podria invertir pràcticament l'any 2050, cosa que facilitaria el procés per descarbonitzar l'electricitat, el pilar del subministrament energètic mundial.

Durant molt de temps, els combustibles fòssils eren barats i accessibles, mentre que l'electricitat era la font d'energia més cara. La generació d'electricitat de fonts renovables, especialment a partir de la solar fotovoltaica, s'ha abaratit a una velocitat impressionant, un ritme que la majoria de models climàtics han subestimat fins ara. 

Només durant l'última dècada els preus de l'electricitat solar van caure un 80 % i s'esperen més reduccions de costos en el futur. Aquest desenvolupament té el potencial de revolucionar fonamentalment els sistemes energètics. Hi han simulacions que mostren que, juntament amb el preu global del carboni, l'electricitat verda pot convertir-se en la forma més barata d'energia l'any 2050 i subministrar fins a tres quartes parts de tota la demanda.

Les raons es troben principalment en el avanç tecnològic en la generació d'energia solar i eòlica, però també en els usos finals de l'energia elèctrica. Els costos per kWh d'energia solar o eòlica estan baixant  mentre que la tecnologia de les bateries, per exemple, en els cotxes, millora a gran velocitat. Les bombes de calor consumeixen menys energia per unitat de producció de calor que qualsevol tipus de caldera i són cada cop més competitives no només en edificis, sinó també en aplicacions industrials. Es possible electrificar més usos finals del que es pot pensar i, en aquests casos, reduir el consum d'energia en comparació amb els nivells actuals.

Si es pren  la producció d'acer,  l'electrificació de la fusió de l'acer reciclat, l'anomenat acer secundari, redueix l'energia total del procés requerida i redueix la intensitat de carboni per tona d'acer produïda. En conjunt, es troba que més de la meitat de tota la demanda d'energia de la indústria es podria electrificar l'any 2050. No obstant això, encara queden alguns colls d'ampolla per a l'electrificació. Els més lents en la carrera cap a la descarbonització són l'aviació de llarg recorregut, el transport marítim i les matèries primeres químiques, és a dir, els combustibles fòssils utilitzats com a matèries primeres en la producció de productes químics.

El progrés tecnològic ofereix grans oportunitats tant per als països com per als inversors. Tanmateix, no totes les tecnologies són una història d'èxit fins ara. 

L'era de l'electricitat arribarà de qualsevol manera. Però només una regulació generalitzada dels combustibles fòssils a través de sectors i regions del món, el més important, alguna forma de preus del carboni, pot garantir que succeeixi en el seu moment per arribar als 1,5 ºC. De fet, les simulacions mostren que fins i tot si no es promulga cap política climàtica, la quota de l'electricitat es duplicarà al llarg del segle. No obstant això, per assolir els objectius de l'Acord de París de limitar l'escalfament global molt per sota dels dos graus, és crucial una coordinació política decisiva i global: fixar el preu del carboni, eliminar els impostos a l'electricitat, ampliar la infraestructura de la xarxa i redissenyar els mercats elèctrics per recompensar l'emmagatzematge i la flexibilitat. demandes. Aquí, l'hidrogen serà una baula crucial, ja que pot convertir de manera flexible l' electricitat renovable en combustibles verds per a sectors que no es poden electrificar directament. 

Font: Gunnar Luderer, Impact of declining renewable energy costs on electrification in low-emission scenarios, Nature Energy (2021). DOI: 10.1038/s41560-021-00937-z.

Nature Energy 

Previsió de la demanda elèctrica.

Entre els diferents sectors industrials que han estat i estan afectats per la pandèmia de la COVID-19 hi han les empreses elèctriques. La demanda elèctrica, en el 2020 va caure a gairebé tots els països, segons l' Associació Internacional d'Energia.

El tancament d'oficines, escoles, fàbriques i altres, va fer que les elèctriques els fos difícil preveure quant consumirien els seus usuaris dona que basen algunes de les seves prediccions en dades històriques, com ara condicions meteorològiques, períodes de vacances, esdeveniments econòmics i informació geogràfica. Però no havia històrics ni  dades comparatives sobre l'aturada que va provocar la pandèmia arreu del món.

Donat que encara arreu del món es continua lluitant contra els brots de coronavirus, es repeteixen nous confinaments parcials i complets, com per exemple el d'Àustria. També, encara hi han molt de teletreball i per això, les empreses elèctriques estan cercant solucions per millorar la precisió de la previsió dels consums de les seves respectives xarxes.

A causa d'aqueta situació que ha provocat canvis sense precedents tant en la magnitud com en la forma de la demanda elèctrica, el sector s'enfrontava a un important repte amb la finalitat de predir el consum amb marges de precisió als que estaven establerts abans de la pandèmia.

Per això cal  treballar per  dissenyar noves estratègies per a la previsió diària de la demanda elèctrica i  millorar la precisió de la predicció en vista dels canvis de les càrregues que són induïts per la pandèmia.

Llavors, és important, tenir capacitats de predir el consum elèctric amb antelació, començant des d'una hora abans, passant a una setmana abans o fins i tot més. La planificació elèctrica inclou una combinació dels sistemes de generació, les reserves que haurien d'operar al sistema i altres factors que depenen de la predicció de la demanda.

Per altre banda, les xarxes elèctriques gairebé sempre estan sobredimensionades per cobrir breus augments de la demanda d'energia. En poques paraules, les centrals elèctriques tenen un excés de generadors només per poder subministrar electricitat durant les hores punta. Aquest desajust entre l'oferta i la demanda d'energia i el funcionament ineficient de les centrals elèctriques condueixen a més emissions de diòxid de carboni.  A més, els recursos energètics distribuïts, com ara els panells solars, cada dia tenen més acceptació que fan que augmenti el desajust entre l'oferta i la demanda.

Afortunadament, les tecnologies de la comunicació fan possible una estratègia intel·ligent per abordar aquest problema. En aquest sentit, els programes de resposta a la demanda (DR) permeten que els usuaris els motivi a consumir menys durant les hores punta i això hauria de reduir el preu de l'electricitat fora de les hores punta sempre que sigui possible informar els consumidors sobre els preus amb antelació. A més, és possible integrar amb la gestió dels recursos energètics distribuïts per flexibilitzar  càrrega de la xarxa quan sigui necessari.

És important  centrar-se en estimar els potencials beneficis dels programes de DR mitjançant dades de comportament dels usuaris del món real que inclogui els escenaris de pandèmies mundials. En aqeust sentit, la Intel·ligència Artificial pot analitzar i extreure comportaments dels usuaris de la xarxa en termes de consum d'energia per llar. 

Molt probablement, aprofitar la IA per millorar els consums elèctrics, permetrà aconseguir preus més baixos i una petjada de carboni més petita. 

Ramon Gallart

Futur complicat per les matrius de les PV.

L'energia solar té un paper important en la lluita contra el canvi climàtic com a substitut dels combustibles fòssils. Les cèl·lules solars sensibilitzades amb colorants prometen ser un complement de baix cost als sistemes fotovoltaics que es coneixen avui. La seva característica clau, són els sensibilitzadors de colorants units a la seva superfície. 

Els sensibilitzadors són compostos de colors intensos que absorbeixen la llum i converteixen la seva energia en electricitat, alliberant electrons i "injectant-los" al semiconductor. Fins ara, els sensibilitzadors utilitzats a les cèl·lules solars sensibilitzades amb colorants, han estat relativament de curta durada o han exigit l'ús de metalls molt rars i cars. El sant grial de la investigació fotovoltaica és, per tant, el desenvolupament de sensibilitzadors amb ferro, un metall respectuós amb el medi ambient i el metall de transició més abundant de la Terra.

Durant molts anys, s'ha considerat que els compostos de ferro no eren adequats per a aquestes aplicacions perquè el seu estat excitat després de l'absorció de llum és massa efímera per ser útil per a la producció d'energia. Això va canviar fa uns set anys amb el descobriment d'una nova classe de compostos de ferro amb el que es coneix com a carbens N-heterocíclics (NHC).

Es sap que s'havia de desenvolupar materials que s'enganxessin a la superfície d'un semiconductor i el caràcter dels quals, simultàniament permetés  optimitzar la disposició dels components funcionals que absorbeixen la llum a la superfície.

Per fer això, es va utilitzar un doble enfocament:

1.-  Incorporar grups d'àcids carboxílics (com es troben al vinagre) al compost de ferro per unir-lo a la superfície del semiconductor.

2.- Fer que els compostos "greixin" afegint llargues cadenes de carboni que facin que la capa superficial sigui més fluida i més fàcil d'ancorar.

Aquests prototips de cel·les solars sensibilitzades amb colorants, només van aconseguir una eficiència global de l'1 %, mentre que les actuals cel·les solars disponibles comercialment, arriben al voltant del 20 % d'eficiència. No obstant això, els resultats representen una fita que fomentarà més investigacions sobre aquests nous materials.

Font: Universitat de Basilea

Mariia Becker et al, The influence of alquil chains on the performance of DSCs employing ferro(ii) N-heterocyclic carbene sensibilizators, Dalton Transactions (2021). DOI: 10.1039/d1dt03252f

Dalton Transactions 

Emissions globals dels vehicles elèctrics i els de combustió.

Sorgeix preocupació  d'alguns analistes sobre com de verda és la indústria del vehicle elèctric, centrant-se especialment en les emissions indirectes causades a les cadenes de subministrament dels components del vehicle i els combustibles utilitzats per generar l'energia elèctrica per carregar els vehicles.

Un estudi de l'Escola de Medi Ambient de Yale, que es va publicar a Nature Communications, va trobar que el total de les emissions indirectes dels vehicles elèctrics són menors en comparació amb les emissions indirectes dels vehicles amb motor d'explosió i consum de combustibles fòssils. Això s'afegeix a les emissions directes dels vehicles que consumeixen combustibles fòssils, és a dir les emissions del tub d'escapament o la de les centrals tèrmiques elèctriques, que encara hi han per a la generació d'electricitat. Es demostra que els vehicles elèctrics tenen un notable avantatge d'emissions respecte als vehicles convencionals.

La sorpresa de l'estudi va ser  quant més baixes eren les emissions dels vehicles elèctrics., La cadena de subministrament dels vehicles de combustió és tan bruta que els vehicles elèctrics no poden superar-los, fins i tot si es tenen en compte les emissions indirectes.

La recerca, va combinar conceptes de l'economia energètica i l'ecologia industrial ( preus del carboni , avaluació del cicle de vida i modelització de sistemes energètics) per trobar si les emissions de carboni també es reduïen quan es tenien en compte les emissions indirectes de la cadena de subministrament dels vehicles elèctrics.

Una important preocupació sobre els vehicles elèctrics és que la cadena de subministrament, inclosa la mineria i el processament de matèries primeres i la fabricació de bateries, està lluny de ser neta, Així doncs, si es posa un preu al carboni al ser incorporat en aquests processos, l'expectativa és que els vehicles elèctrics serien exorbitantment cars. Resulta que no és així; ja que passa el mateix, si  es t en compte el preu del carboni a la cadena de subministrament de vehicles de combustibles fòssils, Realment, les vendes de vehicles elèctrics augmentarien realment.

L'estudi també va considerar els canvis tecnològics futurs, com ara la descarbonització del subministrament elèctric, i va concloure que això reforçava el resultat que els vehicles elèctrics guanyen quan es tenen en compte les emissions indirectes de la cadena de subministrament.

També, es va recopilar dades mitjançant un National Energy Modeling System (NEMS) creada per l'Energy Information Administration, que modela tot el sistema energètic dels EUA utilitzant detallada  informació de l'actual sistema energètic residencial i una previsió del futur del sistema elèctric. Es va completar una avaluació del cicle de vida el qual, va proporcionar resultats d'emissions indirectes, que després es van connectar al model NEMS per veure com un impost sobre el carboni sobre aquestes emissions indirectes canviaria el comportament dels consumidors i fabricants. 

L'estudi mostra que el punt més crític, es la cadena de subministrament dels vehicles alimentats amb combustibles fòssils, no la dels vehicles elèctrics. Es conclou que com més aviat es passi als vehicles elèctrics, millor, almenys en països amb un subministrament elèctric ja és molt descarbonitzat.

Aquesta investigació, àmpliament ha estat  centrada en l' adopció d' energies alternatives al transport,  pel que proporciona una millor entesa de com els preus integrals del carboni, que inclouen tota la cadena de subministrament, poden fer canviar els consumidors cap als vehicles elèctrics.

Font: Paul Wolfram et al, Pricing indirect emissions accelerates low-carbon transition of US light vehicle sector, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-27247-y

Tecnologia per la transacció energètica descentralitzada.

La transformació de la xarxa elèctrica tradicional a una xarxa intel·ligent, està sent impulsada per una transició subjacent cap a la sostenibilitat per a la qual és essencial una forma segura i sistemàtica d'integrar els recursos energètics renovables i no convencionals. 

Una xarxa intel·ligent basada en Internet, està obrint el camí per a un grup d'innovadores tecnologies, anomenades  "Internet de l'energia" per garantir que la demanda d'energia es satisfà en qualsevol moment.

L'objectiu fonamental d'aquest canvi és possibilitar un sistema energètic sostenible pel que, la  integració de les Tecnologies de la Informació (TI) amb les Tecnologies Operatives (OT) esdevenen com el nucli d'una xarxa intel·ligent, tot i que, la integració i la gestió centralitzada dels diversos actors com els comptadors intel·ligents, les fonts d'Energies Renovables (RES), els Recursos Energètics Distribuïts (DER), consums i els dispositius d'Internet de les coses (IoT), etc. es converteixen en un gran repte pel sector. Les xarxes intel·ligents, avancen cap a un paradigma descentralitzat des d'una topologia centralitzada per integrar eficaçment cada cop més recursos repartits en el temps i l'espai de manera que, es proporcionin serveis de qualitat pels seus usuaris sense comprometre la integritat de totes les parts interessades, inclòs el distribuïdor. 

Amb una gran quantitat de transaccions d'energia i de dades, la ciberseguretat s'està tornant crucial. La tecnologia blockchain disposa de diversos atributs que ofereixen una excel·lent plataforma per a la seguretat i la privadesa de les xarxes intel·ligents. 

En les darreres dècades, els sistemes energètics centralitzats i tradicionals, estan essent problemàtics dona que provoquen un augment de les emissions de carboni,  tenen pèrdues en el transport d'energia a llarga distància i existeix una important consum d'energia ineficient juntament, amb la manca de participació dels consumidors. La transició cap a un sistema energètic sostenible, està facilitant això gràcies a les solucions que aborden i destaquen aquests reptes. 

La incorporació de les DER i la millora de l'eficiència en el consum d'energia, són dues solucions fonamentalment claus. L'ús de fonts de RE distribuïdes amb l'ajuda de la tecnologia de control i comunicació intel·ligent i una infraestructura de mesura avançada fa que a aquest sistema, sigui molt efectiu. 

La xarxa futura s'ha plantejat per proporcionar un flux d'energia bidireccional i compartir informació a través d'una plataforma segura per millorar la gestió de l'energia mitjançant la integració de la tecnologia RE. S'està observant, que les actuals xarxes intel·ligents ha de resoldre diverses dificultats per millorar l'ús de les DER i gestionar la integració dels recursos energètics escalables. També cal resoldre com garantir la seguretat i una integració fiable d'altres tecnologies per millorar l'eficiència i la fiabilitat. 

El internet energètic, és una sorprenent solució per afrontar els reptes  energètics futurs, motivat per la necessitat de gestionar dades obtingudes en temps real. Aquest marc tecnològic juntament amb els elements del sistema dels distribuïdors, inclosos els mercats elèctrics dels comercialitzadors, permetrà als clients participar activament com a "iguals" i optimitzar el balanç energètic global del sistema. En conseqüència, s'ha conceptualitzat les xarxes intel·ligents de nova generació amb l'objectiu de complir els següents objectius per a tots els participants, així com per als components del sistema:

- Facilitar la interacció entre les empreses que conformen el sector elèctric.

- Habilitar i millorar la capacitat d'autodecisió.

- Compartir energia i informació per optimitzar el balanç energètic global.

- Garantir la plena utilització dels DER a gran escala.

- Posseir la flexibilitat per integrar fonts d'energia centralitzades i distribuïdes.

Tot els anteriors punts, han de facilitar l'intercanvi d'energia entre el prosumidor i la xarxa per permetre i garantir l'intercanvi just i equitatiu de l'energia a en una comunitat energètica entre consumidors i consumidors.

Una xarxa d'energia descentralitzada ofereix excel·lents característiques com ara el flux d'informació i energia bidireccional entre consumidors/prosumidors i els diferents actors de la comunitat energètica per això, es preveu que els futurs sistemes energètics facilitaran el creixent nombre de prosumidors i consumidors cap a món descentralitzat per fer possible compartir energia.

Com a tal, els prosumidors seran capaços de compartir els excedents de generació amb els seus veïns. Aquest tipus de flux d'energia, redueix els pics a la xarxa, les pèrdues de transport i distribució d'energia i fa cassar oferta  amb la demanda a nivell local, cosa que ofereix al distribuïdors i operadors del mercat una major observabilitat i flexibilitat en les operacions de programació d'energia. El prosumidor podrà comerciar directament amb altres sense cap implicació de tercers i amb uns costos de transacció molt baixos. 

Aquí és on la tecnologia blockchain esdevé cabdal. Aquest escenari, li sorgiran nous reptes i dificultats operatives, així com problemes i costos regulatoris que es reflectiran en els prosumidors, productors i consumidors. A més, els ciberatacs, la violació de la privadesa i la seguretat de les dades, podran provocar monopolis de tercers gràcies a un funcionament ineficaç d'aquests mercats energètics locals amb una distribució desigual d'incentius i sancions. Les característiques clau de la tecnologia blockchain ofereix una excel·lent eina per crear un mercat energètic obert i descentralitzat més fiable.

Ramon Gallart

Combustibles sintètics no són la salvació del motor de combustió.

Hi han diferents afirmacions sobre els combustibles sintètics que costa creure, incloent aquesta de Bosch:  els combustibles sintètics estaran disponibles a les estacions de servei a 1,20 €/l en el 2030. 

Els combustibles sintètics o e-combustibles, també són anomenats power-to-líquids, power-to-gas, e-gas, e-combustibles o, tal com els denomina Bosch, combustibles sintètics renovables, són combustibles fets a partir d'energia solar i eòlica. De entrada, sembla una bona opció si es  pot oferir e-combustibles barats. Si això és així, llavors, per què preocupar-se a passar als cotxes elèctrics? 

Per produir e-combustibles cal electricitat, preferiblement renovable, per dividir l'aigua en hidrogen i oxigen. Aleshores, l'hidrogen es combina amb diòxid de carboni per produir hidrocarburs com el gasoil, el gas (metà) o combustible per a avions. Mentre que els e-combustibles poden ser molt baixos en carboni si es fan amb electricitat de generació renovable, no poden ser de baix cost alhora. El procés de producció d'e-combustibles és intrínsecament ineficient, convertint, en el millor dels casos, la meitat de l'energia de l'electricitat en combustibles líquids o gasosos. Tot i que els costos de l'electricitat eòlica i solar estan baixant amb el pas del temps, l'energia encara costa alguna cosa, i aquest cost es veu augmentat essencialment pel baix rendiment de la producció dels combustibles sintètics. 

L'equipament tampoc és barat: els electrolitzadors utilitzats per trencar l'aigua en hidrogen i oxigen són cars. Alguns analistes creuen que els preus de l'electrolitzador baixarà molt en les properes dècades, però no hi ha cap evidència. 

Segons les hipòtesis a mig terme, es preveu que el 2030 no es fabricaran volums significatius de combustibles sintètics de fonts renovables per sota de 3 o 4 €/l.

Es cert que ningú sap amb certesa que costarà quelcom en el futur, de manera que no hi ha barreres per què els analistes facin servir les hipòtesis que considerin oportunes en les seves projeccions. Però suposar un context el més favorable i ideal possible, no és la manera correcta de planificar el futur. Quan s'està elaborant un pressupost d'una llar per al proper mes, no es suposa que els propietaris reduiran el lloguer de forma substancial, per tant, permeti adquirir un vehicle nou de luxe.

És important una debat adequat sobre els combustibles sintètics perquè cal esbrinar com descarbonitzar el sector del transport. Com s'ha demostrat diverses vegades, no hi haurà prou biocombustibles o biogàs amb baixes emissions de carboni per descarbonitzar tots els cotxes, camions, vaixells i avions. Els cotxes hauran de funcionar amb electricitat renovable. Llavors, l'elecció és si canviar a motors elèctrics i carregar amb endoll a la llar, o mantenir viva la combustió interna provinent de fonts renovables

Com es mostra a la figura següent, una d'aquestes vies és més de 4 vegades més eficient que l'altra. Es pot esperar que el 48% de l'energia elèctrica renovable es perdi en la conversió a combustibles líquids, utilitzant el valor mitjà de les tecnologies dièsel segons aquesta modelització econòmica.

Per agreujar el problema, segons diversos estudis, el 70% de l'energia d'aquests combustibles es perdrà quan es cremi en motors de combustió interna, amb una eficiència total del 16% per a la via dels e-combustibles. Per tant, es perd la gran majoria de l'energia del sol o del vent. En canvi, la majoria de l'energia utilitzada pels vehicles elèctrics es destina en realitat a accionar les rodes, perdent només un 10% en la càrrega i un 20% pel motor. Això és una eficiència total del 72%. Per tant,  suposa un gran estalvi en costos de combustible.

Tot i que no s'ha inclòs la pèrdua d'eficiència del 6% en la transmissió i distribució d'electricitat a la figura següent, de la mateixa manera s'ometen les pèrdues d'energia en el transport de combustibles sintètics.

A més, hi ha més evidències que la disminució dels costos de la bateria farà que els vehicles elèctrics tinguin la paritat de costos amb els cotxes convencionals a curt termini respecte l'evidència de la caiguda dels costos de l'electrolitzador que farà que els combustibles sintètics siguin assequibles. 

Per posar les coses en perspectiva, s'ha calculat que l'ús de combustibles electrònics per reduir les emissions de GEH dels vehicles costaria 3 vegades més que la sanció per no complir els estàndards europeus d'economia de combustible per als turismes.

Escollir la via menys eficient (els combustibles sintètics) per descarbonitzar els cotxes costarà molt. I establir estratègies a llarg termini basades en el motor de combustió interna, costarà molt més que diners;  costarà el temps que es necessita amb urgència per desplegar vehicles elèctrics i infraestructures de recàrrega si es vol tenir alguna possibilitat de contenir la crisi climàtica.

Font: International Council on Clean Transportation (Stephanie Searle)

Generar hidrogen a l'Antàrtida.

Un projecte de recerca  que avalua la viabilitat de la producció d'hidrogen a l'Antàrtida, en el futur podria ajudar a reduir les emissions de carboni.

S'està investigant com es podria generar, utilitzar i emmagatzemar l'hidrogen a la base Scott i a diversos camps remots per reduir la dependència dels combustibles fòssils que s'utilitzen actualment per al transport, cuinar i la calefacció.

El desenvolupament d'un nou parc eòlic a Scott Base, l'excedent d'electricitat generada per les turbines eòliques, es podria utilitzar per generar hidrogen verd.

Actualment a l'Antàrtida, s'utilitza combustibles fòssils per al transport i els treballs, per això, es vol investigar la viabilitat de generar i utilitzar hidrogen com a combustible alternatiu. Convertir l'excedent d'energia de les turbines en hidrogen, ajudaria a reduir les emissions de la combustió de combustibles fòssils i també l'estalvi que generaria pel transport d'aquests combustibles a l'Antàrtida.

L'hidrogen és un pas en la direcció correcta per proporcionar una alternativa amb emissions zero de carboni.

Aquest projecte ofereix una oportunitat per explorar una solució en un entorn real que necessita resoldre reptes per un disseny únic.

Aquest projecte té el potencial d'ajudar a reduir les emissions de carboni a l'Antàrtida, però hi ha una sèrie de reptes del disseny a tenir en compte, com ara l'aïllament geogràfic, l'entorn verge, les condicions extremes i els campaments remots. Per això, aquest projecte, proporciona una visió valuosa del treball científic que s'ha dut a terme a l'Antàrtida, així com del seu progrés en la reducció d'emissions.

Gràcies a l'aprenentatge sobre com l'explotació es dur a terme, ha permès modificar un conjunt de consideracions i limitacions que s'ha traduït en una optimització econòmica.

Font: Universitat de Canterbury

Les "apagades" i l'energia neta.

Hi han visions sobre un futur no gaire clar per impulsat energia neta i renovable motivat per les pors d'apagades donada les característiques intermitents d'aquestes. Aquestes pors no tenen sentit, segons un nou estudi de la Universitat de Stanford que analitza l'estabilitat de la xarxa en diversos escenaris en què els recursos d'energia eòlica, hídrica i solar alimenten el 100% de les necessitats energètiques dels EUA per a tots els propòsits. 

Aquest estudi, examina l'estabilitat de la xarxa dels EUA després de subministrar electricitat només amb energia neta i renovable. Això significa que no hi ha combustibles fòssils, captació de carboni, captació directa d'aire, bioenergia, hidrogen blau o energia nuclear.

La hipòtesi és que tots els cotxes i camions funcionen amb motors elèctrics o piles de combustible d'hidrogen, les bombes de calor elèctriques Han substituït els forns de gas i els escalfadors d'aigua i les turbines eòliques i els panells solars han substituït les centrals elèctriques de carbó i gas natural.

L'estudi preveu aquestes i moltes més transicions en els sectors de l'electricitat, el transport, els edificis i la indústria durant els anys 2050 i 2051. L'escenari no és tan exagerat com pot semblar. L'eòlica, l'aigua i la solar ja representen gairebé el 20% de l'electricitat dels EUA. Més de 180 ciutats dels EUA han promulgat polítiques que requereixen un sector elèctric pràcticament renovable.

Les opinions més crítiques, assenyalen que poden haver falles de la xarxa enmig de fenòmens meteorològics extrems, tal com va passar a Califòrnia durant l'agost del 2020 i Texas durant el febrer del 2021 com a prova que no es pot confiar en l'electricitat renovable per subministrar una potència constant. 

En un estudi anterior, es va analitzar com satisfer la demanda contínua d'energia cada 30 segons durant dos anys. Per això, es van fer simulacions  a Alaska i Hawaii, que estan aïllats, i Califòrnia, Texas, Nova York i Florida, com a  grans estats allunyats els uns dels altres i subjectes a diferents condicions meteorològiques, així com totes les regions de la xarxa elèctrica interconnectades dels EUA. Es preveia una massiva ampliació d'aerogeneradors i plaques solars de manera que, cap dels quals ocupa nous terrenys, així com les turbines eòliques terrestres, els panells solars de les utilities i les centrals d'energia solar concentrada. També s'incloïa una nova infraestructura geotèrmica però cap nova infraestructura hidroelèctrica. En general, es va trobar que els nous generadors elèctrics ocuparien al voltant del 0,84% del terreny dels Estats Units enfront de l'aproximadament 1,3% de la terra ocupada actualment per la indústria dels combustibles fòssils.

En aquests escenaris, es va trobar, que els costos energètics per càpita anuals de les llars, eren gairebé un 63% menys que en un escenari normal. En alguns estats, els costos van baixar fins a un 79%. El cost d'inversió per fer la transició de tot als EUA oscil·la entre els 9 i els 11 bilions de US$, depenent de la quantitat d'interconnexió de les regions. No obstant això, això es compensa amb la venda d'energia i amb l'estalvi de costos cada any en comparació amb la no transició. De fet, només basant-se en l'estalvi de costos energètics, el temps de recuperació pot ser de només cinc anys.

La interconnexió entre regions geogràfiques cada cop més grans, va fer que el subministrament d'energia i costos siguin més baixos, perquè va augmentar les possibilitats de disponibilitat d'energia eòlica, solar i hidràulica de manera que, va reduir la necessitat d'aerogeneradors, panells solars i bateries addicionals .

Un significatiu resultat,  va ser que les bateries de llarga durada no eren necessàries ni útils per mantenir estable la xarxa. En canvi, l'estabilitat de la xarxa es podria obtenir gràcies a les bateries disponibles amb una durada d'emmagatzematge de quatre hores o menys. La connexió entre bateries de curta durada pot proporcionar un emmagatzematge a llarg termini quan s'utilitzen successivament. També es poden descarregar simultàniament per satisfer grans pics de demanda durant períodes més curts. En altres paraules, les bateries de curta durada es poden utilitzar tant per a grans pics de demanda durant períodes curts com per a pics més baixos durant un període llarg.

Construir i explotar una xarxa renovable completament neta pot crear uns 4,7 milions de llocs de treball a llarg termini a temps complet en diversos sectors energètics, com ara la construcció i la fabricació de components, així com una ocupació indirecta a botigues, restaurants i altres. empreses. Un aire més net evitaria unes 53.200 persones mortes  i milions de malalties relacionades amb la contaminació pel 2050.

Font: Universitat de Stanford 

Energia intel·ligent a les ciutats intel·ligents.

Arreu del món, s'està experimentant canvis climàtics i ambientals que provoquen tensions econòmiques. Això porta  la cerca d'estratègies adequades per la transició energètica acompanyada de plans de desplegament efectius.

Els actuals sistemes energètics conjuntament amb  les pràctiques d'enginyeria amb els esquemes poc àgils de gestió, no faciliten aquesta transició que es basa en una sèrie de factors que inclouen la integració de recursos energètics renovables. Els tradicionals sistemes energètics integrats poden ser implementats com models centralitzats els quals, haurien de ser avaluats en funció dels recursos disponibles i la naturalesa del territori. També,  cal aconseguir un òptim rendiment mitjançant l'anàlisi de les diferents estratègies de disseny i explotació.

La participació de la societat és important per decidir models i estructures de gestió energètica adequades a les necessitats. Això no sempre és fàcil, per tant genera reptes per permetre una transició suau. 

Per garantir una implementació amb èxit dels plans de transició, és essencial garantir la col·laboració de les parts implicades que necessita de personal per liderar la transició energètica per  que esdevingui  com un model de desplegament i educació a tot el món. 

Per tant, es important preparar als enginyers de les futures generacions amb les habilitats essencials mitjançant la formació en recerca i educació que abasta l'anàlisi de la demanda d'energia, l'oferta, l'avaluació dels sistemes energètics, utilitzant models i simulacions, així com la integració de dades en temps real per sintetitzar possibles escenaris de transició amb baixes emissions de carboni amb estratègies de control associades i esquemes de desplegament i gestió.

Una manera, és incloure la modelització i la simulació de les xarxes, les càrregues, l'emmagatzematge i les tecnologies elèctriques, tèrmiques i de gas, relacionades amb l'energia, el transport, l'aigua i les infraestructures comunitàries. Llavors, diferents escenaris de conversió i emmagatzematge d'energia s'avaluen dins del sistema energètic especificat tenint en compte les mesures de rendiment i factors associats, com ara perfils de demanda, cost energètic, clima, disponibilitat de recursos energètics i polítiques i normatives. 

La síntesi dels escenaris energètics s'avalua tant per al disseny com per al funcionament dels sistemes d'energia híbrids objectiu, i s'utilitza per especificar esquemes de gestió i planificació efectius. 

Per tal d'aconseguir una avaluació precisa dels escenaris de transició, cal fer formació sobre el desenvolupament d'interfícies intel·ligents entre sistemes i les tecnologies energètiques per integrar dades en temps real dels sistemes energètics amb els models de simulació i l'entorn per aconseguir models energètics que permetin avaluar tots els escenaris de transició energètica possibles i definir els plans de desplegament més adequats. 

A més, cal basar-se en els algorismes d'Intel·ligència Artificial (IA) i les tècniques d'anàlisi de dades per donar suport a la modelització intel·ligent, la simulació i l'avaluació d'escenaris de la transició energètica. 

Una estratègia mal aplicada acaba en retard que tenen un impacte econòmic negatiu de les inversions. Per tant cal un enfocament per donar suport a l'adequada selecció de les tecnologies energètiques, el disseny, l'operació i les estratègies de control, a més d'integrar polítiques, regulacions energètiques i altres limitacions com a part de la modelització i simulació intel·ligent de sistemes d'energia híbrids.

Ramon Gallart