La geotèrmica pot superar a les bateries per a l'emmagatzematge d'energia?

Els sistemes geotèrmics transporten la calor des de l'interior de la Terra fins a la superfície per fer calefacció o  també, electricitat. Però, les centrals geotèrmiques són cares de construir i possiblement seran encara menys viables econòmicament a mesura que l'energia eòlica i solar sigui més barata i abundant. Tanmateix,  mentre creixen les font renovables solar i eòlica, esdevé més necessari emmagatzemar electricitat.

Una nova proposta podria resoldre aquests problemes i reforçar a les tres tecnologies renovables. La idea és senzilla: utilitzar embassaments geotèrmics per emmagatzemar l'excés d'energia eòlica i solar en forma d'aigua calenta o vapor per obtenir electricitat.

Això, permetria que les plantes geotèrmiques de nova generació trenquessin amb el paradigma operatiu de ser una càrrega base tradicional i guanyessin un valor molt més gran com a suport d'energia eòlica i solar.

S'han fet simulacions d'aquest emmagatzematge d'energia basat en dipòsits geotèrmics per veure si els components tècnics del sistema, així com el model econòmic, realment funcionen de manera que s'ha  trobat que els sistemes podien emmagatzemar temporalment electricitat (des d'unes poques hores fins a molts dies), amb la mateixa eficàcia que les bateries d'ions de liti. A més, la capacitat d'emmagatzematge és efectivament gratuïta amb la construcció d'un dipòsit geotèrmic.

Això, només te sentit a les plantes geotèrmiques millorades, com les que estan desenvolupant Fervo i altres empreses com Cambridge, Quaise Energy amb seu a Mass i AltaRock Energy, amb seu a Seattle.

Els sistemes geotèrmics convencionals foren pous en embassaments hidrotermals naturals. Però aquestes bosses d'aigua calenta profundament sota terra no existeixen a tot arreu. Als Estats Units, per exemple, es troben majoritàriament a l'oest.

Els sistemes geotèrmics millorats (EGS) resolen la limitació geogràfica creant embassaments artificials. PEr això cal crear fractures en formacions rocoses calentes i seques mitjançant la perforació o la fusió de la roca i, després injectar aigua a les fissures. Els pous de producció aporten l'aigua calenta per produir electricitat. Per contribuir a la descarbonització de l'electricitat cal extreure la calor geotèrmica fora de les formacions convencionals.

Un cop instal·lats aquests sistemes EGS, serien ideals per emmagatzemar energia així com per produir electricitat. L'excés d'energia eòlica o solar es podria utilitzar per injectar aigua als embassaments artificials, on s'acumularia i augmentaria la pressió. Aleshores, els pous de producció es podrien explotar obrint el circuit d'aigua calenta quan es necessiti electricitat.

Els embassaments EGS es creen en formacions rocoses que són naturalment impermeables llavors,  tot el que està fora del dipòsit artificial està tancat. És molt semblant a un embassament hidroelèctric,  quan l'aigua passa des de presa  cap a la turbina i genera electricitat".

Depenent de la geologia i els tipus de roques, les simulacions han trobat que els sistemes podrien emmagatzemar energia amb una eficiència de fins a un 90 % durant un cicle. Això és comparable amb l'emmagatzematge d'ió de liti i les centrals hidroelèctriques reversibles. El cost, seria mínim en comparació amb altres tecnologies d'emmagatzematge d'energia. Caldria instal·lacions més grans a la superfície, però l'espai d'emmagatzematge no tindria impacte, ja que els dipòsits EGS s'estan construint de totes maneres per  fer l'electricitat.

Font: Applied Energy 

Les Virtual Power Plants

La transició energètica és un tema global motivat a mesura que els sistemes elèctrics incorporen cada cop més i més de fonts d'energia renovables a recursos energètics distribuïts (DER). L'alta penetració de les DER comporta nous reptes pels distribuïdors d'energia elèctrica a causa de la falta de visibilitat que disposen, la seva naturalesa intermitent, la manca de controlabilitat i els potencials problemes de qualitat de l'energia que poden introduir a la xarxa. 

Al mateix temps, l'alta penetració de les DER proporcionarà una quantitat significativa de flexibilitat que es podria utilitzar per millorar les operacions de la xarxa elèctrica. Els VPP agreguen, orquestren, optimitzen i controlen aquestes DER ja que poden oferir flexibilitat a la xarxa. 

Donada la recent situació global, la seguretat energètica i el canvi climàtic són dos dels principals problemes amb què les xarxes de distribució i transport han de gestionar.  Els sistemes fotovoltaics, eòlics, de biomassa, hidràulics i d'emmagatzematge són les principals tecnologies d'energia renovable desplegades per generar i emmagatzemar energia neta. El desplegament d'una gran quantitat de DER a les xarxes elèctriques suposa reptes per al funcionament de la xarxa. Tanmateix, també introdueix una gran quantitat de flexibilitat, especialment a les xarxes de distribució.

El problema de la flexibilitat disponible a nivell de les  xarxes de transport i distribució, ve donada per la poca visibilitat que en tenen per una gestió coordinada per una adequada operació de la xarxa. Si hi ha absència de control i de visibilitat de les DER per a les xarxes de transport i distribució, podrien ser necessaris nous recursos per mitigar l'efecte de la intermitència de les fonts renovables per a la regulació de la tensió i de la freqüència, l'equilibri entre generació-demanda i la millora de la qualitat de l'energia. Aquestes solucions no són rendibles, ja que cal invertir en nous recursos en comptes d'utilitzar els actius que podrien haver  darrere del comptador (BTM) i que són propietat dels clients que estan connectat a aquestes xarxes.

Una Virtual Power Plant (VPP), és una solució digital que agrega, orquestra, preveu, optimitza i controla la flexibilitat de les DER per donar suport a les operacions de la xarxa. Una VPP, principalment consisteix en actius virtualment connectats, una plataforma digital i una xarxa de transport i/o distribució virtualment connectada. Llavors, la VPP rep un senyal de l'operador del sistema de transport o distribució, i envia els actius per satisfer els requisits de la xarxa.

En el cas d'un país amb un sistema elèctric integrat verticalment, totes les seves activitats que van, des de la generació, transport, distribució i comercialització, estan controlades per una única entitat on el mercat no està dissenyat perquè els retailers i agregadors participin en els serveis de generació i de suport a la xarxa. Però a països on el sector s'ha dividit, fan necessari que l'interncanvi de dades i el seus fluxes siguin adequats per millorar l'eficiència i la fiabilitat de la xarxa. Exemples d'aquests actius podrien ser les PV als terrats, els vehicles elèctrics, els sistemes d'emmagatzematge d'energia de la bateria (BESS), així com les càrregues residencials flexibles.

És importat trobar eines i mecanismes que permetin incentivar als clients a instal·lar i participar amb les seves DER i així, engrescar als clients a contribuir amb l'economia verda, reduir el consum d'energia i millorar l'eficiència de la xarxa. Tanmateix, des de la perspectiva dels distribuïdors, caldria considerar una limitació per gestionar la qualitat de l'energia, el flux d'energia que es lliura a les xarxes elèctriques, la sobrecàrrega, la volatilitat de la tensió i el hosting capacity.

Tot això, comportaria una major flexibilitat del sistema elèctric, una millor visibilitat i controlabilitat de les DER, diversificar la combinació de generació a la xarxa i reduir la dependència de la generació centralitzada, millorar l'eficiència energètica i fomentar l'autoconsum del client.

Per altre banda, els clients estarien interessats a instal·lar PV a les seves llars per millorar la capacitat de generar un determinat percentatge de la demanda local. Donat el caas que un distribuïdor hagés de  restringir la quantitat de generació fotovoltaica instal·lada a la xarxa de distribució, les VPP actuarien com a un facilitador que peremetria una major participació dels clients.

Altrament, les PV, els EV, la resposta a la demanda, el BESS i les microxarxes interconnectades podrien ser enteses com una forma de DER. Les estratègies de control dels DER com ara la càrrega intel·ligent/càrrega gestionada de vehicles elèctrics, la càrrega i descàrrega de l'emmagatzematge d'energia distribuït, el control de Volt/Var i l'optimització dels inversors distribuïts permetrien optimitzar les operacions de la xarxa, millorar l'eficiència de la xarxa, reduir les pèrdues d'energia per evitar invertir en inversions costoses i poc actuals basades en el reforç de la xarxa. 

Llavors, les VPP podrien actuar com a facilitador perquè els clients contribueixin més a la sostenibilitat del medi ambient. Això seria un fort incentiu perquè els clients comparteixin amb la comunitat la seva contribució a l'economia verda.

En definitiva, donat l'augment de la penetració de les DER,  cada cop serà més difícil operar la xarxa elèctrica. Les VPP són una tecnologia ja establerta per donar suport al les xarxes de transport i distribució per mantenir la xarxa en condicions de funcionament estables. Les VPP són un recurs que bàsicament és utilitzat per agregadors i empreses comerciliatzadors.

Ramon Gallart

 

El hosting capacity i els recursos distribuïts.

Els recursos de flexibilitat són una part integral de les solucions donada la intermitència associada a l'augment sense precedents de les fonts d'energia renovables variables (VRES). En aquest sentit, els recursos de flexibilitat distribuïda (DFR) no només poden proporcionar serveis a la xarxa i al sistema, sinó que també poden oferir oportunitats per millorar el Hosting Capacity (HC) dels sistemes de distribució. 

Per tant, és essencial tenir en compte els efectes dels DFR sobre noves tècniques d'estudis del HC i els reptes que s'enfronten. Per això cal donar resposta a les següetns preguntes

1.- Com afecten els DFR a les característiques i a la valoració dels estudis del HC? 

2.- Com poden els estudis del HC  millorar la integració de les VRES distribuïdes?

Segons les definicions, els estudis del HC asseguren un adequat funcionament del sistema d'acord amb els estàndards i els codis de xarxa amb la màxima penetració dels recursos energètics distribuïts (DER) en una determinada xarxa de distribució, sense necessitat de fer cap modificació a la infraestructura existent. Diversos estudis revisen conceptes bàsics, eines i mètodes i també,  tècniques més noves. Hi han diverses tècniques proposades per augmentar l'HC en un sistema determinat, com ara la reconfiguració de la xarxa (NR), els Soft Opent Points (SOP), el canviador de relació de transformació (taps) en càrrega del trafos (OLTC) i les capacitats dels inversors intel·ligents. Els DFR com els sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS) i els programes per atendre a la resposta a la demanda (DRP), també poden contribuir.

Els DFR principalment s'utilitzen per oferir serveis de flexibilitat tant per a les xarxes de transport com de distribució. Tanmateix, els DFR tenen un impacte en la HC ja que, consideren la incorporació de la fotovoltaica (PV). Les bateries poden proporcionar flexibilitat per fer front a la variabilitat de la radiació solar. Els ESS es poden considerar per donar suport  a una HC addicional ja que permet afegir més DER o VRES distribuïts. 

Un punt òptim d'aquest procés de realimentació, donaria la quantitat a nous DER i DFR necessaris i determinaria com afectan a la HC.  Per tant, estudiar aquest tipus d'efectes és de gran importància per a la presa de decisions sobre les inversions i les operacions dels DER i DFR. L'avantatge d'aquest tipus de càlcul de la HC per augmentar la DER és que és específic, mesurable i pràctic. Amb aquests conjunts d'actius, augmentar la HC dels sistemes de distribució als DER és més efectiu i eficient.

Bàsicament, els índexs de rendiment s'utilitzen per representar les propietats de la xarxa de distribució que limiten la integració de les DER basats en estàndards operatius i de components típics. Per exemple, augmentar la penetració fotovoltaica en un node, pot provocar un augment de la tensió més enllà del límit de tensió de la xarxa. En aquest cas, la sobretensió és un factor limitant per augmentar la penetració fotovoltaica. Per calcular la HC pel que fa als índexs de rendiment, els principals factors limitants necessaris per als estudis d'aquesta, la desviació de tensió, la sobrecàrrega tèrmica, les pèrdues de potència, la qualitat de l'energia i els dispositius de protecció. L'avaluació de la HC es pot quantificar com un requeriment basat en el client, llavors, el distribuïdor no disposi del control sobre la mida, la ubicació i el nombre de les DER. Si es  en la distribuïdora, es pot definir com un problema d'optimització, on l'objectiu d'aquest problema és maximitzar la penetració de les DER respecte als indicadors de rendiment. 

Una manera que permeti millorar eficaçment la penetració de les DER, respectant el funcionament del sistema, hauria d'utilitzar un flux de potència òptim per calcular el valor de les tensions i corrents, és a dir, dels esmentats índexs.

Després de definir els límits dels índexs de rendiment segons el codi de la xarxa local o els límits dels components, l'algoritme explora l'avaluació de realimentació comentada anteriorment de manra que, a cada iteració, es comprova la violació de qualsevol índex de rendiment. Cal esmentar que, normalment, la incorporació de les DER no requereix necessàriament flexibilitat, ja que els índexs de rendiment determinaran l'adequat mix energètic. 

En definitiva, com la transició energètica requereix incorporar generació basada en energies renovables, els DFR poden ser un actiu per fer front a la  variabilitat de la generació de manera que, es podria reflectir en nous estudis de la HC. 

Ramon Gallart

Estabilitat a les xarxes de distribució.

No hi ha dubte que les xarxes de distribució arreu estan evolucionant motivades per fer possible una generació distribuïda més propera en els llocs a on és consumeix per fer possible prescindir de l'energia fòssil. Aquest fet comporta que les masses rotatives dels generadors elèctrics de les centrals de generació amb combustibles fòssils gradualment, es vagin eliminant. Aquest fet conjuntament amb l'increment de la gernació renovables que requereix de conversos bastats en electrònica de potència,  introdueix volatilitat.

És conegut que els dissenys i arquitectures de la gernació per les xarxes actuarials, ha estat dominada per grans centrals de generació elèctriques però, avui,  la generació d'energia és cada cop més descentralitzada alhora que fa augmentar la complexitat del sistema elèctric. A més, com que l'energia renovable de mitjana i gran capacitat, sovint es genera lluny de les àrees on es consumeix es requereixen de xarxes de distribució i transport. També, a mesura que la demanda d'energia continua augmentant, provoca més exigències al sistema.

Des dels començament de la electrificació a finals del segle XIX, es van dissenyar i construir la xarxa que actualment utilitzem però,  no va ser pensada per fer front a aquests reptes que  cal fer-hi front. És per això que la xarxa ha de permetre fer possible la transició energètica, particularment amb l'ajuda de noves tecnologies que requereixen importants inversions.

La actualització de la arquitectura de la xarxa elèctrica que farà possible la transició energètica passa per fer un disseny que permeti de forma funcional i en un entorns dinàmic i canviant:

1.- Mantenir la freqüència de distribució: Mantenir el control de freqüència significa fer possible un equilibri entre la càrrega i la demanda en una xarxa A Espanya, es considera que la xarxa elèctrica està en equilibri quan  la seva freqüència és de 50 Hz, per tant, és condició necessària mantenir dins dels estrictes llindars específics, fins i tot en cas d'una pertorbació de la freqüència. Per això, cal fer quatre importants passos en diferents moments per mantenir la freqüència estable si una línia de distribució elèctrica es desconnecta, una planta de generació d'energia falla o hi ha una avaria en qualsevol dels actius que conformes les xarxes elèctriques.

Dins de l'interval inferiors a 10 segons d'una pertorbació, és la resposta inercial del sistema. Fins ara això s'aconseguia gràcies a la física del volant d'inèrcia dels generadors. Avui dia, com a conseqüència d'un menor nombre de màquines rotatives implica una reducció de les reserves instantànies, cosa que augmenta el risc d'excedir els nivells de freqüència crítics. Per tant, una forma de minvar aquesta debilitat es mantenir les centrals elèctriques en funcionament per tal de preservar la reserva instantània o invertir en una reserva primària addicional.

També hi han les emergents mesures addicionals, que inclouen estabilitzadors de xarxa rotatius, així com solucions basades en electrònica de potència, és a dir, supercondensadors i bateries que emulen el comportament de les masses rotatives.

Si durant els primers deu segons s'ha aconseguit mantenir dins dels llindars la freqüència, el següent pas passa per fer possible una resposta de la freqüència primària durant 30 segons per començar a influir a la freqüència de la xarxa local.

En cas de que la freqüència tendeixi a baixar cal més generació per alimentar a les càrregues de la xarxa. En cas de que la freqüència tendeixi a incrementar, es requereix reduir les càrregues de la xarxa. Una forma de  fer-ho possible es amb sistemes de emmagatzemament basat en bateries de ions de liti o pila de combustible amb hidrogen, entre d'altres.

En cas de que no sigui suficient i, a partir dels següents 30 segons el sistema de gestió d'energia ha de donar consignes als generadors de tota la xarxa per reduir o augmentar la seva generació per portar a la freqüència cap al valor desitjat .

Finalment, si es donés el cas d'un desequilibri més prolongat entre l'oferta i la demanda en una xarxa, les reserves, com ara centrals elèctriques addicionals i instal·lacions d'emmagatzematge, es poden utilitzar per contribuir aportant més o menys energia a la xarxa.

2.- Garantir l'estabilitat de la tensió: Igual que la freqüència, la tensió o voltatge ha de romandre en un cert nivell per garantir una qualitat d'energia consistent. Els llindars de la tensió, són cabdals de mantenir, ja que sovint l'energia ha de recórrer llargues distàncies combinat amb una capacitat de generació renovable intermitent. Per resoldre aquesta situació, l'energia reactiva és la solució la qual, generalment prové de generadors síncrons en centrals elèctriques convencionals. Tot i això, amb la participació de l'energia solar i eòlica, es necessiten altres mitjans per abordar el voltatge, aquest són els equips d'electrònica de potència com serien els Intelligent Distribution Power Router  (IDPR) ®  per les xarxes de distribució d'Energy in the Cloud

Aquest equips en mode d'operació suport a al xarxa, funcionen com una font de corrent els qual permeten augmentar la capacitat de distribució de les línies elèctriques. 

3.- Un flux de càrrega estable: la gestió de la càrrega és un altre component important per a l'estabilitat de la xarxa. És  un repte especialment desafiant, ja que l'augment de les energies renovables corre el risc de sobrecarregar les actuals línies de distribució. Per això, una manera de controlar el flux de càrrega és utilitzar el controlador de flux de potència unificat basat en electrònica de potència el qual, bàsicament permet ampliar la capacitat de distribució de les línies compensant la impedància elèctrica.

Però per salvaguardar la xarxa, també tenen oportunitat altres dispositius flexibles per controlar activament el flux d'energia. Les solucions d'emmagatzematge d'energia ajuden amb l'anomenat alleujament de la congestió del transport i la distribució.

Les bateries (químiques i piles de combustible)  poden ajudar a distribuir electricitat i evitar costoses mesures per absorbir l'excedent d'energia i dispensar-la quan i on sigui necessari. 

4.- Fer possible restablir el servei en casi d'una falla greu parcial o total del sistema elèctric: Durant els períodes en què es pot generar poca o cap energia a causa de la insuficiència d'energia eòlica i solar, les solucions d'emmagatzematge d'energia de llarga durada, com l'emmagatzematge d'energia tèrmica, l'hidrogen... poden ajudar a mantenir el flux estable d'energia. També, en cas que es doni una apagada, les bateries també poden ajudar per restablir el servei.

Els quatre anteriors punts requereixen de sistemes de control intel·ligent. Per exemple: part de la complexitat de la xarxa energètica es deu a l'elevat nombre d'actius generadors d'energia, com ara les llars amb sistemes solars fotovoltaics. Una solució per enfrontar aquest repte és el d'agrupar aquests petits productors d'energia amb l'ajuda de control intel·ligent per formar una planta d'energia virtual (VPP).

Ramon Gallart

Emmagatzemar hidrògen.

Amb la necessitat per readaptar l'economia, l'hidrogen es pot utilitzar per fer fertilitzants, acer o, alimentar alguns modes de transport en el qual, les bateries electroquímiques no són viables.

Contra la volatilitat dels mercats energètics  cal ser tan independent en termes d'energia com sigui possible. Una manera de veure-ho idealment, és consumir només hidrogen verd produït localment, utilitzant abundants recursos hidràulics, eòlics i solars renovables.

En teoria, una economia basada en el hidrogen és bona, però per fer possible el canvi calen grans quantitats petajoules (PJ) d'hidrogen cada any.

L'hidrogen es produeix en un procés conegut com a hidròlisi: la divisió de l'aigua en gas d'hidrogen i oxigen, utilitzant electricitat. Per produir una quarta part del consum d'energia, la hidròlisi consumiria una quantitat enorme d'aigua.

Això planteja problemes tant culturals com tècnics el quals, cal abordar abans d'embarcar-se en una transició cap a l'hidrogen com a combustible verd.

L'aigua dolça té molta importància sobre la hidròlisi i també pel consum humà. Si s'ignora la complexitat cultural, la infraestructura o els processos d'hidrogen poden no aconseguir un ajust adequat amb la societat fet que podria fer fracassar aquesta tecnologia.

En lloc d'això, podríem començar a abordar-ho aviat mitjançant reconèixer i abordar les preocupacions culturals des del principi permetrà donar forma a com es desenvolupa la tecnologia i compartir els beneficis econòmics d'una economia de l'hidrogen. 

Suposant que s'està disposats i s'és capaç de produir grans quantitats d'hidrogen, en base a les diferents experiències amb altres combustibles es pot entreveure que caldria un  volum molt grans i distribuït per l'emmagatzemament del H2. L'emmagatzematge ajuda a atendre la demanda variable del mercat, aprofita l'excés estacional de renovables i proporciona reserves.

Malauradament, l'hidrogen no es pot emmagatzemar com a líquid excepte en recipients especials que el mantenen a temperatures extremadament baixes. Com un congelador, això sempre consumeix energia.

L'hidrogen es podria mantenir en tancs especials d'alta pressió, però caldrien molts d'aquests dipòsits dels que actualment hi han disponibles. Aquests dipòsits són cars, requereixen grans extensions de terreny i són propensos a patir danys pels riscos naturals.

Per això, una opció es estudiar la possibilitat d'emmagatzemar hidrogen sota terra, en grans coves tallades en sal o en antics jaciments de petroli i gas.

Això ja es fa amb el gas natural. L'emmagatzematge subterrani de gas (metà) és una pràctica habitual, proporcionant resiliència energètica. Per exemple, ateses les interrupcions causades per la guerra a Ucraïna, Alemanya està accelerant l'emmagatzematge de gas als embassaments geològics per disposar-ne a l'hivern.

Es sap que el gas pot reaccionar amb certs tipus de roques. Fins i tot pot ser un àpat per a microbis famolencs. Ambdós processos consumirien un combustible valuós. Però predir si en els potencials dipòsits naturals passaria, requereix d'experiments especials que requereixen replicar la pressió i les temperatures extremes a 3 km sota terra.

També s'està aprenent a predir com es mourà l'hidrogen sota terra. Es sap que part del gas injectat mai tornarà a sortir. Aquest és el "coixí " que actua una mica com una molla que permet empènyer el hidrogen cap a la superfície.

També, es pot escapar una mica d'hidrogen a través de petites esquerdes a la roca. Per tant, cal saber quant i establir una vigilància per vigilar-ne i considerar el seu efecte sobre el clima.

El futur de l'hidrogen segueix sent incert, però s'està treballant per fer-lo possible. De fet, els primers signes d'emmagatzematge subterrani d'hidrogen verd són engrescadors per això s'entreveu molt entusiasme en general en el sector a nivell mundial.

Però la viabilitat tècnica no és suficient: qualsevol solució ha de tenir sentit econòmic i ser acceptable per ala societat i el seu públic en general.

Demostrar la viabilitat de qualsevol nova idea requereix temps. Per això cal desenvolupar, de vegades fracassar, perfeccionar i després trobar l'èxit. Però en base al canvi climàtica que cada dia mostra més agressivitat meteorològica, clarament no hi ha gaire temps per perdre. En aquesta nova era d'adaptació, els governs, la indústria, la societat i els científics han de treballar molt conjunta i coordinadament.

Aquests aspectes són només alguns dels reptes que planteja l'emmagatzematge subterrani d'hidrogen. Però en base a l'experiència amb l'emmagatzematge de gas natural  dóna la confiança que serà possible gestionar-lo amb una investigació i planificació adequades.

Ramon Gallart

El vapor d'aigua, el diòxid de carboni i la llum solar, poden produir querosè.

A mesura que el canvi climàtic passa de la crisi a l'emergència climàtica, el sector de l'aviació sembla que no assolirà l'objectiu d'emissions zero per al 2050. En els cinc anys anteriors a la pandèmia, les quatre principals companyies aèries nord-americanes ( American , Delta , Southwest i United ) van tenir un augment del 15% en l'ús de combustible per als seus avions. Malgrat les millores contínues en l'eficiència del motor, es preveu que aquesta xifra continuï augmentant.

Una possibilitat prové dels combustibles "solars". Per primera vegada, científics i enginyers de l' Institut Federal Suís de Tecnologia (ETH) de Zuric han fet pública una demostració reeixida d'una planta solar integrada per la producció de querosè. Utilitzant energia solar concentrada, va ser possible produir querosè a partir de vapor d'aigua i diòxid de carboni directament de l'aire. El combustible així produït, és una alternativa directa als combustibles derivats dels fòssils i es pot utilitzar amb les infraestructures d'emmagatzematge i distribució i motors existents.

Els combustibles derivats del gas de síntesi, és un producte intermedi que és una barreja específica de monòxid de carboni i hidrogen. Això, és una coneguda alternativa als combustibles convencionals derivats de fòssils. El gas de síntesi es produeix mitjançant la síntesi de Fischer-Tropsch (FT), en la qual les reaccions químiques converteixen el monòxid de carboni i el vapor d'aigua en hidrocarburs. L'equip d'investigadors de l'ETH va trobar que un mètode termoquímic impulsat per l'eneriga solar per dividir l'aigua i el diòxid de carboni mitjançant un cicle redox d'òxid metàl·lic pot produir gas de síntesi renovable. 

L'actual planta amb una torre solar a escala de pilot, es va instal·lar a l'Institut d'Energia IMDEA a Espanya. Aquesta planta reuneix tres subsistemes: la instal·lació de concentració de la torre solar, el reactor solar i la unitat de gas a líquid.

En primer lloc, un camp d'heliòstat fet de miralls que giren per seguir el sol concentra la irradiació solar en un reactor muntat a la part superior de la torre. El reactor és un receptor de cavitat revestit amb estructures ceràmiques poroses reticulates fetes de ceria (o òxid de ceri (IV)). Dins del reactor, la llum solar concentrada crea un ambient d'alta temperatura d'uns 1.500 °C que és prou calent per dividir el diòxid de carboni i l'aigua capturats de l'atmosfera per produir gas de síntesi. Finalment, el gas de síntesi es processa a querosè a la unitat de gas a líquid. Una sala de control centralitzada opera tot el sistema.

El combustible produït mitjançant aquest mètode tanca el cicle del carboni del combustible, ja que només produeix la quantitat de diòxid de carboni que s'ha fet en la seva fabricació. L'actual planta pilot de combustible segueix sent una instal·lació de demostració amb finalitats d'investigació, però, és una planta totalment integrada i utilitza un disseny format per una torre solar a una escala rellevant per a la implementació industrial.

El reactor solar va produir gas de síntesi amb selectivitat, puresa i qualitat adequada per a la síntesi de FT amb una bona estabilitat del material durant diversos cicles consecutius. Es va observar un valor del 4,1 % d'eficiència energètica solar-syngas. Això, és un valor rècord per a la producció de combustible termoquímic, tot i que es requereixen millores en l'eficiència per fer que la tecnologia sigui econòmicament competitiva.

El valor mesurat de l'eficiència de conversió d'energia es va obtenir sense cap implementació de recuperació de calor. La calor rebutjada del reactor durant el cicle redox va representar més del 50 % de l'entrada d'energia solar. Aquesta fracció es pot recuperar parcialment mitjançant l'emmagatzematge de calor amb termoclina. Les anàlisis termodinàmiques indiquen que la recuperació de calor sensible podria augmentar l'eficiència energètica fins a valors superiors al 20 %.

Per fer-ho, cal treballar més per optimitzar les estructures ceràmiques que revesteixen el reactor, cosa en què l'equip de l'ETH està treballant activament, mirant estructures impreses en 3D per millorar l'absorció volumètrica radiativa. A més, les composicions de materials alternatius, és a dir, perovskites o aluminats, poden produir una capacitat redox millorada i, en conseqüència, una major producció de combustible específic per massa de material redox.

El següent repte és l'ampliació de la tecnologia per a majors entrades d'energia solar radiativa, possiblement utilitzant una sèrie de mòduls receptors de cavitat solar a la part superior de la torre solar.

Per introduir querosè solar al mercat, es preveu un sistema basat en quotes. Les companyies aèries i els aeroports haurien de tenir una proporció mínima de combustibles d'aviació sostenibles en el volum total de combustible per a avions que posen als seus avions. Això és possible ja que el querosè solar es pot barrejar amb querosè a base de fòssils. Tan sols un 1 o 2 %, augmentaria els costos totals del combustible, encara que mínimament.

Mentrestant, l'augment de les quotes comportaria la inversió i la caiguda dels costos, i finalment substituiria el querosè derivat de fòssils per querosè solar. En el moment en què el combustible solar per a avions arribi entre el 10 i el 15 % del volum total de combustible per a avions, s'hauria de veure els costos del querosè solar són propers als del querosè derivat dels fòssils.

Font: IEEE Spectrum

Cost de la transició energètica a nivell mundial.

És un pensar en la transició energètica com quelcom que està perfectament definit amb la finalitat de substituir els combustibles fòssils per alternatives sense emissions de gasos contaminats i emissions de CO2.

La urgència per fer la transició energètica no és més fàcil què posar al home a la Lluna ja què només va afectar a petites parts de l'economia d'un país, en aquest cas, els EUA a més, les vides dels ciutadans gairebé no es van veure afectades o el que és el mateix, tot el contrari del que cal per fer possible la descarbonització sobre el sector energètic i la mobilitat.

La nostra civilització necessita molt de combustibles fòssils que requereix d'un complex i gran supersistema per l'extracció, el processament, la distribució, l'emmagatzematge de manera que la  conversió del combustible significa que deixar completament d'usar-lo  afectarà directament a totes la societat, a tota la indústria i també, al transport de mercaderies i persones de llarga distància.

Per exemple, quan el projecte Apol·lo va acabar el 1972, va significar un cost d'uns 26.000 MUS$ de llavores que avui equivaldria a uns,207.000 MUS$ o el que és el mateix, durant 12 anys va representar un 0,2% del PIB dels EUA entre els anys 1961 i 1972.

És mol difícil, trobar una valoració justificada i fiable sobre el cost eventual de la transició energètica mundial perquè no es coneix com serà la composició final dels nous subministraments d'energia primària. Tampoc es sap, quines accions caldran de la conversió dels fluxos renovables naturals, si seran utilitzats per produir hidrogen o combustibles sintètics, i fins a quin punt es dependrà de la fissió nuclear o si arriba la fusió nuclear o d'altres opcions, encara desconegudes.

Segons el McKinsey Global Institute, va presentar una conservadora estimació sobre la xifra del cost en 275 bilions US$ entre el 2021 i el 2050. Això és aproximadament 9,2 bilions de US$ a l'any, en comparació amb el producte econòmic global del 2021 de 94 bilions de dòlars. Aquestes xifres impliquen una despesa anual d'aproximadament el 10 % de l'actual PIB mundial. 

Si els països pobres i baixos d'ingressos arreu del món no poguesin suportar aquestes càrregues, el països rics haurien de dedicar de l'ordre del 15 al 20 % cent del seu PIB. Aquestes accions només són comparables a la despesa necessària per guanyar la Segona Guerra Mundial.

Ramon Gallart

Modelar a on instal·lar fonts renovables.

Els recursos energètics distribuïts (DER) com és l'energia solar als teulats o l'emmagatzematge d'energia podrien aportar molt valor a les xarxes elèctriques per la seva evolució.

Com que aquests sistemes es poden situar a prop de la demanda, poden ajudar a satisfer les necessitats locals d'energia, capacitat i resiliència. No obstant això, els incentius per les  DER no són satisfan prou per compensar el seu "valor local" és a dir, quan i on proporcionen més valor a la xarxa.

Estudiar el valor de la ubicació de les DER ha estat difícil a causa de les condicions canviants de la xarxa i la manca específica de dades. Avaluar noves capacitats del model de demanda del mercat de generació distribuïda (dGen) permeten calcular el valor potencial dels sistemes solars i eòlics distribuïts fins a les parcel·les individuals.

L'avaluació del valor de l'ubicació de les DER i la disponibilitat a nivell de parcel·la, podria ajudar a planificar la xarxa i així, determinar millors incentius i més efectius per a les DER, alinear el comportament del client amb les necessitats del sistema elèctric i avançar cap als objectius d'energia neta.

La disponibilitat de la ubicació, la qualitat dels recursos eòlics i solars, el territori dels distribuïdors elèctrics, les tarifes minoristes associades i les polítiques poden afectar el valor de la ubicació de les DER. Això fa que sigui important estudiar el valor de la ubicació amb més detall, especialment en entorns urbans i rural.

La majoria dels estudis realitzats fins avui sobre a on ubicar les DER, s'han basat en un cert grau d'agregació o en l'avaluació del potencial eòlic i solar basat en un conjunt de potencials llocs. Tanmateix, aquest enfocament pot passar per alt els avantatges únics de les parcel·les individuals i proporcionar una imatge incompleta del potencial de la generació distribuïda.

Un anàlisi de les DER a nivell de parcel·la permet avançar en les avaluacions d'emplaçament i valoració eòlica i solar mitjançant l'exploració d'aquests sistemes amb un nivell de detall sense precedents. Aquest enfocament permet explorar les tendències per tipus d'ús del sòl, sector d'ús final i geografia. A més, es possible identificar àrees on les DER estan disposades a oferir un valor significatiu al sistema elèctric.

Ramon Gallart

Enguany 5 de març se celebra el Dia Mundial de l'Eficiència Energètica.

Aquesta inicitiva ve des de 1998 a Àustria quan es va dur a terme 1ª Trobada Internacional sobre Eficiència Energètica amb la finalitat de conscienciar sobre la necessitat de reduir el consum d'energia mitjançant un ús raonable i sostenible de l'energia.

Millorar l'eficiència energètica no vol dir comprometre el confort ni qualitat de vida reduint el consum d'energia en el dia a dia. La millora de l'eficiència energètica es basa en l'optimització dels processos productius i del consum energètic, utilitzant fonts d'energia renovables en comptes de combustibles fòssils i fomentant el consum responsable i el reciclatge, entre d'altres.

Cercar maneres d'evitar el malbaratament energètic, és fonamental en la lluita contra el canvi climàtic, ja que contribueix a emetre menys carboni i metà a l'atmosfera. Per exemple, fomentar les fonts renovalbels centralitzades i distriubides per minvar l'electricitat que es genera amb combustibles fòssils, com el gas natural i el carbó.

També en aqeust dia, caldria pensar en la frugalitat que significa viure amb moderaicó i senzillesa és a dir, reflexionar sobre si tot el que ara pensem que ens cal per viure realment és necessari i convenient.

Segur que aquesta visió comporta un canvi profunt en l'actual sistema econòmic. De fet, els diners són, en essència, la mesura de pendre decisions. No només depèn de la capacitat per generar-ne'n sinó de com es gasten i en què s'inverteixen.

Llavors, tenir el control de les finances, encara que requereixi un cert sacrifici, aportaria una tranquil·litat i confiança. Avui estem en un mon inestable i de canvis constants, valorar mesures d'estalvi com la frugalitat pot ser una opció assequible per començar, de mica en mica, a adquirir bons hàbits sobre l'eficiencia energètica.

Ramon Gallart

Plantes fotovoltaiques verticals.

L'energia solar és barata i neutre en emissions de  CO2. Per aconseguir el màxim rendiment energètic, les centrals fotovoltaiques solen instal·lar-se orientades al sud amb un angle d'inclinació que depèn de la latitud a on s'instal·len. 

Tenen el seu màxim de generar electricitat tant a l'estació de l'estiu  i el dies de sol, al migdia. En el futur, les energies renovables substituiran completament els combustibles fòssils. Si els mòduls solars es continuen instal·lant principalment en una orientació sud, caldran sistemes d'emmagatzematge d'electricitat addicionals per compensar les fluctuacions segons el dia i l'estació. Un nou estudi publicat a la revista Smart Energy, planteja que en el futur, també tindria sentit instal·lar principalment mòduls solars bifacials verticalment.

Els mòduls solars bifacials poden utilitzar l'energia solar des d'ambdós costats. Instal·lats en una orientació est-oest, la major part de l'electricitat es genera al matí i al vespre. Això podria reduir la necessitat d'emmagatzematge d'electricitat alhora que minimitzaria la quantitat de terra necessària per generació d'electricitat.

Per independitzar-se de les importacions d'energia i reduir les emissions de CO2, el parlament alemany va aprovar a principis de juliol un paquet legislatiu integral per accelerar l'expansió de les energies renovables a Alemanya. Segons la legislació, la proporció de les energies renovables en el consum total d'electricitat s'ha d'augmentar de l'actual poc menys del 50% al 80% l'any 2030. Entre d'altres, es vol millorar el marc normatiu de les noves centrals fotovoltaiques per tal de millorar i aconseguir l'objectiu.

Els mòduls solars bifacials són més cars que els sistemes solars convencionals. Però com que augmenten el nombre d'hores d'energia solar disponible, es redueixen altres necessitats d'electricitat, com en les centrals elèctriques de gas. Instal·lades verticalment, les centrals fotovoltaiques poden estar ben ubicades en terres agrícoles. Això crea oportunitats d'ingressos addicionals per als agricultors i augmenta el potencial de la terra per a l'energia renovable a Alemanya fins a tal punt que només hauríem d'importar una petita quantitat d'energia addicional. 

Les centrals fotovoltaiques instal·lades en terrenys agrícoles poden donar suport al creixement de certs cultius protegint les plantes del vent i la calor. Les franges de floració per a més biodiversitat són possibles directament sota els mòduls. El nou paquet legislatiu del govern alemany augmentarà els incentius per a l'anomenada agrofotovoltaica del futur.

Font: Sophia Reker et al, Integration of vertical solar power plants into a future German energy system, Smart Energy (2022). DOI: 10.1016/j.segy.2022.100083