Sensors quàntics que milloren l'autonomia dels VE.

Una de les principals preocupacions sobre la conducció dels vehicles elèctrics és la seva autonomia. Els sensors quàntics podrien ajudar a millorar en 100 vegades la precisió sobre el seu rang de conducció.

Els vehicles elèctrics controlen la quantitat de càrrega que queda a les bateries el que significa quina és  l'autonomia restant, mitjançant l'anàlisi de quin és el consum de les bateries. Una de les maneres es captar el corrent que està sortint de la bateria la qual, pot variar des de pocs ampers fins a centenars d'amperes.

Ates aquest ampli ventall de la corrent que han d'analitzar els sensors de bateries de vehicles elèctrics, normalment la seva precisió està limitada 1 A. Aquesta imprecisió condueix a una ambigüitat d'aproximadament un 10 per cent en les estimacions de càrrega de la bateria, cosa que fa que l'ús de la bateria sigui ineficient.

Hi han estudis amb origen al Japó el quals expliquen que els sensors quàntics de diamant poden funcionar en un rang de més de 1.000 A alhora que mesuren les intensitats actuals amb una precisió de 10 mA. Això significa que poden reduir l'ambigüitat en les estimacions de càrrega de la bateria dels vehicles elèctrics del 10% a l'1% o fins i tot al 0,11%.

Amb aquesta finalitat, s'ha desenvolupat el primer sensor quàntic de diamants del món per a bateries de vehicles elèctrics que presenta un alt rendiment i una millor precisió que permet fer un ús molt més eficient de les bateries.

La tecnologia quàntica depèn dels efectes quàntics que poden sorgir perquè l'univers pot tornar-se bastant difós als seus nivells més petits. Per exemple, l'efecte quàntic conegut com a superposició permet que els àtoms i altres blocs de construcció del cosmos existeixin essencialment en dos o més llocs o estats al mateix temps.

Aquests efectes quàntics són molt sensibles a les interferències externes. Tanmateix, els sensors quàntics aprofiten aquest fet per aconseguir una sensibilitat extraordinària a qualsevol pertorbació del seu entorn. Per exemple, actualment s'estan desenvolupant sensors quàntics que poden detectar característiques amagades sota terra amb un nivell de detall mai vist fins ara.

Una plataforma de sensor quàntic comuna utilitza  microscòpics diamants artificials amb defectes dins d'ells, en els quals un àtom de carboni es substitueix per un àtom de nitrogen  això fa que falti l'àtom de carboni adjacent. Quan aqueste "vacants" de nitrogen (NV) s'il·luminen amb llum verda, fan fluorescència vermella. Les pertorbacions magnètiques, tèrmiques i altres poden alterar aquesta resposta, permetent que els centres NV esdevinguin com a sensors.

Recentment, s'ha experimentat amb sensors quàntics de diamant, cadascun d'un quadrat de 2 per 2 mil·límetres i 1 mm de gruix. Es va col·locar un sensor a banda i banda de la barra conductora per la qual passa el corrent d'una bateria a la caixa de connexions. En col·locar dos sensors lluny l'un de l'altre en lloc d'apropar-los i després comparar les seves dades per veure què tenien en comú, es van poder identificar i eliminar lectures falses de cada sensor que provenien del soroll ambiental.

Aquests sensors podrien detectar corrents de bateria tan petites com 10 mA a temperatures que van des de -40 fins +85 °C, un rang habitual en les aplicacions per vehicles. Per tant, aquests sensors, també podrien ajudar a controlar la temperatura, cosa que pot ajudar a millorar el control de la bateria.

La capacitat d'aquests sensors per funcionar a uns 1.000 A, ja que les bateries d'estat sòlid promouen una potència més gran i capacitats més altes en els vehicles elèctrics. Aquesta capacitat també es farà servir quan arribin nous carregadors ràpids.

Els sensors quàntics de diamant poden ampliar l'autonomia de conducció dels vehicles elèctrics en un 10 %. Alternativament, podrien ajudar a mantenir el mateix rang de conducció però reduir el pes de la bateria en un 10 %. Això reduiria l'energia necessària per fer funcionar cada vehicle en un 3,5 % i l'energia necessària per produir els vehicles en un 5 %. Tenint en compte que es preveuen uns 20 milions de vehicles elèctrics nous a tot el món l'any 2030, aquestes reduccions correspondrien a una disminució del 0,2% de les emissions de diòxid de carboni del sector del transport global.

Font: Charles Q. Choi is a science reporter. He has written for Scientific American, The New York Times, Wired, and Science, among others.

PdR i la transició cap al VE.

La possibilitat de carregar  el vehicle elèctric fora de les llars és una de les principals preocupacions per als conductors. Segons una enquesta que va fer Forbes en el 2022 als conductors de vehicles elèctrics, indica que el 62 % dels enquestats els preocupa els models de VE segons l'autonomia que tenen per tant, hi ha la necessitat d'una àmplia i fiable infraestructura de càrrega externa.

Una estació de recàrrega és una ubicació física i específica que té un o més punts de recàrrega (PdR). Un punt de càrrega pot tenir un o més endolls on cada un d'ells, pot carregar un únic VE. Cada PdR pot tenir diversos tipus d'endoll segons els diferents estàndards.

Com més potència es lliura, més ràpid es carregarà el vehicle elèctric. Els temps de càrrega variarà segons el model i l'estat de la bateria del VE. Per exemple,  la Ford diu que un F-150 Lightning si s'utilitza un carregador ràpid de 150 kW en Vdc,  98 kWh de bateria es pot carregar des dl 15% al 80% en uns 44 minuts. Per la seva banda, Hyundai diu que el seu IONIQ 5 si s'utilitza un carregador de 350 kW, es pot carregar del 10% al 80% en només 18 minuts.

Trobar un PdR de 350 kW no és fàcil. De fet, Tesla està incrementant fins a 300 kW la potencia  de les seves 1.500 estacions de supercàrrega als Estats Units. No obstant, hi ha un 40 % dels carregadors ràpids que són de corrent continu els quals, només són de 50 kW.

Les previsions sobre com saber quants carregadors i els tipus necessaris varia molt ja que depèn de les hipòtesis sobre el nombre i els tipus de vehicles elèctrics  que es doni en una zona, regió o país. Per exemple, l'International Council on Clean Transportation calcula que hi haurà 25 milions de vehicles elèctrics a les carreteres dels Estats Units a l'any 2030, i caldran 900.000 PdR públics en Vac i 180.000 PdR de càrrega ràpida a Vdc.

Independentment de les hipòtesis, la majoria dels experts coincideixen que el nombre de carregadors necessaris als Estats Units serà de 20 vegades més en deu anys respecte els actuals. Això significa instal·lar centenars de PdR. Alguns països, com Irlanda, estimen que es necessita 50 vegades més PdR ràpida que ara, mentre que Austràlia, els caldrà molt més respecte els que disposa en l'actualitat.

Per tant, desplegar PdR, és fonamental. Les anteriors estimacions suposen que la majoria de la càrrega dels vehicles elèctrics es fa a casa. El Departament d'Energia dels EUA fa temps que sosté que al voltant del 80% de la càrrega dels vehicles elèctrics es farà a la llar del propietari d'un vehicle elèctric. Altres estudis indiquen que aquesta relació, podria arribar al 60%, ja que aproximadament la meitat dels vehicles dels EUA tenen aparcament en una residència pròpia. A més, segons l' Associació Nacional de Constructors d'habitatges, un 31,4 %, és a dir,  44 milions de llars són habitatges plurifamiliars i és possible que presentin problemes per instal·lar PdR.

Una de les majors preocupacions és la qualitat dels PdR per això cal treballar amb tecnologia que permeti diagnosticar problemes i informar-ho als gestors o propietaris dels PdR.  Un dels motius més  habituals dels PdR poc fiables, és la manca de manteniments qualificat. Les instal·lacions dels carregadors ràpids de corrent continu són cares. Encara avui i tal com ho explica un article de Bloomberg, les empreses que aposten per aquest negoci de PdR no obtenen beneficis.

Construir una estació amb PdR per vehicles elèctrics, no és fàcil. Trobar el lloc, obtenir permisos poden ser aspectes que impliquin un increment dels costos i el temps necessaris per la seva construcció. Fins i tot les empreses amb experiència tenen problemes. 

Per altre banda, les estacions de càrrega per donar suport als futurs camions elèctrics, seran un  important repte. S'estima que els requeriments en termes d'energia d'una plaça d'autopista i una parada de camions compatible amb els vehicles elèctrics serà equivalent a un petit poble, segons ha publicat un estudi de la  National Grid. 

A mesura que les estacions de recàrrega per VE vagin augmentant cal tenir  en compte que possiblement i si es construeixen massa aviat, moltes d'elles no se'ls farà manteniment o es tancaran per manca de rendibilitat. Això ja està passant al Japó.

Ramon Gallart

Riscos dels petits reactors nuclears.

Les petites centrals nuclears (SMR) podrien ser una alternativa econòmica i eficient respecte les grans centrals nuclears.

En aquest sentit, Rolls-Royce SMR, amb seu al Regne Unit, aposta pels seus petits reactors modulars ja que són molt més econòmics i ràpids de fer funcionar respecte les plantes estàndard, oferint el tipus de seguretat energètica que busquen molts països. França, depèn de l'energia nuclear per atendre  la major part del seu consum elèctric, i Alemanya ha tancat les dues centrals nuclears.

Tot i que Rolls-Royce SMR i els seus competidors han signat acords amb països com el Regne Unit i Polònia per començar a construir aquestes estacions, encara necessiten anys per que puguin ser explotades de manera que, això no podrà resoldre la crisi energètica que ara afecta Europa. L'energia nuclear també comporta riscos, com ara la gestió dels residus altament radioactius.

Aquest risc es va possar de manifest després del bombardeig al voltant de la central nuclear més gran d'Europa a Zaporizhzhia, Ucraïna, que va fer créixer el temor d'un possible desastre nuclear.

Els components d'un SMR es poden construir en una fàbrica, traslladar-se a la zona que es construirà la central. Això fa que la tecnologia sigui més atractiva per potencials compradors. Construir a una escala molt menor, minva els riscos i al mateix torn podria convertir-se en projectes amb més interès per invertir.

Els SMR són essencialment reactors d'aigua a pressió. Els principals avantatges són la seva mida (aproximadament una dècima part la mida d'un reactor estàndard), la facilitat de construcció i el preu.

El cost estimat d'un Rolls-Royce SMR  varia entre  2.500 MUS$ i 3.200 MUS$, amb un temps de construcció estimat de 5 anys i mig, segons fonts de Rolls-Royce,. D'acord amb les estadístiques de l'Agència Internacional d'Energia Atòmica, això és dos anys més ràpid del que es va necessitar per construir una central nuclear estàndard entre el 2016 i el 2021. Algunes estimacions situen el cost de la construcció d'una central nuclear de 1.100 megawatts entre 6.000 i 9.000 MUS$.

Rolls-Royce SMR, ha signat un acord amb la companyia de desenvolupament holandesa ULC-Energy per estudiar implantar SMR als Països Baixos.

De la mateixa manera, NuScale Power, amb seu a Oklahoma, va signar acords amb dues empreses poloneses, el productor de coure i plata KGHM i el productor d'energia UNIMOT, per explorar la possibilitat de construir  un SMR per alimentar la seva indústria ja que,  Polònia vol canviar la generació de les centrals de carbó.

La introducció de la tecnologia SMR no agrada als ecologistes, que argumenten que la proliferació de petits reactors agreujarà el problema de com eliminar els residus nuclears radioactius .

Des de Rolls-Royce SMR, es manifesta que aquestes centrals nuclears generarien residus radioactius que cabrien en una pista de tennis amb una alçada d'1 metre i, durant els 60 anys de vida de la planta. 

Un alttre aspecte important a tenir en consideració és la calor constant generat pels residus la qual, podria alterar les formacions rocoses on s'emmagatzemen i permetre la filtració d'aigua.

Hi han opinions que posen de manifest els potencials riscos de l'exportació d'aquesta tecnologia a regions políticament conflictives.

La realitat és que qualsevol país que adquireixi reactors nuclears,  milloraria la seva capacitat per fabricar armes nuclears. De fet, cada SMR podria produir al voltant de 10 bombes de plutoni cada any.

Per mitigar  aquest risc, Rolls-Royce SMR podria optar per deixar de subministrar combustible i altres serveis a qualsevol que incompleixi les regles.

Ramon Gallart.

Encara manca camí per les superbateries.

Qualsevol sistema de transport requereix què el vehicle porti el seu propi combustible de manera que la densitat d'energia és clau.

L'era dels grans vaixells transoceànics  propulsats per vapor, va començar durant la segona meitat del segle XIX, quan la fusta era el combustible dominant al món. Però cap vaixell va instal·lar calderes amb llenya donat que, hauria quedat massa poc espai per als passatgers i la càrrega. La fusta tova, com l'avet o el pi, pot convertir menys de 10 megajoules per litre (MJ/l), mentre que el carbó té 2,5 vegades més energia en volum i almenys el doble en massa. En comparació, la gasolina té 34 MJ/l i el dièsel uns 38 MJ/l.

Però en un món que aspira a deixar enrere tots els combustibles (excepte l'hidrogen o potser també l'amoníac) per a electrificar-ho tot, la mesura preferida de la densitat d'energia emmagatzemada són els watts-hora per litre (Wh/l). En base a aquesta mètrica, la fusta seca conté uns 3.500 Wh/l, un bon carbó al voltant de 6.500 Wh/l, la gasolina 9.600 Wh/l, el querosè d'aviació 10.300 Wh/l i el gas natural (metà) només 9,7 Wh/l; menys d'1/1.000 de la densitat del querosè.

Com s'haurien de comparar les bateries amb els combustibles que han de substituir? La primera bateria amb cel·la de plom-àcid de Gaston Planté inventada el 1859, ha millorat amb el  pas del temps ja que ha passat ses d'una capacitat de menys de 60 Wh/l a uns 90 Wh/l. La bateria de níquel-cadmi, inventada per Waldemar Jungner l'any 1899, actualment emmagatzema més de 150 Wh/l. Les millors bateries són les d'ions de liti, les primeres versions comercials de les quals van sortir el 1991. La densitat disponible  és de 750 Wh/l, que te plicacions en els cotxes elèctrics. El 2020 Panasonic va prometre que arribaria a uns 850 Wh/l el 2025 (i ho faria sense el car cobalt). Finalment, l'empresa pretén arribar a un producte de 1.000 Wh/l.

Les necessitats per obtenir millor densitats d'energia per a bateries d'ions de liti segueix essent una necesitat. El març de 2021, Sion Power va anunciar una cel·la de 810 Wh/l; tres mesos després NanoGraf va anunciar una cèl·lula cilíndrica amb 800 Wh/l.  QuantumScape va dir que tindria una cel·la de 1.000 Wh/l el desembre de 2020 i Sion Power d'una cel·la de 1.400 Wh/l ho ha via de tenir al 2018. Però les cel·les de Sion provenien d'una línia de producció pilot, no d'una operació rutinària a escala massiva, i l'afirmació de QuantumScape es basava en proves de laboratori de cel·les d'una sola capa, que no era cap producte multicapa dels disponibles comercialment.

Amprius Technologies de Fremont, Califòrnia, al febrer de 2022, la companyia va anunciar el primer lliurament de bateries amb una capacitat de fins a 1.150 Wh/l, a un fabricant d'una nova generació d'avions sense tripulació, per ser utilitzat per retransmetre senyals. Òbviament, es tracta d'un nínxol molt concret de mercat, és a dir, comandes inferiors al mercat potencial dels vehicles elèctrics, però és una bona noticia pel que respecte a les  millores de la densitat energètica.

Encara manca un llarg camí per recórrer abans que les bateries rivalitzin amb la densitat energètica dels combustibles líquids. Durant els últims 50 anys, la densitat d'energia més alta de les bateries produïdes en massa s'ha quintuplicat aproximadament, de menys de 150 a més de 700 Wh/l. Però fins i tot si aquesta tendència continua durant els propers 50 anys, encara es veuran densitats màximes d'uns 3.500 Wh/l, no més d'un terç de la del querosè. 

Ramon Gallart

Fonts renovables y la freqüència.

Els recursos energètics distribuïts (DER) disposen d'avançats controls els quals, poden proporcionar serveis a la xarxa com és el control de la freqüència. Tanmateix, per fer-ho, a diferència dels generadors convencionals amb les pròpies inèrcies rotatives, els DER han d'intercanviar amb altra granularidadt dades amb els centres de control.

Per fer-ho possible, calen xarxes de comunicació les quals, s'exposen a altes latèciences entesses com a retards en la comunicació, amenaces cibernètiques i altres riscos. A mesura que les DER van penetrant a la xarxa elècrica, es més crític el temps que hia en el intercaniv de dades  dels dispositius i els centres de control per mantenir una freqüència estable.

La capacitat de les DER per proporcionar serveis de regulació de freqüència i, sobretot, saber què passa si els seus algorismes de control no tenen en compte les característiques ni l'alteració de les telecomunicacions són dos aspectes que cal tenir en compte en el disseny de les xarxes intel·ligents.

Com més llarg sigui el retard de la comunicació entre el dispositiu i el centre de control, sorgiran més probabilitats d'inestabilitat a la xarxa. Per això cal destacar lo fonamental que és entendre la dinàmica de les xarxes de transport i de distribució amb el creixen nombre de DER. Per tant, és bàsic desenvolupar un adequat model per simular la dinàmica de les xarxes de transport i distribució amb moltes DER.

La potència de sortida de les DER, potencialment podria afectar els perfils de la tensió locals, per la qual cosa és important tenir en compte la tensió local en l'anàlisi de la regulació de la freqüència per evitar problemes a les xarxes de distribució. Tanmateix, les existents eines de simulació dinàmica de freqüència, principalment van ser desenvolupade per a la xarxa de transport i no són ideals per simular la dinàmica de la xarxa de distribució. Així doncs, calen eines que simulin els comportaments dels sistemes elèctrics a nivell de distribució.

Cal modelar de manera explícita i amb precisió les DER tant en simuladors de xarxes de transport com de distribució per enetendres la dinàmica de la freqüència i la tensió. Aquest model donarà perspectives del que cal estudiar per esbrinar com les DER podrien reaccionar en freqüència.

És important tenir en compte la resposta de la freqüència de les DER, per entendre l'impacte dels retards de les telecomunicacions o què passa si hi han fallades de la xarxa de telecos. Segons algun models de simulació,  un retard de quatre segons provoca inestabilitat em aquestos sistemes elèctrics pel que te a veure disposar de control de freqüència secundari si el sistema perd un generador convencional. 

Les xarxes de telecomunicacions, la congestió pot provocar retards d'almenys uns segons, i com més llarg sigui el retard, més gran és el risc d'inestabilitat. Si els avançants dissenys de controls de les DER no tenen en compte les variacions de la comunicació, el risc d'inestabilitat és encara més gran.

Un altre aspecte a tenir en compte pasa per saber com impacten dels vehicles elèctrics (EV) en la regulació de la freqüència del sistema elèctric en la resposta de freqüència.

Els vehicles elèctrics, tenen la capacitat i la flexibilitat de proporcionar una resposta de freqüència  ràpida i això, pot ajudar a minvar les fluctuacions de freqüència del sistema i millorar la seva estabilitat. Tanmateix, la regulació de la freqüència del VE també, podria afectar tant a la resposta de la freqüència del sistema elèctric puntual com, als perfils de tensió de la xarxa de distribució. Això permetrà saber com els vehicles elèctrics podrien donar suport a la xarxa si es produïa una fallada de comunicació.

Segons algunes simulacions ha estat possible identificar com els vehicles elèctrics que estant connectats a la xarxa, tenen un gran potencial sobre l'estabilitat de la freqüència.

En definitiva, el futur sistema elèctric també depèn de la xarxa de telecomunicacions, això vol dir que  les telecomunicacions i l'electricitat hauran de treballar junts en diferents disciplines per planificar conjuntament les operacions i garantir que la qualitat de servei.

Ramon Gallart

Sorprenent història del VE.

Sovint es diu que els vehicles elèctrics són el futur. Tota una sèrie de fabricants d'automòbils i nacions tenen plans per electrificar el transport.

El fabricant nord-americà de vehicles més gran, General Motors, diu que eliminarà els vehicles de combustibles fòssils el 2035. Noruega s'ha fixat com a objectiu acabar amb les vendes de cotxes nous de gasolina i dièsel el 2025, el Regne Unit el 2030 i França el 2040.

A Austràlia, només al voltant del 2% dels cotxes nous venuts avui són elèctrics. El model del govern federal el 2021 va predir un salt al 90% de la flota de vehicles el 2050 .

El nou govern federal ha posat fermament els vehicles elèctrics a l'agenda. El ministre d'Indústria, Chris Bowen, ho va fer en un discurs a la EV Summit el 19 d'agost. Tal com ha declarat la consultora global McKinsey and Co , "el futur de l'automoció és elèctric".

El que sovint es passa per alt és que els vehicles elèctrics tenen una història i un futur. Si es mira enrere, es pot veure que no són un somni futurista sinó una opció de transport de llarg termini.

Aquesta història també trenca les barreres a les que s'enfronten els vehicles elèctrics i que estan superant constantment. Es tracta d'una història problemàtica lligada durant tant de temps a la combustió interna.

Els vehicles elèctrics han existit des que es va iniciar la fabricació d'automòbils. Robert Davidson va construir el primer vehicle elèctric pràctic —un camió de 16 peus (4,9 metres) impulsat per motors electromagnètics— a Escòcia el 1837. Això va ser dècades abans que s'inventés el motor de combustió interna.

Ja l'any 1881, a París els autobusos que funcionaven amb piles els quals, aviat van ser adoptats en altres ciutats , com Berlín, Londres i Nova York.

A finals del segle XIX i principis del XX, els fabricants de cotxes elèctrics van competir cara a cara amb els seus rivals dels combustibles fòssils que llavors eren emergents. A partir de 1914, per exemple, la Detroit Taxicab and Transfer Company va construir i va dirigir una flota de prop de 100 taxis elèctrics. Això no era estrany. Un article del New York Times va explicar: "A principis del segle XX, els cotxes elèctrics eren tranquils, suaus i lliures de contaminació eren habituals als carrers de les principals ciutats nord-americanes".

Fabricat per la Anderson Carriage Company, el Detroit Electric va ser un model principal a finals de 1910 i principis de 1920. En una època en què els cotxes de gasolina feien pudor, els cotxes elèctrics eren populars entre les dones. Fins i tot l'esposa d'Henry Ford, Clara, va conduir un cotxe elèctric fins al 1930 perquè no li agradava el soroll i els fums del Ford Model T.

Tot i que el motor de combustió interna va guanyar progressivament, en part a causa de la gamma limitada de vehicles elèctrics, les empreses poc conegudes en la fabricació de cotxes elèctrics van continuar. Tal com ha escrit l'autor Tom Standage al seu llibre, A Brief History of Motion, aquests vehicles tenen una "història perduda" que és important explorar.

Després de la segona guerra mundial, va sorgir una nova generació de vehicles elèctrics. La majoria eren versions modificades de cotxes de combustible fòssil. Inclouen el Henney Kilowatt de 1959, que utilitzava un xassís i una carrosseria Renault Dauphine, i el Lectric Leopard de 1979–80, fabricat per la US Electricar Corporation, basat en un Renault 5.

Un dels més populars va ser el Citicar, construït entre 1974 i 1976 per la Sebring-Vanguard Company a Florida. Amb seu a Massachusetts, Solectria va fer més tard la Solectria Force, derivada d'un GM Geo.

Tot i que els cotxes de gasolina van continuar dominant, l'augment del cotxe elèctric va perdurar durant dècades. Als Estats Units, l'escriptor d'automoció David Ash va veure els cotxes elèctrics com el futur ja el 1967. "En un dia clar, veuràs el cotxe elèctric", va escriure , i va assenyalar que oferia una solució a l'augment de la contaminació de l'aire i la dependència al petroli estranger dels Estats Units

Aleshores, el Congrés dels Estats Units va aprovar la Llei de vehicles elèctrics i híbrids de 1976 amb l'objectiu de desenvolupar vehicles que no depenguessin del petroli estranger.

A finals de la dècada de 1980, GM va desenvolupar el pioner Impact (o EV1). Finalment, l'EV1 es va deixar de produir arran d'un lobby de la indústria. El 2021, però, Automotive News va declarar que l'EV1 havia "plantat la llavor per a l'adopció de la indústria dels vehicles elèctrics d'avui".

Els primers vehicles elèctrics tenien una autonomia limitada. Això, era un gran inconvenient en països grans com Austràlia i els EUA. El gran avenç va arribar ja als anys noranta, quan van sorgir les bateries recarregables d'ions de liti. Fa gairebé 20 anys, es va fundar Tesla per aprofitar aquesta tecnologia.

Entre el 2008 i el 2020, el preu de les bateries va baixar un 80%, fins als 20.000 US$. Això va convertir els vehicles elèctrics en una alternativa viable als cotxes que funcionen amb combustibles fòssils, sobretot si les polítiques governamentals animaven els consumidors a fer el canvi. Als mercats on s'apliquen aquestes polítiques, s'estan fent ràpids progressos.

Avui sembla que per fi, ha arribat l'hora del cotxe elèctric. En una era de canvi climàtic, l'enduriment de les normatives dirigides al motor de combustió interna està produint un canvi real. El 2021, els vehicles de carretera van produir el 17% de les emissions mundials de diòxid de carboni. Tal com va declarar un editorial del New York Times del 2017 : "Simplement, no hi ha una manera creïble d'abordar el canvi climàtic sense canviar la manera com anem d'aquí a allà […]".

Les credencials ambientals del vehicle elèctric, observades pels consumidors a principis del segle XX i principis del XXI, estan superant el domini centenari del cotxe alimentat amb combustibles fòssils. En lloc de ser nous, els cotxes elèctrics han jugat —i ara estan guanyant— el joc és llarg.

Font: The Conversation

Paradigma cap a les xarxes intel·ligents.

L'estimació d'estats, és una part fonamentat de les tècniques de gestió energètica aplicades en la supervisió i gestió de les xarxes elèctriques.

L'estimador d'estats,  és una característica per al funcionament segur del sector elèctric que està implementada fa diverses dècades. No obstant això, atès que els sistemes de distribució d'energia han estat tradicionalment passius amb un flux d'energia unidireccional, el seu ús per analitzar i controlar els sistemes de distribució, ha fet que no s'hagi  adoptat àmpliament. L'estimació de l'estat del sistema de transport, es pot aplicar explícitament als sistemes de distribució a causa de les diferències intrínseques entre les característiques dels sistemes de  distribució i els atributs del sistema de transport. 

Fred Schweppe va introduir els estimadors d'estat als sistemes elèctrics el 1970 [1]. els estimadors d'estats, avui tenen un important paper en la supervisió i la regulació del funcionament de les xarxes de transport d'energia a tot el món. El reforç dels SCADA, finalment va obrir el camí per a la creació del Sistema de Gestió de l'Energia (EMS). Els estimadors d'estats utilitzen les avaluacions des de l'SCADA, els PMU, les pseudomesures i les topologies per determinar l'estat del sistema. Es poden realitzar nombroses tasques des d'un  EMS comprenent l'estat del sistema. Els estimadors d'estats són el component fonamental del sistema de gestió d'energia d'un sistema de transport i, a causa de la transició cap a la xarxa intel·ligent, també inclou la generació distribuïda.

A mesura que el sector elèctric evoluciona, el estimadors d'estat van guanyant èmfasi científic i aplicacions industrials. Un exemple d'estimació d'estat del sistema elèctric, és que  amb un conjunt mínim de variables es poden representar les tensions dels nodes tenint en compte la topologia del sistema i les característiques d'impedància. L'objectiu principal de l'estimador d'estat inclou la integritat de les dades, la identificació dels estats dels interruptors i els paràmetres de xarxa.

La transició cap a una xarxa intel·ligent ha donat lloc a una situació dinàmica amb una generació més dispersa, una càrrega que respon al consum i s'estan incorporant dispositius de mesura amb diferents velocitats en l'enviament de dades. Com a resultat, calen eines d'estimació d'estat del sistema de distribució per a diverses aplicacions de les  xarxes intel·ligent com serien  les estratègies de protecció, l'optimització i el control. 

El desplegament dels elements de les xarxes intel·ligents com seria la resposta a la demanda, l'automatització de la distribució, un major ús de fonts d'energia renovables i els cotxes elèctrics dependran en gran mesura dels sistemes d'estimació d'estat del sistema de distribució. Com a resultat i a diferència del sistemes de distribució passiu actuals, la xarxa de distribució es converteix en una xarxa activa. A causa de la dinàmica que canvia ràpidament, s'ha de dissenyar un sistema efectiu de monitorització i un de control que incloguin els elements de les xarxes intel·ligents.

Els sistemes d'estimació d'estat del sistema de distribució, es divideixen en estàtics i dinàmics, depenent del desenvolupament temporal del vector d'estat i del marc de mesura.

En un estimador d'estats  estàtic,  es pressuposa que la configuració del sistema elèctric no canvia significativament enmig de dues actualitzacions d'estat que estan molt a prop. Això es coneix com la situació d'estat quasi estacionaria del sistema elèctric. Aquests cas.  només consideren un únic fragment de dades de mesura per a l'estimació de l'estat, sense tenir en compte el seu canvi en les posteriors fases de mesura.

En canvi, les tècniques dinàmiques de l'estimador d'estats, tenen en compte l'evolució temporal de l'estat i poden detectar canvis en el sistema.

Els estimadors d'estats, s'enfronten a importants obstacles estadístics que requeriran l'ús addicional de recursos informàtics a causa de tenir més nodes per unitat d'àrea en els sistemes de distribució en comparació amb els sistemes de transport. La gran connexió es divideix en xarxes minúscules, cadascuna de les quals té un estimador d'estat local per resoldre aquest problema. 

Ramon Gallart

[1] Shweppe, JWF i D. Rom. "Estimació de l'estat estàtic del sistema d'alimentació: part I, II i III". Conferència d'informàtica de la indústria de l' energia . 1969.

Complexitat de l'enginyeria.

L'enginyeria elèctrica ha anat incrementant el seu abast al llarg dels anys, però també ho ha fet la seva la complexitat pel que es requereix de més conneiximent amb una mabit d'aplciació cada com més amplia.

Si be és cert que arreu del Món hi han molts enginyers i enginyeres molt preparats, aqeusts acumulen nous coneixements que s'apliquen a un ritme més ràpid respecte fa cincuanta anys i això pot semblar que els coneixements més antics es van deixan a banda.

Quan l'enginyeria semblava molt més senzilla, les ràdios AM/FM i televisors eren l'electrònica domèstica omnipresent que explotava l'espectre electromagnètic. Eren els dies en què les ràdios eren senzills dispositius del quals, l'única estandardització era la banda de freqüència i un esquema de modulació senzill. Avuiper exemple,  es pot veure la complexitat de l'especificació de la família de transceptors Wi-Fi .

Hi ha moltes pàgines escrtrites amb informació complicada però necessària per descriure els protocols, controls, formats de senyal, etc. Aleshores, si s'aprofundeix una mica més, cal entendre les matemàtiques per als sistemes  multiususari MIMO  (Multiple Input Multiple Output). La codificació es basa en la criptografia d'una corba el·líptica. 

De fet, arreu cap a on es miri, es veu que tot s'ha complciat i aprofundit.Llavors, com és pot sobreviure i, de fet, prosperar en un món així? 

Les òbieves respostes són l'especialització per delimitar el camp i l'estratificació de coneixements per reduir la complexitat només a la necessària per a un propòsit determinat.  Posiblement,  la majoria dels enginyers, poques vegades tindran la necessitat, o el privilegi, d'examinar les complexes matemàtiques i física que hi ha sota gran part del que fem. 

Els enginyers tenim curiositat i volem saber-ho tot, i no ens agrada quan no sabem com quleocm funciona. Però com el temps és limitat i hi ha molt per saber, cal triar. Aquestes tries estan influenciades per la motivació. Hi ha coses que cal saber i coses que estaria bé saber. Sovint, els primers aclaparan els segons.

Com la complexitat augmentarà en el futur, els ordinadors escriuran articles tecnològics, però aquests documents seran tan complexos que només altres ordinadors seran capaços d'entendre'ls. 

Ramon Gallart

Els avions i el CO2.

L'aviació comercial s'ha convertit en una pedra angular de l'economia i la societat. Permet transportar ràpidament mercaderies i persones arreu del món, facilita més d'un terç del valor de tot el comerç mundial i dóna suport a 87,7 milions de llocs de treball a tot el món. No obstant això, els avions que veiem volar pel cel, també porten un important equipatge mediambiental.

Només canviar les rutes que es volen podria ser la clau per reduir dràsticament l'impacte climàtic.

Els avions moderns cremen querosè per generar la propulsió necessària per superar l'arrossegament i produir sustentació. El querosè és un combustible fòssil amb una excel·lent densitat energètica, que proporciona molta energia per quilogram cremat. Però quan es crema, s'alliberen productes químics nocius: principalment diòxid de carboni (CO₂), òxids de nitrogen (NOₓ), vapor d'aigua i partícules (petites partícules de sutge, brutícia i líquids).

L'aviació és àmpliament coneguda per la seva petjada de carboni, ja que la indústria contribueix amb un 2,5% a la càrrega global de CO₂. Tot i que alguns poden argumentar que això és poc en comparació amb altres sectors, el carboni és responsable d'un terç de l'impacte climàtic total de l'aviació. Les emissions que no són CO₂ (principalment NOₓ i rastres de gel fets de vapor d'aigua d'avions) representen els dos terços restants.

Tenint en compte totes les emissions dels avions, volar és responsable d'aproximadament el 5% del canvi climàtic induït per l'home. Atès que el 89% de la població no ha volat mai, la demanda de passatgers es duplica cada 20 anys i es preveu que aquesta xifra es dispararà tot i que també altres sectors es descarbonitzen molt més ràpidament, 

A aquestes altituds, el NOₓ  del avions, reacciona amb els productes químics de l'atmosfera per produir ozó i destruir metà, dos gasos d'efecte hivernacle molt potents. Aquest ozó induït per l'aviació no s'ha de confondre amb la capa d'ozó natural, que es troba molt més amunt i protegeix la Terra dels raigs UV nocius. Malauradament, les emissions de NOₓ de les aeronaus provoquen més escalfament a causa de la producció d'ozó que no pas el refredament a causa de la reducció del metà. Això condueix a un efecte d'escalfament net que representa el 16% de l'impacte climàtic total de l'aviació.

A més, quan les temperatures baixen per sota dels -40 ℃ i l'aire és humit de l'escapament fa que el vapor d'aigua de l'avió es condensi  i es congeli. Això forma un núvol de gel conegut com estela. Les estels poden estar fetes de gel, però escalfen el clima ja que atrapen la calor emes per la superfície de la Terra. Tot i que només duren unes poques hores, les estels són responsables del 51% de l'escalfament climàtic de la indústria de l'aviació. Això significa que escalfen el planeta més que totes les emissions de carboni de les aeronaus que s'han acumulat des dels albors del vol motoritzat.

A diferència del carboni, les emissions que no són de CO₂ causen escalfament a través de les interaccions amb l'aire circumdant. El seu impacte climàtic canvia en funció de les condicions atmosfèriques en el moment i el lloc on s'allibera.

Dues prometedores opcions a curt termini són:

L'encaminament òptim per al clima: Implica reorientar les aeronaus per evitar regions de l'atmosfera que són especialment sensibles al clima, per exemple, on l'aire especialment humit fa que es formin esteles de llarga durada i perjudicials. Les investigacions mostren que per a un petit augment de la distància del vol (normalment no més de l'1-2% del viatge), l'impacte climàtic net d'un vol es pot reduir al voltant d'un 20%.

Els operadors de vol també poden reduir l'impacte dels seus avions volant en formació, amb un avió volant entre 1 i 2 km darrere de l'altre. L'avió seguidor "navega" per l'estela de l'avió principal, la qual cosa comporta una reducció del 5% tant de CO₂ com d'altres emissions nocives.

Però volar en formació també pot reduir l'escalfament del CO₂. Quan les toveres d'escapament de les aeronaus se superposen, les emissions que hi ha dins s'acumulen. Quan el NOₓ arriba a una certa concentració, la taxa de producció d'ozó disminueix i l'efecte d'escalfament s'alenteix.

I quan es formen esteles, creixen absorbint el vapor d'aigua que l'envolta. En el vol de formació, les esteles de l'avió competeixen pel vapor d'aigua, fent-les més petites. Sumant les tres reduccions, el vol en formació podria reduir l'impacte climàtic fins a un 24% .

La indústria de l'aviació s'ha fixat en abordar les emissions de carboni. Tanmateix, els plans actuals perquè la indústria arribi a net zero l'any 2050 es basen en un ambiciós augment de 3.000 a 4.000 vegades en la producció de combustible d'aviació sostenible (SAF), la complexa compensació de carboni i la introducció d'avions d'hidrogen i elèctrics. Tot això podria trigar diverses dècades a marcar la diferència, per la qual cosa és cabdal que mentrestant, la indústria redueixi la seva petjada mediambiental.

L'encaminament òptim per al clima i el vol en formació són dos exemples clau de com es podria fer que el canvi es produeixi més ràpidament, en comparació amb un enfocament purament centrat en el carboni. Però actualment no hi ha cap incentiu polític o financer per canviar de rumb. És hora que els governs i la indústria de l'aviació comencin a escoltar la ciència i es prenguin seriosament les emissions de CO₂ dels avions.

Font: The Conversation