Eòlica Marina.

Països com Japó, França i els EUA volen competir amb el lideratge Noruec en tecnologia eòlica marina.

Segons  va publicar el govern noruec, es preveu una inversió a gran escala en eòlica marina de manera que està previst instal·lar turbines eòliques en alta mar a les zones de Sørlige Nordsjø II i Utsira Nord, que en conjunt podrien produir 1,5 GW a plena capacitat.

Al maig del 2022, el govern va augmentar la seva ambició i va llançar una important inversió en eòlica marina per obtenir una potencia de 30 GW gràcies als 1.500 aerogeneradors marítims que cobriran aproximadament l'1 % de de les zones del mar noruec i es preveu la seva posada en explotació pel 2040.

Aquest 30 GW, aproximadament equivalen al la potencia necessària per subministrar l'energia d'un any  a Noruega

Tot i que encara no hi ha turbines eòliques tan grans, el govern Noruec va qualificar la inversió eòlica marina com un nou impuls industrial important per al país i ho va comparar amb el desenvolupament del petroli del 1969.

El ministre de Comerç i Indústria de Noruega, Jan Christian Vestre, va dir durant la conferència de premsa  que l'eòlica marina podria convertir-se en un somni industrial fet realitat i oferir una tecnologia ecològica per prescindir de les indústries del país petrolieres.

Les actuals turbines més grans són capaces de generar fins a 15 MW a plena capacitat. Segons les fonts Noruegues, quan es diu que 1.500 aerogeneradors produiran un total de 30 GW es considera que les noves turbines, tindran una capacitat per generar 20 MW, conscients que actualment, encara no hi han aquests aerogeneradors.

La viabilitat econòmica depèn de les millores del disseny en base a que al crear turbines eòliques que puguin produir fins a 20 MW caldrà un disseny que portarà a unes pales que seran molt pesades. Llavors, caldrà adaptar el disseny per fer possible que dominin les forces aerodinàmiques en comptes del pes propi de la turbina.

De fet, encara manquen diversos reptes per fer viables aquestes estructures  sota el concepte de eòlica marina flotant. Tot i que el parcs eòlics marins són una realitat, caldrà reduir els costos de desenvolupament per ser econòmicament rendibles.

Actualment, la plataforma i l'estructura de la turbina es construeixen per separat. Diferents proveïdors són responsables de diferents peces, la qual cosa no optimitza la construcció global de l'aerogenerador.

Dissenyar conjuntament la turbina i la plataforma serà un del reptes per poder reduir costos i construir les estructures de manera més eficient.

Si es possible reduir al seva mida, pes i fer-les funcionar a velocitats de vent més baixes esdevindrien avantatges en comptes de les turbines molt grans que funcionen a velocitats de vent més altes. De fet, les turbines més petites requereixen un disseny de pales i un disseny de construcció en general diferents.

Però,  com es pot reduir la mida i la quantitat d'acer per fer les turbines més flexibles i dinàmiques. Per això cal tenir un bon control sobre els moviments, una major capacitat de canviar l'angle de les pales de la turbina i d'ajustar-les a la resistència del generador amb la turbina per estabilitzar la construcció.

Flotar en alta mar, permet generar més energia, per això, l'eòlica marina flotant és molt interessant perquè produeixen més energia respecte les turbines de fons fix o terrestres.

Els aerogeneradors terrestres produeixen de mitjana entre el 25 i el 30% de la seva capacitat màxima. Els aerogeneradors de fons fix marí tenen una taxa d'utilització entre el 45 i el 50%, mentre que el vent marí flotant s'acosta al 60% bàsicament perquè el vent bufa més fort i és més constant.

No obstant, cal superar el repte per minvar els costos de fabricació, per això, algunes de les claus  podrien ser crear dissenys que facin que l'eòlica marina sigui més rendible econòmicament, disposar de prou competència, reestructurar parts de la indústria petroliera per establir i explotar aquests camps eòlics marí, així com apostar per la recerca de solucions per turbines.

Pot ser hi ha recorregut en desenvolupar i provar més eines de simulació perquè captin tots els efectes físics. Per crear quelcom completament nou, cal assegurar-se que els algorismes capturen la realitat física en la major mesura possible. Per tant, caldrà moltes proves de models i a gran escala per crear models de simulació precisos. 

De fet, els aerogeneradors flotants no requereixen de personal i tenen poc risc de contaminació llavors,  el risc principalment és econòmic. És per això que reduir els marges de seguretat per reduir costos és clau. De fet, avui dia, encara manquen  moltes dades.

Un cop sigui possible crear plataformes flotants eficients,  permetrà normalitzar-les i utilitzar-les en parcs eòlics d'arreu del món, cosa que l'eòlica marina fixa, requereix adaptacions locals, ja que les condicions del fons marí varien dins de cada parcs.

L'eòlica marina forma part de la solució en la futura producció d'energia renovable, però no és la resposta a tot.

Ramon Gallart

Models digitals de les xarxes de distribució de baixa tensió.

Els models digitals de les xarxes de distribució són necessaris per a les diferents aplicacions que necessiten les xarxes intel·ligents. entre les quals hi ha la supervisió, les previsions de congestió i els càlculs deL hosting capacity. No obstant això, avui en dia, aquests models han de millorar bàsicament per la manca de la integritat de les dades que es subministren. Llavors,  impacta negativament en l'explotació i també, en els resultats de la simulació.

L'augment de les fonts d'energia renovables (FER), els carregadors de vehicles elèctrics i les bombes de calor connectades a les xarxes de distribució elèctriques, són essencials per fer possible la transició energètica. Tot i que les FER  poden provocar algun tipus d'estrès a la xarxa, també poden proporcionar als usuaris una quantitat no menyspreable de flexibilitat  de manera que, es pot aprofitar per garantir que el sistema sempre funcioni correctament i de manera segura, sense invertir innecessàriament diners en reforçar en excés i cegament la xarxa de distribució.

Disposar de models precisos de xarxes elèctriques, és important per desenvolupar eines de suport a l'explotació dels recursos flexibles i aquests,  facin possible una transició energètica rendible i fiable. Tanmateix, a la pràctica, sovint les característiques físiques de les xarxes de distribució són poc conegudes i això fa que els models de les xarxes digitals  tinguin errors significatius bàsicament  per l'antiguitat del sistema i de la manera passiva que històricament s'ha gestionat. De fet, quan es van construir les primeres xarxes no es van registrar les característiques tècniques més importants, ja que no hi havien solucions tecnològiques que requerissin d'aquestes dades. 

Avui en dia, qualsevol distribuïdor (DSO) te clar que la monitorització és necessària per fer front als nous paradigmes que necessita la gestió de la xarxa de fet, i en molts països ja és una realitat gràcies al desplegament dels smart meters. L'estimació de l'estat de la xarxa (SE) és una eina de seguiment estadístic que combina models de xarxa i les mesures dels diferents sensors que hi han connectats a la seva xarxa, per calcular la configuració més probable del sistema elèctric. Fonamentalment, el SE és un procés d'optimització que minimitza la distància entre les variables d'estat estimades i els seus valors mesurats. Per a cada variable mesurada, la diferència entre la seva mesura i el valor estimat s'anomena residual. La mètriques més comunes són la suma ponderada de tots els valors residuals al quadrat. Com més baixos siguin els residus, més precisió.

Quan s'utilitza el SE per la monitorització, normalment, processa iterativament mesures que fan referència al mateix interval de temps. Sempre que hi hagi prou mesures disponibles, l'anàlisi estadístic dels valors residuals d'aquest interval de temps es poden utilitzar per detectar i identificar errors de mesura  i errors de topologia, que normalment provoquen valors residuals aïllats que són molt importants. 

Tot i que els SE ja fa temps que s'utilitzen en  els centres de control de les xarxes de transport, en el sistema de distribució, encara no ha arribat al mateix grau de maduresa. Un dels colls d'ampolla que dificulta usar els SE en el sistema de distribució, son els propis errors del model de xarxa. 

Tanmateix, si hi ha prou mesures disponibles i si es realitzen càlculs en un SE des de sèries temporals de mesuraments, es pot obtenir una anàlisi de valors residuals que permeti detectar alguns errors de les dades. A més, l'anàlisi de valors residuals, també es pot utilitzar per validar les correccions del model de la xarxa, per avaluar que el model actualitzat és efectivament una millora respecte a l'antic.

En definitiva, un estimador de l'estat de la xarxa, és una eina coneguda per la monitorització la qual,  també es pot utilitzar per detectar errors en els models de xarxes de la xarxa  de distribució. Si hi ha diversos errors, i/o si hi ha poques mesures disponibles, és possible que es pugui separar les fonts d'error en els valors  residuals i pot ser que s'hagi de combinar el SE amb altres tècniques de detecció d'errors. No obstant això, l'anàlisi del valors residual, pot proporcionar informació sobre la qualitat dels models de xarxa, i permetre validar estadísticament els canvis aplicats, per avaluar si aquests milloren el model. 

Ramon Gallart

Càrrega ràpida per les bateries dels VE.

Les bateries estàndard dels vehicles elèctrics poden recarregar gran part de la seva autonomia en només 10 minuts si s'afegeix una fina làmina de níquel al seu interior, segons un nou estudi. Això podria fomentar més el desplegament dels VE.

Si hi hagués opcions de càrrega més ràpides, que permetessin que el preus dels VE  fos mes baix,  es podrien superar la fòbia dels consumidors amb els vehicles elèctrics.

Per exemple, un VE convencional que permeti una gran autonomia i que porta un paquet de 120 kWh que requereix una hora per recarregar-se des de 0 kWh fins als 120 kWh, es podria substituir per un EV amb un paquet de 60 kWh capaç de carregar-se només  en 10 minuts  i mantenir l'autonomia durant viatges de llarga distància.

Les bateries d'ió de liti poden ser molt estables i segures a elevades temperatures amb un simple ajust dels materials de la bateria; a més, a temperatures elevades  ofereixen una capacitat de càrrega ràpida.

En un nou estudi realitzat a la Universitat Estatal de Pennsilvania, s'ha provat una bateria d'ions de liti amb una autonomia d'aproximadament 560 km si la bateria esta al 100% de la seva capacitat. (La densitat d'energia de la bateria era de 265 Wh per kg.) Afegint una làmina  ultrafina de níquel al seu interior, era possible recarregar-la al 70 % en 11 minuts per a un abast d'aproximadament 400 km i un 75 % en 12 minuts,  per fer uns 440 km.

Aquesta tecnologia permet desplegar bateries més petites i de càrrega més ràpida per a fomentar la implantació de cotxes elèctrics assequibles.

Pensant que per llargs recorreguts cada 300 km cal fer una aturada de 10 minuts, es possible fer la recarrega durat aquesta aturada i fer 300 km més. Això minvarà l'ansietat.

L'estudi va consistir en instal·lar fines làmines de níquel al interior de la bateria d'iò-Li que va permetre una millora del rendiment quan fa molt de fred ja que gràcies a aquest disseny, la temperatura interna de la bateria és més alta.

Les bateries funcionen millor quan estan calentes, però no massa. Mantenir les bateries de manera constant a la temperatura adequada ha estat un important repte per als enginyers de bateries. En el passat, es confiaven en sistemes externs de gran volum per escalfar o refredar i així, regular la temperatura de la bateria.

Per poder regular les temperatures de les bateries des de l'interior mitjançant aquestes làmines de níquel. es necessitava una forma senzilla de fer-ho possible per  que la bateria arribés a una temperatura més elevada ràpidament (en un minut), ja que la càrrega ràpida només dura 10 minuts.

Les bateries d'ió de liti poden ser molt estables i segures a temperatures elevades amb un simple ajust dels materials de la bateria. Això  permet  gaudir del benefici de les elevades temperatures que permet una capacitat de càrrega ràpida.

Les proves van acreditar que una  bateria pot durar més de 900 cicles quan es carregava al 75 %, amb una autonomia d'uns 400 km, i aproximadament 2.000 cicles quan es carregava al 70 %, per a una autonomia d'uns 800 km. 

S'epera que en el futur, s'aconsegueixi carregar bateries d'alta densitat d'energia al 80 % en 5 minuts. Això donarà als conductors de VE una experiència similar als vehicles de combustió.

Ramon Gallart
Resum del papeer: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05281-0.epdf?sharing_token=L5-vBF3nbfVF-FHRUdPuk9RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0OcH43dqQA0Q_rsaYakybcAjvl2E09-duNbgHCQXRB1_L5pVdSRCxS5WYl5V6i_EsjzA114NqKMy0zpRGyKKYmyD1zgJojVAoF-1I_9YK9IdOiKNjXVU3ruX6_fcLyZyP8RvVdxYhD_bT-t-IeWYrFp_oqaT68vL5Gwl2OKjImMnnNzXPjABJpX0Gv9k5B_5vDCtdAxPMvgUh9a69Sj0i96&tracking_referrer=spectrum.ieee.org

Bessó digital per les xarxes de distribució elèctrica.

La petjada de carboni de la generació d'energia basada en combustibles fòssils i els processos industrials, a nivell mundial han superat les 36 GTm. Aquest fet, va marcat un augment anual del 6%  en el 2022 respecte el 2021.

Això va animar a les empreses en fer més inversions en fonts d'energia renovables (FER). Les microxarxes basades en la generació d'energia distribuïda in-situ,  es poden integrar mitjançant un sistema de control central per formar una central elèctrica virtual (VPP) que ofereixi monitorització, previsió i presa de decisions. 

Llavors, un Digital Twin (DT) podria utilitzar fluxos de dades en temps real dels actius físics combinats amb models fidels per manteniment predictiu, control remot en temps real i presa de decisions. 

Introducció al Digital Twin

Els DT es defineixen com a abstraccions basades en programari d'un sistema complex que representa un actiu físic connectat mitjançant un enllaç de comunicació per al intercanvi continuat de dades en temps real. El DT, també obre un camí per a la integració ciberfísica mitjançant l'intercanvi de dades bidireccionals, millora la precisió per l'entrenament i ajuda els operadors del sistema en la supervisió i el control en temps real i així, millorar el rendiment del sistema físic o real. Aquesta  digitalització ofereix una adaptació anticipada, una seguretat millorada i una participació flexible de les VPP i altres empreses que participin en mercats energètics majoristes amb DER mitjançant l'ús de tecnologies tals com el big data, el DT i blockchain.

Les dades en temps real de qualsevol actiu físic, es recullen mitjançant sensors basats en la tecnologia del Internet de les coses (IoT) i s'intercanvien contínuament amb el seu bessó digital mitjançant un enllaç de comunicació. A causa de la naturalesa multifont, multiescala, amb soroll i heterogènia de les dades recollides, l'anàlisi del big data té un paper clau en el processament de dades basat en cloud computing. A continuació, les tècniques d'intel·ligència artificial (IA) es poden aplicar a les  grans bases de dades per a l'extracció de les característiques i el maching de dades. Llavors, un bessó digital pot detectar, predir, optimitzar i controlar qualsevol procés de forma dinàmica basant-se en dades dels sensors físics i/o dades dels bessons digitals. Això fa que la tecnologia del bessó digital requereixi del IoT, de l'analítica del big data, i la IA. Quan s'aconsegueix una precisa coincidència entre la funcionalitat d'un actiu digital i la seva contrapartida física, fa que el model de bessó digital tingui èxit.

El bessó digital s'ha convertit en una eina important en diverses indústries i aplicacions que inclouen la fabricació intel·ligent, la sanitat, el transport autònom, l'educació, els jocs, les empreses i la ciberseguretat. L'Organització Internacional d'Estàndards ha desenvolupat la norma ISO 23247-1 per a sistemes d'automatització i integració centrada per a la fabricació del DT que també inclouen altres estàndards com són la ISO 10303, ISO 13399 i OPC Unified Architecture.

Digitalització de les xarxes de distribució elèctriques.

És fonamental desenvolupar models precisos de previsió a curt o llarg termini per a la generació d'energia renovable, identificar patrons de càrrega i  tarifes d'electricitat mitjançant la recollida de dades històriques i en temps real de les estacions meteorològiques locals, imatges per satèl·lit, comportaments dels consumidors, canvis volàtils de consums,preus, i les sessions de càrrega des de les estacions de recàrrega de vehicles elèctrics. 

Aquests fluxos de dades heterogenis, d'alta velocitat i en temps real són el resultat de les avançades xarxes d'informació i comunicació recolzades per IoT. El volum de les dades sense processar agregades és enorme les quals, es poden processar mitjançant algorismes d'IA, anàlisi de big data i tècniques de data fusion  per obtenir resultats i una presa de decisió optimitzada. Després de la validació de la previsió, el model del DT ajudarà els operadors de la xarxa en l'avaluació de l'estat estacionari, la detecció de incidències, condicions no favorables  meteorològiques i prendre decisions amb confiança en resposta a canvis sobtats en el sistema.

A més, pot fer recomanacions per una explotació òptima i així, reduir l'estrès dels sistemes d'emmagatzematge d'energia mitjançant l'adequada assignació dels recursos i gestiona eficientment el programa de manteniment i substitució dels actius a un temps amb un menor cost A més, es pot aconseguir una millor coordinació entre sistemes mitjançant la comunicació DT-DT d'infraestructures independents com ara, els sistemes elèctrics, els sistemes de subministrament d'aigua, les xarxes de gas, sistemes de comunicació i transport, etc. i  així,  ajornar la planificació de manteniment i la substitució dels equips a un temps amb un cost mínim. 

Un actiu virtual fidel, proporcionarà a una plataforma de simulació avantatges  per obtenir resultat fiables per fer  proves d'operació si es donessin condicions medi ambientals extremes.

També, es més fàcil analitzar l'eficiència, la resiliència, la seguretat, la fiabilitat i el cicle de vida dels actius físics ubicats en entorns hostils. 

 

Propers reptes

De vegades, l'agermanament digital pot suposar més costos que el propi actiu físic a causa de la dependència de les dades en temps real dels sensors basats en IoT. A més, aquestes dades ocupen molts espais les quals, no estan estructurades i són heterogènies, la qual cosa requereix d'un processament addicional de dades mitjançant algorismes d'intel·ligència artificial en plataformes de computació perifèrica i en el núvol. El processament distribuït de les dades, es fa en la plataforma informàtica perifèrica o edge computing, mentre que el processament agregat s'habilita al núvol, donant lloc a un augment del temps de resposta que cal millorar. 

Els reptes en el desenvolupament del bessó digital es poden superar amb sensors basats en IoT d'alta resolució i alta velocitat, xarxa de comunicació de baixa latència, intel·ligència, algorismes millorats per a la detecció d'amenaces, diagnòstic d'errors, estandardització de processos, cibernètica per a un nivell d'interoperabilitat sense precedents.

En definitiva, el desenvolupament d'un model amb èxit de DT, depèn en gran mesura de l'agregació de dades a partir de sensors múltiples basats en IoT, el processament de dades mitjançant l'anàlisi de grans dades i els algorismes d'IA per a l'extracció de característiques i el data fusion. La realització de DT requereix d'infraestructures de programari i maquinari d'alt rendiment per a la ràpida execució d'algorismes complexos. 

La tecnologia DT és beneficiosa per als actius físics que requereixin de monitorització remota en temps real, pronòstics, diagnòstics, previsió i programació.


Ramon Gallart

Recordem al pioner de la bateria de Liti (Goodenough).

Aquest juny de 2023, ens va deixar el premi Nobel John B. Goodenough qui va ser un dels inventors de la bateria d'ions de liti.

Era matemàtic i també, físic i va tenir una carrera de 70 anys en el camp de la física i química. Probablement és més conegut per desenvolupar el càtode d'òxid de cobalt de liti el 1980, que es va convertir en la base de la primera bateria comercial d'ions de liti de Sony el 1991.

Per això, va guanyar un Premi Nobel de Química 2019, compartint el premi amb M. Stanley Whittingham, que va crear el concepte d'ions de liti, i Akira Yoshino, que va desenvolupar la química de l'ànode que es va utilitzar a la primera bateria d'ions de liti de Sony.

A partir dels anys 90s, el seu càtode d'òxid de cobalt de liti es va utilitzar en molts productes electrònics, com ara càmeres de vídeo, ordinadors portàtils i telèfons mòbils. Més tard es va convertir en la química escollida per als primers cotxes elèctrics, inclòs el Tesla Roadster del 2008 .

Dins de la comunitat de bateries, Goodenough, també va ajudar a desenvolupar tres dels cinc tipus de química d'ions de liti més utilitzats. El primer va ser l'òxid de cobalt de liti. El segon, l'òxid de manganès de liti, que s'utilitza en eines elèctriques, dispositius mèdics i alguns vehicles elèctrics i finamentn el  tercer, el fosfat de ferro de liti, que ara és una de les químiques de bateries més populars a la indústria de l'automòbil.

De la seva biografia en destaquem que va néixer a Jena, Alemanya i va créixer a Woodbridge, Connecticut on el seu pare era professor de religió.

Goodenough era dislèxic i li costava llegir. De fet a les seves memòries es va escriure que Goodenough "estava molt  frustrat perque no sabia llegir"

Goodenough va aprendre a llegir per si mateix i tot i les pors, es va convertir en un brillant estudiant a l'escola secundària. 

Després de graduar-se el 1943 amb una llicenciatura en matemàtiques, Goodenough es va unir a l'exèrcit dels EUA. Va treballar com a meteoròleg i va tenir l'encàrrec de predir el temps per a la invasió de les forces aliades del dia D.

Després de la Segona Guerra Mundial, es va doctorar en física a la Universitat de Chicago. Va estudiar amb Enrico Fermi , el físic que va crear la primera reacció en cadena nuclear del món, i Edward Teller, l'anomenat "pare de la bomba d'hidrogen". El seu director de doctorat va ser Clarence Zener, el díode del qual va permetre que el corrent fluís a la inversa.

Després que Goodenough obtingués un Ph.D. el 1952 en física, es va incorporar al Lincoln Laboratory del MIT. Va formar part d'un equip que va desenvolupar la primera memòria magnètica d'accés aleatori del món. 

El 1976 es va traslladar a Anglaterra per treballar a Oxford , on va ser nomenat cap del seu laboratori de química inorgànica. Va ser allà on Goodenough va fer la seva primera contribució de valor mentre treballava en una bateria de liti recarregable.

L'investigador d'Exxon Whittingham havia desenvolupat una bateria de disulfur de titani de liti als anys setanta; Goodenough va decidir substituir el disulfur de titani per òxid de cobalt de liti i li va aplicar una un importannt augment de tensió de maenra que, va passar de 2,4 V a 4 V. Aixpò li va permetr  patentar la seva bateria el 1980.

Sony va produir la seva primera bateria comercial d'ions de liti l'any 1991 utilitzant el càtode d'òxid de cobalt de Goodenough i Mizushima. L'empresa va utilitzar originalment la bateria a la seva Handycam, i la tecnologia d'ions de liti aviat es va estendre a milers de milions de telèfons mòbils i ordinadors portàtils.

Mentre encara era a Oxford el 1981, Goodenough va treballar amb Michael M. Thackeray en una bateria d'òxid de manganès de liti. La bateria LMO era menys cara i més segura d'utilitzar que l'òxid de cobalt de liti. El 2010 la va utilitzar pel Nissan Leaf .

Goodenough es va traslladar als Estats Units el 1986 i es va incorporar a la Universitat de Texas a Austin com a professor d'enginyeria mecànica. Allà va treballar en una altra química d'ions de liti el 1995: el fosfat de ferro de liti.

Al principi, pensava que tindria poca densitat energètica, però el científic francès de bateries Michel Armand  treballant conjuntament va aconseguir una tensió més baixa, però també un cost més baix i una més seguretat.

Vint-i-cinc anys després, la bateria continua guanyant mercat a la indústria de l'automòbil com a mitjà per reduir el cost dels cotxes elèctrics. Avui l'utilitzen fabricants de vehicles elèctrics com BYD, Ford, General Motors i Tesla.

Ramon  Gallart.
Fonts: 
https://www.nytimes.com/2023/06/26/science/john-goodenough-dead.html
https://edition.cnn.com/2023/06/27/us/john-goodenough-nobel-prize-winner-battery-death/index.html

Innovació i la cadena de valor sector elèctric.

L'electricitat implica un canvi tecnològic, que segueix avançant i innovant per apostar per noves oportunitats en la cadena de valor del sector elèctric.

En aquest sentit, hi ha un aspecte en què la innovació és qui ha de fer els deures pel que fa a l'evolució tecnològica, que requereix aplicar noves competències en aquest tipus de negocis que han estat tradicionals i previsibles. És per això que els jugadors elèctrics estan desenvolupant diferents estratègies per adaptar-se a aquesta evolució.

Un exemple d'aquests nous reptes és la integració de la generació de fonts renovables distribuïdes, els vehicles elèctrics, amb l'objectiu de reduir l'emissió de gasos d'efecte hivernacle, i així combatre l'escalfament global.

Aquests canvis haurien de portar a les empreses del sector elèctric a innovar en la seva manera de treballar i entendre el kWh no com una despesa associada al consum sinó com una proposta de valor afegit.

Avui hi ha diferents versions per començar a evolucionar aquest desenvolupament i per això les competències dels equips d'#innovació són fonamentals per ajudar a trobar una connexió entre la raó de ser i les aspiracions per donar suport a aquests canvis i portar aquesta realitat que obre la transició a nosaltres. energia per a la societat.

Per tant, un equip humà amb talent són claus i capaços de crear aquestes noves dinàmiques i anar conformant progressivament les pedres d'un camí translúcid que permetrà al sector creuar l'abisme cultural cap a un model de gestió #transformativa de l'Energia basat en les experiències i el seu impacte amb tots els actors, proveïdors i usuaris.

Per això, ha de ser part integrant de la cultura corporativa seguir innovant en la seva tecnologia per oferir un servei més eficient, sostenible i transformador que permeti facilitar les experiències d'usos energètics "netes", noves tecnologies de xarxa, noves serveis de connexió, nous serveis de dades, en definitiva, noves propostes de valor que obren l'oportunitat a les empreses del sector elèctric d'innovar i oferir noves opcions que s'ajustin a les necessitats energètiques de la societat a través dels seus clients.

Ramon Gallart

5G i l'aviació.

Al gener del 2022, almenys tres vols que van sobrevolar  Tennessee (EUA) van detectar simultàniament errors d'altímetre que no van permetre mantenir l'altitud assignada, segons un dels pilots. Un avió va perdre completament el pilot automàtic.

Al febrer del 2022, un altre avió de passatgers, que s'aproximava a l'aeroport internacional Louis Armstrong de Nova Orleans va detectar falses alarmes de baixa altitud quan volava per sota dels 1.000 peus. Aquest tipus d'alarmes serien extremadament crítiques en un entorn més difícil, com es dona amb poca visibilitat, condicions de gel, etc.

Al març del 2022, un avió comercial que va aterrar amb pilot automàtic a l'aeroport internacional de Los Angeles  de sobte va entrar en un descens agressiu a només 100 peus sobre el terreny. 

Els anteriors incidents, i altres del 2022, van estar relacionats amb problemes amb els raioaltímetres de les aeronaus. Aquests altímetres també són utiltizats pels pilots automàtics, acceleradors automàtics i aterratges per instruments(ILS). Segons un informe fet pel Sistema d'Informes de Seguretat Aèria (ASRS) de la NASA, les queixes de mal funcionament i fallades dels altímetres es van disparar després del llançament a principis d'aquest any coincidint amb les noves de xarxes sense fil 5G.

L'ASRS és una base de dades pública que manté la NASA per animar a les  tripulacions aèries i els controladors de trànsit aeri dels Estats Units a compartir de manera anònima incidents i preocupacions de seguretat. Entre gener i maig del 2022, hi van haver 93 informes sobre incidències amb els altímetres, on un any normal se'n en detectaven molt pocs. Només el gener, es van produir gairebé el doble de comunicats per mal funcionament dels altímetres respecte els cinc anys anteriors junts. 

La Comissió Federal de Comunicacions dels Estats Units inicialment, va treure importància sobre la relació entre el 5G poguessin interferir amb els radioaltímetres  dels avions comercials, que funcionen en freqüències més altres de l'espectre ràdio. A principis del 2020, l'agència va manifestar que les regles tècniques sobre els límits de potència i les emissions que es van establir per al servei de 3,7 GHz i la separació espectral de 220 MHZ oferien suficient protecció amb els serveis a la banda de 4,2-4,4 GHz.

Però, l'Administració Federal d'Aviació dels EUA no estava tan segura. Va encarregar un estudi empíric a RTCA, una organització sense ànim de lucre que estudia l'electrònica de l'aviació, per avaluar els riscos operatius de les interferència amb el 5G. Aquest informe va concloure que els sistemes 5G de banda C podrien causar interferències amb els radioaltímetres de qualsevol tipus d'avions comercial i, que aquest risc és generalitzat i té el potencial d'ampliar impactes en les operacions de l'aviació als Estats Units.

Es va trobar que el risc s'origina en els senyals que provenen de les torres cel·lulars terrestres, així com de telèfons mòbils 5G operats inadvertidament a bord dels avions de manera que s'agreugen amb els receptors radioaltímetre de poca selectivitat espectral. 

No obstant això, la subhasta d'espectre va seguir endavant, pels operadors  sense fil liderats per Verizon i AT&T els quals, ha pagat més de 80.000 MUS$ per operar aquests freqüències. Els serveis 5G havien de començar a funcionar en 46 mercats dels Estats Units el 5 de gener del 2022. Però a mesura que s'acostava el desplegament, la FAA va emetre una directiva d'aeronavegabilitat que hauria restringit enormement els viatges aeris a aquestes zones.

En última instància, els operadors sense fil van acordar endarrerir el llançament del 5G durant dues setmanes i la FAA va prohibir a determinades aeronaus (aquelles amb altímetres susceptibles o no provats) fer aterratges de poca visibilitat als aeroports amb xarxes sense fil 5G. Aquests mitigacions van romandre vigents durant sis mesos, mentre que la FAA autoritzava més avions per operar.

El 19 de gener del 2022 es van posar en servei els sistemes 5G de manera que, gairebé immediatament, les queixes van començar a arribar a la NASA. En un vol a San Francisco després de l'entrada en servei del 5G, un pilot va patir quan els aerofrens es van activar de manera inesperada abans de l'aterratge. 

L'ASRS conté almenys 40 informes de possibles interferències 5G a les proximitats dels 50 aeroports amb zones restringides. Amb sis informes, l'aeroport internacional de Phoenix Sky Harbor va tenir més queixes.

És cert que ara la FAA ha creat un formulari per registrar anomalies dels radioaltímetres. Tot i que la FAA no ha fet públics detalls d'aquests informes, sí que va proporcionar dades d'alt nivell que indiquen que va rebre unes 550 comunicacions d'aquest tipus des del gener del 2022.

L'agència ha revisat més de la meitat dels informes i no va poder descartar la relació per interferència del 5G en uns 80 incidents. Contràriament als informes de l'ASRS, cap de les interferències identificades per la FAA va tenir cap impacte relacionada amb la seguretat. La FAA ha conclòs que les mitigacions que havia acordat amb els operadors de xarxes sense fils estan funcionant be.

Tot i que les queixes semblen estar disminuint, molts pilots encara volen controls més estrictes de la tecnologia 5G. AOPA, l'organització més gran del món que representa pilots d'aviació general i propietaris d'avions, demana mantenir converses entre els sectors públic i privat per mitigar encara més els riscos de seguretat demostrats que suposa  la tecnologia 5G als radioaltímetres. Una major cooperació i coordinació aportaran solucions que aniran be a totes les parts.

Font: Mark Harris és un reporter d'investigació científica i tecnològica amb seu a Seattle, amb un interès particular en la robòtica, el transport, les tecnologies verdes i els dispositius mèdics. Està a Twitter a @meharris  i correu electrònic a mark(at)meharris(dot)com

Teoria de la relativitat i el nou sistema elèctric.

L'equació més famosa d'Einstein: E = mc² és una de les més parlades des de que es va proposar. De manera senzilla, afirma que l'energia és igual a la massa d'un objecte multiplicada per la velocitat de la llum al quadrat. 

Tot i que la relació matemàtica de l'equaició sembla que és simple, però explica moltes altres coses, per exemple:

Si es te una certa quantitat d'energia és posible crear espontàniament nous parells de partícules matèria-antimatèria sempre que la seva massa en repòs sigui inferior a la quantitat d'energia necessària per crear-les. Si un parell de partícules matèria-antimatèria s'absorvèixen, aquestes, produiran una quantitat específica d'energia donada per les masses del parell de partícules que s'han absorvit o aniquilat i també,explica que cada vegada que es dona una reacció nuclear,  ja sigui fusió o fissió, si la massa dels productes és menor que la massa dels reactius, la fòrmia E = mc² ens permet saber quanta energia s'alliberarà en aquesta reacció.

En definitva, es pot saber quanta energia és inherent a qualsevol partícula massiva en repòs, inclosa quanta energia es necessita per crear-la i quanta energia s'allibera si es destrueix.

Fent una analogia amb el sistma elèctric d'un país, les xarxes de transport i distribució s'han disenyat partint de la base que fins avui,  és la generació qui s'ha adptar al consum o càrreges, és a dir, les carreges alteren la generació  gràcies a les propitetats  tradicionals que provenen dels sistemes de generadors rotatius amb inèrcia i potencia de curtcircuit moguts fonamentalment per les centrals hiroelèctriques, nuclears, de gas i de carbó.

Tornant a l'equció Einstein però, què passa si una  partícula no està en repòs, o què passa si no té massa massa? En aquests casos, l'equació E = mc²  només explia la meitat. L'altra meitat (E =  ½ mv²) adquerix un nou interés i esdevé interessant pel que cal donar sentit físic al que està passant.

La raó per la qual la "massa en repòs" és un concepte tan important és perquè el moviment (la taxa de canvi de la posició d'un objecte al llarg del temps) no és una propietat física "absoluta" al nostre Univers. En canvi, la lliçó clau de la relativitat d'Einstein és que, independentment de quina sigui la teva posició o com canvia la teva posició amb el temps, les lleis de la física i les constants de la natura, inclosa la velocitat de la llum, sempre semblaran ser les mateixes. 

I aquí és a on volia arribar per continuar amb l'analogia del nou model de sistema elèctric que va introduint-se el qual es basa amb fonts de generació renovable no gestionables. Sota aquest nou paradigma la generació ja no pot adpatar-se a la demanda de manra que la demanda adquieix un nou dimamisme i requereix una  manera diferents de gestió de la xarxa que implica canvis molt importat tot i que de cara a com observem  l'ús de l'energia semblin el mateix.

De igual manera que va passar a principis del Segle XX, quant la teoria de la Relativitat General d'Enstein platejava remplaçar la teoria gravitacional universal de Newton - salvant les distanticies- i continuant amb el parel·lelisme, la nova "teoria" de la gestió de les xarxes elèctriques pasa per canvis tecnològics (disponibles) i sobre tot, canvis del mindset que cal treballar, entre d'altres, en base a que els distribuidors com a negoci regulat i responsables de la qualitat de servei, no poden tenir una gestió passiva de la xarxa la qual  requerix de noves maneres, pensar i dissenyar i això cal de fortes inversions en nous actius de xarxa (la segona part de l'equació d'Eintein).

Per exemple, només si s'implementen els mecanismes de flexibilitat i que se'ls permeti als distribuidors noves funcions per una gestió activa de la xarxa serà possible optimitzar les inversión per fer possible integrar tota aquesta generació distribuïda renovable a les xarxes de distribució, sense perjudicar la fiabilitat i qualitat del servei i que cada actor clau aporete el millor de si en la cadena de valor electrica.

La importancia dels distrobuidors ve doanda perquè han de fer que el sistema elèctric gestioni de forma figurada, l'equaició complerta (E = mc² + ½ mv²) on el segon terme inclou la dinàmica d'una particula que de forma figurada en aquest aritcle exemplaritza una nova dinàmica dels consums per donar resposta a la generació  i el primer terme de l'equació, també de manera fiugrada, ilustra com el sistema tradicional ha estat dissenyat perquè  sigui la generació gestionable qui ha de respondre en funció de les càrregues que es connecten en el sitema elèctric.

Ramon Gallart

Xarxes elèctriques inestables.

Un subministrament d'energia sostenible requereix de l'ampliació de les xarxes elèctriques. Tanmateix, les noves línies de transport també poden provocar que les xarxes es tornin més inestables en lloc de més estables. Aquest fenomen es coneix com la paradoxa de Braess.

Un equip de investigadors de l'Institut de Tecnologia de Karlsruhe (KIT),  han simulat la paradoxa de Braess per a les xarxes elèctriques gràcies a haver desenvolupat una eina de predicció per donar suport a la xarxa elèctrica. 

La transformació sostenible del sistema energètic requereix de la pròpia ampliació de les xarxes per integrar fonts renovables i transportar  llargues distàncies l'electricitat. Aquesta expansió requereix grans inversions per seguir mantenint que les xarxes siguin estables. Tanmateix, reformar les línies existents o estendre o construir de  noves, el sistema elèctric pot tornar-se més inestable.

Si es compleix això és quan pren rellevància parlar de la paradoxa de Braess. Aquest fenomen afirma (en el context elèctric)  que una acció a la xarxa elèctrica per millorar el flux energètic té l'efecte invers.

El fenomen porta el nom del matemàtic alemany Dietrich Braess, que en va parlar per primera vegada per a les xarxes de carreteres: sota determinades condicions, la construcció d'una nova carretera pot augmentar el temps de viatge de tots els usuaris de la carretera. Aquest efecte s'ha observat en sistemes de trànsit i s'ha discutit per als sistemes biològics. Per a les xarxes elèctriques, fins ara només s'ha predit teòricament i s'ha  observat a una escala molt petita.

Per primera vegada, ha estat possible simular el fenomen per a les xarxes elèctriques a petita i gran escala. S'ha simular en la xarxa elèctrica alemanya, incloent reforços i ampliacions previstes. En una configuració experimental realitzada al laboratori, mostra la paradoxa de Braess en una xarxa de corrent altern de manera que s'ha  observat el fenomen en mode de  simulació de manera que aquest experimetn s'ha centrat en fluxos energètics circulars.

Això, és clau per entendre la paradoxa de Braess: si una línia elèctrica es millora, per exemple, reduint la seva resistència, i després pot distribuir o transportar més corrent, a causa de les lleis de conservació, això dóna lloc a un nou flux circular, i després passa més corrent en algunes línies i menys en altres. Això es converteix en un problema quan la línia més carregada ha de portar encara més corrent, llavors, es sobrecarrega. Això fa que la xarxa sigui més inestable.

La majoria de les xarxes elèctriques tenen suficient capacitat per suportar la paradoxa de Braess. Quan es construeixen noves línies i durant l'operació, els operadors de xarxa examinen tots els escenaris possibles. Tanmateix, quan s'han de prendre decisions amb poca antelació sobre criteris d'explotació, no sempre hi ha prou temps per preveure per tots els escenaris. Llavors cal una comprensió intuïtiva dels fluxos circulars per poder avaluar quan es produeix la paradoxa de Braess i, per tant, prendre les decisions correctes ràpidament.

Els resultats de la investigació, han permès una comprensió teòrica de la paradoxa de Braess i han proporcionat directrius pràctiques per planificar les extensions de la xarxa de manera racional i donar suport a l'estabilitat de la xarxar.

Font: Benjamin Schäfer et al, Understanding Braess' Paradox in power grids.