Centres de dades de zero emissions de CO2.

Els centres de dades (CPD) consumeixen entre el 2 i el 3 % del consum total d’electricitat del planeta. 

Font: POMA

Almenys, hi han dues raons per les quals  els centres de dades  jugaran un paper fonamental en qualsevol intent de frenar les emissions mundials. En primer lloc, a mesura que la informàtica en el núvol es faci més eficient energèticament per això, necessita cada vegada més en fonts renovables. Per exemple, un fabricant de vehicles pot subcontractar tota la seva informàtica a un centre de dades d'emissions zero.

Tot i així, sense col·laboracions d’aquest tipus, els centres de dades probablement tindran un paper important en el futur del clima. L’augment de l’IA, el deep-learnign, el big data i l’Internet de les coses, tots ells signifiquen que el consum global d’electricitat dels centres de dades continuarà augmentant. Segons  una estimació, el consum podria arribar a arribar fins al 13 % de la demanda mundial d'electricitat per a l'any 2030.

Per aquests motius,  els centres de dades hauran de tenir-se en compe per les inversions de mitigació del canvi climàtic. I com més progressi la societat en un termini pròxim, més aviat es començaran a multiplicar els beneficis.

En poques paraules, el full de ruta, ha de presentar un pla per reduir a la meitat les emissions mundials durant els anys 2020, reduir-les a la meitat de nou a la dècada de 2030 i reduir-les a la meitat un cop més a la dècada de 2040. Tres vegades reduïr a la meitat, permetran aconseguir que el planeta arribi a  emissions zero  abans de la data límit proposada pel 205 de l’IPCC.

Font: ConnecTrónica

El full de ruta considera el canvi cap als centres de dades amb energia renovable com un pas necessari per reduir a la meitat les emissions de la indústria digital i informàtica. De fet, es creu que passant només a les renovables (per alimentar centres de dades, xarxes, dispositius i fabricació d’equips informàtics), la indústria arribaria a la meitat de les seves primeres emissions.

Google, Microsoft, Facebook i Apple han liderat el funcionament de centres de dades bassats amb l'energia renovable. En els darrers dos anys, tant  Google  com  Apple  han realitzat operacions  100% renovables. Facebook  ha dit que arribarà al 100 %  l'any 2020 i  Microsoft  preveu que el 60 % dels seus centres de dades disposin de fonts renovable l'any 2020.

Amazon, per contra, ha quedat enrere. Greenpeace va  criticar a Amazon a  principis d’aquest any per haver utilitzat només el 12 % d’energies renovables als seus centres de dades de Virgínia, després que la companyia presentés un full de ruta ambiciós per arribar al 100 %.

Mentrestant, una coalició a Suècia s’ha apropat als centres de dades verds com un problema estàndard. Fossil Free Data  és una nova etiqueta que esperen que els seus creadors els permeti representar un segell d’aprovació climàtica (com la   certificació Energy Star ) per a consumidors, governs i empreses.

La idea que hi ha darrere de dades lliures d'energies fòssils, és realment aconseguir que les empreses que ho fan de manera sostenible, també puguin demostrar que estan orgullosos del que fan i  puguin presumir.

Font: Montgabay Latam

Les dades lliures d'eenergia fòssil, es van llançar a principis d’aquest any i actualment estan desenvolupant el seu estàndard per als països nòrdics en el nord d’Europa. El grup preveu ampliar-se a la UE i finalment certificar-se també, en els centres de dades dels Estats Units. 

El grup va dissenyar el seu estàndard  poc ambigu i fàcil de determinar, per evitar confusions. Els  criteris  exigeixen, en primer lloc, que un centre de dades tingui una qualificació d’eficàcia d’ús d’energia (PUE) de 1,2 o menys. (Una puntuació de PUE 1,0 suposaria que el 100 per cent del consum d’energia de la instal·lació es destinaria a l’alimentació dels equips informàtics. Qualsevol cosa superior a 1.0 representa l’energia addicional gastada en refrigeració, operacions i altres consums d’energia que no siguin de TI.)

En segon lloc, el centre ha de ser alimentat al 100% per fonts renovables. I tercer, ha de garantir que qualsevol energia elèctrica que faci servir produeixi una quantitat minsa d’emissions de diòxid de carboni (0,19 quilograms per cada quilowatt-hora de consum d’energia de TI).

Font: IEEE Spectrum.

Les bombes de calor dels edificis, podrien reduir la petjada de carboni.

Els edificis utilitzen més d’un terç de l’energia mundial, la majoria per escalfar espais i aigua. La major part d’aquesta calor es genera mitjançant la crema de gas natural, petroli o propà. I on es consumeixen aquests combustibles fòssils, es donen les emissions de gasos d’efecte hivernacle.

Les bombes elèctriques, utilitzades per primera vegada a Europa als anys 70, podrien ser la millor solució per reduir el consum de combustible fòssil. Podrien reduir la meitat de les emissions de carboni dels edificis. I si es produeix energia  amb renovables, les emissions poden reduir-se a zero.

Font:iStocks

Reduir les emissions de carboni per la calefacció i la refrigeració serà fonamental per evitar que les temperatures mitjanes mundials puguin augmentar més d’1,5 graus centígrads per sobre dels nivells preindustrials. Ja el canvi climàtic antropogènic ha provocat que les temperatures globals mitjanes augmentessin aproximadament 1 ºC, segons el Grup Intergovernamental de Canvi Climàtic .

Les grans bombes de calor estan començant a trobar el seu ús en la industria, principalment d'aliments, química, paper, fusta i fàbriques on es pot recuperar la calor residual. Però menys del 3% de les necessitats de calefacció als edificis es fan amb bombes de calor, segons l' Agència Internacional de l'Energia. Això és perquè encara és més barat cremar combustibles fòssils. Però les bombes de calor comencen a guanyar interès a mesura que la tecnologia madura i els països es concentren a abordar  el canvi climàtic assolint els objectius de reducció d’emissions.

Les vendes globals de bombes de calor van augmentar un 10 % entre el 2017 i el 2018. Les polítiques energètiques a la Xina, el Japó i Europa han creat grans mercats de ràpid creixement. Als Estats Units, l’empenta de Califòrnia per l’ electrificació d’ edificis hauria d’incrementar les vendes de bombes de calor. Això al seu torn fa que els fabricants i els instal·ladors estiguin atents.

Font: Wikipedia

Una bomba de calor utilitza un compressor i un refrigerant per moure la calor d'un lloc a un altre. Pot extreure calor de l’aire exterior, fins i tot a l’hivern, i alliberar-lo dins d’una casa, bàsicament com un aire condicionat que funciona a la inversa.

Aquest disseny fa que també puguin refrescar les llars, però són les més adequades per a la calefacció. En comparació amb els calefactors elèctrics de resistència elèctrica convencionals i els forns de gas, són els equips de calefacció més eficients per a la calefacció domèstica. Proporcionen dentre tres a quatre vegades més calor per la mateixa aportació d'energia. 

Les grans bombes de calor que es fan servir a les fàbriques, poden  contribuïr en la reducció de les emissions. Aquesta primavera, dues empreses austríaces van instal·lar bombes de calor per assecar midó i maons, reduint l’ús d’energia fins a un 80 per cent i les emissions de diòxid de carboni fins a un 90 per cent en comparació amb els escalfadors de gas natural. Una gran fàbrica especialitzada en fer patates fregides franceses va  instal·lar una bomba de calor per assecar les patates fregides abans de coure de manera que, va reduïr la quantitat d’energia consumida en el procés d’assecat en un 70 %.

Font: AFEC

Però penetrar en el mercat residencial serà clau perquè les bombes de calor tinguin un gran impacte sobre el canvi climàtic. La seva quota de mercat per a la calefacció de l'edifici ha de triplicar-se fins al 2030 per assolir els objectius de l'Escenari de Desenvolupament Sostenible de l'AIE.

Mentrestant, el mercat mundial de les bombes de calor ja està impulsat per accions governamentals. La Xina ven entre 40 i 50 milions d'unitats cada any, el que el converteix en el mercat més gran del món. Aquesta activitat comercial ha estat impulsada per subvencions governamentals destinades a reduir la contaminació atmosfèrica. També, les polítiques i els incentius similars per  l'energia neta a Europa han creat un fort mercat. En el 2017, per exemple, les bombes de calor elèctriques van superar a la calefacció de gas per a edificis residencials.

Font: IEEE Spectrum

L'estabailitat de la freqüència en les xarxes intel·ligents.

Un dels problemes més importants en el disseny i funcionaments de les xarxes elèctriques, és la seva interconnexió.

Els equips d'electrònica de potencia, existeixien diverses opcions de control que són necessaries per mantenir la freqüència del sistema en el seu punt  òptim de treball. Cadascun té la seva particular especificació i es basa en una quantitat de la reserva de potència que es manté disponible per fer front a aquestes  desviacions  tot i que, la major part del balanç entre la generació i el consum encara s’aconsegueix controlant la velocitat dels generodors síncrons i asíncrons.

Font: SlideShare

El control de freqüència d'una xarxa elèctrica, és un repte en que actualment treballen diferents investigadors per fer possible un augment de la penetració d’energies renovables, conjuntament amb els canvis en l’estructura tradicional amb els nous sistemes de generació renovable distribuïda (DG), els sistemes d’emmagatzematge d’energia elèctrica, les càrregues controlables i les tecnologies basaden en l’electrònica de potència.

Els últims avenços en tecnologies de control, comunicació i informàtica acceleren aquest procés. El control de freqüència en una xarxa elèctrica moderna, ha de resoldre problemes complexos d’optimització de la regulació caracteritzats per un alt grau de diversificació de les polítiques de gestió i una àmplia dispersió de la demanda  i també, de les fonts de generació.

L’estabilitat de la freqüència, és la capacitat d’un sistema elècric per  mantenir la freqüència del propi sistema dins dels límits de funcionament especificats. Generalment, la inestabilitat de la freqüència és el resultat d’un desequilibri significatiu entre les càrregues i la generació de manera que, s’associa a una mala coordinació dels equips de control i protecció motivat per les reserves de generació insuficients.

Font: Sinterf.no

Una desviació duradera en el temps de freqüència, pot afectar el funcionament, la seguretat, la fiabilitat i l'eficiència del sistema elèctric danyant actius, degradant el rendiment dels consums, sobrecàrregant les línies de distribuicó i desencadenant una actuació  dels dispositius de protecció elèctrica de les xarxes. Segons l'amplitud i la durada de la desviació de freqüència, és possible que calguin diferents bucles en el control de freqüència per mantenir l'estabilitat de la freqüència del sistema elèctric.

El control primari (PC) dels generadors síncrons (SG) pot mimvar automàticament petites desviacions de freqüència durant el funcionament normal. Tan aviat com es restableixi l'equilibri, la freqüència del sistema es manté en un valor constant, però pot diferir de la freqüència nominal. Per a una desviació de freqüència més gran (funcionament fora de límits) i, segons la quantitat disponible de potència reserva, el control secundari (SC), que també es coneix com a Load Frquency Control (LFC) és el responsable de restaurar la freqüència del sistema. El LFC, com a component principal del control automàtic de generació (AGC), també controla les desviacions de la corrent de la xarxa en sistemes elèctrics de diverses àrees. Per a una generació d'una càrrega molt desequilibrada  associada a canvis ràpids de freqüència després d'una fallada important, el sistema LFC pot ser incapaç de recuperar la freqüència. En aquesta situació, cal emprendre una altra actuació mitjançant  un control terciari (TC), els  sistemes d'alimetnació de back-up  amb configuracions de protecció com una opció per disminuir el risc de fallides en cascada.

Uns nivells alts de la penetració de fonts d’energia renovables intermitents (RES) a les xarxes d’energia i donada la seva variabilitat, incertesa i connexió no sincrònica a la xarxa, planteja diversos reptes tècnics. Aquest tipus de fonts fan necessàri augmentar la necessitat de la flexibilitat operativa i els requisits de reserva. Per garantir la seguretat del sistema d’energia amb una alta penetració de RES,  és imprescindible la participació de les RES i també, de les Micro Xarxes (MG) per la regulació. La capacitat tècnica de les MG, seran necessàris en les futures xarxes intel·ligents per participar en la regulació de freqüències a gran escala. Alguns DSO,  ja han actualitzat els seus codis de xarxa per garantir la seguretat i la fiabilitat del sistema elèctric de manera que, està previst que les RES / DG / MG proporcionin serveis  i suports de regulació i control.

Font: Utility magazine

A més, la substitució dels SG convencionals per DG / RES basats en electrònica de potencia, redueix la inèrcia del sistema. A les zones on la penetració dels RES és relativament significativa, als operadors del sistema els sorgeixen greus problemes de control de la potència i la freqüència. 

Una solució per millorar l'estabilitat i el rendiment de freqüències en una xarxa  amb molta DG / MG de baixa inèrcia és enfortir el sistema amb inèrcia virtual. Això vol dir, que es pot establir un sistema d’inèrcia virtual (VI) mitjançant l’ús d’un sistema de gestió juntament amb un convertidor d’electrònica de potència i un algorisme de control adequat per emular la inèrcia necessària. 

En definitiva, l’estabilitat i el control de les freqüències a les xarxes intel·ligents s’enfronten a nous reptes tècnics derivats de la creixent penetració de càrregues basades en l'electrònica de potència i la DG. Entre aquests, són necessaris els reptes de la inèrcia, ja que les fonts renovables basades en inversors,  cada cop més substitueixen els generadors síncrons. La reducció de la inèrcia rotacional a la xarxa pot afectar negativament a la resposta de freqüència de la xarxa i l'estabilitat i també, el control del sistema. 

Ramon Gallart