Sistemes d'emmagatzematge d'energia distribuïts.

Els sistemes d'emmagatzemament distribuïts  (DESS) poden contribuir en les activitats preventives abans d'un incendi forestal.

Durant els darrers anys, els incendis forestals han provocat danys i importants interrupcions a les xarxes elèctriques. En el 2019, al voltant de 940.000 clients de 38 comtats del nord i de  Califòrnia  van estar sense servei elèctric a causa del risc d’incendi. Els incendis forestals de Tasmània a Melbourne, Austràlia, en el 2019 van provocar aturades del servei elèctric, que van afectar a més de 30.000 llars i empreses. Per a això, és imprescindible explorar solucions per garantir el subministrament elèctric de forma continua i fiable als clients en situacions d'incèndis. 

Font: CioReviewer

Els DESS poden tenir un paper fonamental en la millora de la fiabilitat i la resiliència de les xarxes elèctriques intel·ligents. Abans de que passi un incendis, i com a part de les activitats preventives per reduir els impactes dels incendis forestals, els DESS podrien contribuir a formar sistemes energètics descentralitzats i promoure la generació, l'emmagatzematge i el control d’energia local i independentment de la xarxa elèctrica principal. El funcionament intel·ligent dels DESS millora la flexibilitat de les xarxes i augmenta el grau de llibertat en la gestió del flux de potència. Per tant, durant situacions d’incendis. 

Després  d’un incendi, els DESS són capaços de minimitzar l’impacte dels incendis que poden afectar al subministrament elèctric dels clients, a l’economia, mitjançant les accions de restauració, inclosa la restauració del sistema (Black Start) i la restauració de la càrrega. Tot i això, encara hi ha alguns reptes a causa de les característiques i la naturalesa d’algunes de les tecnologies d’emmagatzematge d’energia existents, com per exemple, el risc d’inflamabilitat i d’explosió de les bateries.

Font: DOSE Engineering

Abans d'un incendi i amb l’objectiu de reduir un potencial impacte, es realitzen un conjunt d’accions preventives per augmentar la resiliència de la xarxa en termes de robustesa i recursos. La integració de les xarxes amb DESS es pot considerar com una d’aquestes accions preventives, sempre que els DESS estiguin equipats amb mecanismes de control intel·ligents. L’energia emmagatzemada als DESS pot proporcionar una inèrcia virtual a la xarxa i, per tant, augmenta la tolerància i robustesa del sistema a sobtats disturbis causats pels incendis o desequilibri d’energia. Els DESS poden alliberar l’energia emmagatzemada de manera eficaç i oportuna, cosa que mitigarà les pertorbacions i amortirà la potencial inestabilitat del sistema. A més, els DESS poden millorar la capacitat dels recursos per als clients que corren un gran de patir una pèrdua del servei elèctric. La Comissió de les empreses elèctriques de Califòrnia ha destinat recentment 100MUS$ en incentius per l’emmagatzematge d’energia a les llars vulnerables als incendis forestals i a les instal·lacions de serveis crítics per promoure el subministrament energètic i dels recursos. Per tant, els DESS poden contribuir positivament a formar sistemes energètics descentralitzats, fent que el sistema elèctric sigui independent de la xarxa principal i, per tant, minimitzi els efectes de les fallades de la xarxa principal sobre els seus clients.

Font: Global Spec

En els casos d’incendis, les respostes proactives com ara la reconfiguració de la xarxa, l’assetjament del sistema, l’aprofitament de la càrrega òptima i / o l’enviament òptim dels sistemes d’energia pot minimitzar efectivament l’impacte d’incendis. Els aspectes comuns de totes les accions correctores anteriors és resoldre el flux òptim de potència restringit per seguretat, que té com a objectiu optimitzar el funcionament dels recursos i equips controlables modelant la flexibilitat de xarxa i les limitacions del sistema. La incorporació de les DESS a les plataformes de les  xarxes intel·ligents afegeixen nous controls i relaxa algunes de les limitacions del sistema. 

Els DESS augmenten la flexibilitat del sistema i amplia l’espai de solució: 

1) Facilitant la concordança entre l’oferta i la demanda, 

2) Fent que els recursos renovables siguin despatxables,

3) Augmentant el rang de la variació de les càrregues.

Després de caos d'incendis, l’acció més crucial és tornar a la normalitat a la xarxa elèctrica. Els mètodes òptims de restauració tenen com a objectiu minimitzar el temps de restauració, minimitzar la pèrdua de potència activa i maximitzar la càrrega servida. Durant el procés de restauració del sistema d’energia a causa de la vulnerabilitat del sistema, la capacitat de regulació insuficient i la capacitat de generació limitada, el procés de restauració es realitza de forma seqüencial i gradual el que requereix temps el qual,  normalment és lent. La flexibilitat en la càrrega i descàrrega dels DESS pot ajudar a mantenir constantment l’equilibri oferta-demanda en el procés de restauració i accelerar la recuperació del sistema. A més, en el procés d’entrega d’energia, els DESS podrien proporcionar energia local i reduir les pèrdues d’energia a les línies. Com que els DESS es distribueixen en el sistema elèctric, l’accessibilitat als recursos després de situacions d'incendis, augmentaran la quantitat de càrrega servida. A més, els DESS podrien actuar com a recursos per inicia una situació de black star, o bé, la seva energia emmagatzemada es podria utilitzar per iniciar generadors d'una falla generalitzada, cosa que comportarà de nou una major restauració de càrregues. Els DESS es poden fer servir com a càrregues d’energia en el procés d’energitzar de les línies de transport, cosa que alleuja la possible sobretensió als extrems dels transport i redueix els problemes d’autoexcitació en els generadors després d'un  black out. A més, a la primera fase i durant el procés de restauració, la distribució dels fluxos d’energia pot ser força desigual. Per tant, una correcta gestió de les DESS podria optimitzar la distribució dels fluxos d’energia  o, la seva energia emmagatzemada es podria utilitzar per possar en servei generadors que ja no tinguin de recuperar una aturara generalitzada, cosa que comportarà de nou una restauració millor de la normalitat. 

Font: Power Engineering

Malgrat les contribucions positives dels DESS en la reducció dels impactes dels incendis forestals a les xarxes elèctriques, el desplegament de tecnologies d’emmagatzematge d’energia inclou algunes preocupacions. L'explosió i incendis en les instal·lacions d'emmagatzematge amb  bateries de 2MW a la subestació McMicken a l'oest de Fènix, això va suscitar preocupacions sobre els reptes i els riscos del desplegament de les tecnologies d'emmagatzematge de bateries per la seva inflamabilitat i característiques explosives. A més,  les piles de combustible, tots els combustibles adequats que s’utilitzen a les cèl·lules s’incendien fàcilment i, per tant, representen un important risc d’incendi i explosió. L’Associació Nacional de Protecció contra Incendis (NFPA) ha elaborar el NFPA 855, què és l’estàndard per al desplegament de sistemes d’emmagatzematge d’energia estacionaris, que cobreix els perills de seguretat contra incendis i la seva vida, associats als sistemes d’emmagatzematge d’energia. NFPA 855 és d'obligat compliment per assegurar que una instal·lació  funcioni de forma segura amb les diferents tecnologies d’emmagatzematge d’energia, especialment en aplicacions relacionades amb incendis forestals. 

Font: Hamidreza Nazaripouya, Universitat de Califòrnia, Riverside (UCR) -Winston Chung Global Energy Center (WCGEC)

Connexió de dades a Àfrica.

La connectivitat rural sempre ha estat un mal de cap per als proveïdors de serveis per poder ampliar les seves xarxes.

Les comunitats més petites i més repartides, per la seva naturalesa, requereixen més inversió i més infraestructura per a menys clients amb uns rendiments menors. Il·luminar amb fibra òptica un carrer edificis d’apartaments d’una  important ciutat,  pot atraure potencials nous clients connectats al cable de fibra comparat a la quantitat de molta més extensió necesaria per zones molt dispeseres en llars.

Foto: Clear Blue Technologies. Aquesta torre cel·lular de Rwanda utilitza panells solars i requereixen poc o cap manteniment.

Aquest problema és més acusat per a molts llocs d’Àfrica, on hi ha un percentatge més gran de la població en zona rural. Connectar la gent d’aquestes regions encara és una tasca difícil.

Per intentar canviar això, Clear Blue Technologies, companyia canadenca que desenvolupa sistemes elèctrics fora de xarxa, treballarà amb el proveïdor sud-africà MTN i altres per llançar 500 noves torres de cel·les 2G i 3G fora de xarxa i sense manteniment a l'Àfrica. El contracte és de 3,5 milions de dòlars de manera que esdevé com el primer pas d’un programa que durarà  entre 3 i 5 anys per ampliar de forma adequada, les xarxes cel·lulars en una dotzena de països a gran part d del territori africà.

Font: Telecom Celluar

El que és diferent a Àfrica, és la demanda acumulada. Les persones tenen telèfons intel·ligents, però no necessàriament tenen les xarxes per utilitzar-los al màxim.

Els dos reptes clau als quals s’enfronta qualsevol acumulació de xarxes rurals són:

1.-  El cost de les torres cel·lulars, 
2.- El programari i el maquinari.

Com que les xarxes rurals han de requerir de manera inherent moltes torres per cobrir una àmplia àrea, el cost de la concessió de llicències o de compra de programari o maquinari pot ser considerable.  Projectes com OpenCellular que desenvolupen programari de codi obert poden ajudar a reduir aquests costos.

També, les torres cel·lulars requereixen d'energia. Tradicionalment, una torre cel·lular rep energia mitjançant la xarxa elèctrica o, sovint en casos d’emergència, generadors de gasoil. Per descomptat, construir infraestructures de xarxa elèctrica és tan costós com construir xarxes de comunicacions per cable. També fer el manteniment dels generadors dièsel,  requereix de mots temps i costós.

Si es vol voleu fer aquest model  a les zones rurals, realment s'ha de de tenir una solució totalment que no necesiti xarxa de cable. Això significa que com no hi ha connexions a la xarxa no cal fer visites periòdiques de manteniment als llocs de la cel·la. La tecnologia del servei elèctric  de Clear Blue fa que es pugui instal·lar  una cel·la  per uns 10.000 $US, mentre que una instal·lació tradicional pot costar entre 30.000 i 50.000 $US per cel·la.

Font: Medium

Clear Project va ser seleccionat pel projecte Telecom Infra per subministrar la tecnologia per a les torres de les cel·les fora de xarxa. El projecte Telecom Infra és un projecte col·laboratiu per ampliar la infraestructura de xarxes de telecomunicacions, amb l'objectiu  de donar servei  a mil milions de persones  connectades online. Per als casos d'aquells que viuen actualment en llocs sense xarxa, és necessària la tecnologia de Clear Blue.

Clear Blue, proporciona energia  les cel·les a través de panells solars, però cal que també funcioni per les nits per això són necessaries eines per la predicció d'energia per assegurar-se que el servei no cau durant la nit o durant una sèrie de dies ennuvolats.

Els llocs que s’instal·laran faran previsions d’energia  mitjançant analítica de dades i previsions meteorològiques per determinar l’ús d’energia. Els llocs també reportaran dades al núvol de Clear Blue, de manera que l'empresa pugui perfeccionar les previsions d'energia mitjançant dades agregades.

Font: Clear Blue Technologies

Càrrega entre vehicles elèctrics

Què passaria si els cotxes elèctrics poguessin intercanviar energia elèctrica mentre circulen?

Un cotxe amb un excedent de càrrega, podria col·locar-se davant d’un altre que necessiti recarregar gràcies a l'extensió dels dos  telescòpics de càrrega enllaçats magnèticament. El cotxe amb excedent, podria compartir part de la capacitat. Però també podria ser mitjançant un servei de grans “camions cisterna” amb enormes bateries per incrementar les reserves d’energia de tota una flota de vehicles.

El concepte presenta clars avantatges: utilitza molta capacitat de bateria que, d’altra manera, no seria aprofitada, i permet estalviar temps durant el trànsit per recarregant-se en marxa.

Potser compartir la càrrega és el camí a seguir, no només per als cotxes i camions elèctrics a les carreteres, sinó per a altres vehicles mòbils. Això és el que proposen el professor Swarup Bhunia i els seus col·legues del departament d’enginyeria elèctrica i informàtica de la Universitat de Florida, a Gainesville.

La qüestió és fer que una quantitat determinada de bateries vagi més enllà i així solucionar els dos principals problemes  dels vehicles elèctrics: un cost elevat i la inquietud de l'autonomia. En el 2019, les bateries representaven aproximadament un terç del cost  d’un cotxe elèctric mig. Tot i que, fa uns quants anys han baixat a la meitat,  encara suposa una gran despesa. I, tot i que la majoria dels controladors solen cobrir distàncies curtes, generalment els agradaria poder fer més distància.

La càrrega mòbil, funciona dividint la bateria d’un cotxe en bancs independents de cel·les. Un banc gestiona el motor i l’altre accepta la càrrega. Si la font d’energia és un camió portador de bateries, es possible moure una gran quantitat d’energia.  És cert,  que  només pot carregar un cotxe alhora, però cada cotxe recarregat al 100% podria donar suport a altres cotxes que es trobin a la carretera.

Il·lustració de crèdit: Swarup Bhunia. La recàrrega entre vehicles de peer-to-peer, com el repostatge aeri, fa servir pujades estables per dissenyar un canal de transmissió.

Aquest concepte l'ha aplicat Volkswagen per utilitzar robots mòbils per a transportar bateries a vehicles externs. I, fins i tot, ara es possible comprar un sistema de repartiment de càrregues entre cotxes a l’empresa italiana Andromeda, tot i que sembla que fins ara ningú sembla l’ha intentat utilitzar en moviment.

Si hi participessin tots els cotxes, s'obtindrien grans avantatges. En  el modelatge informàtic, realitzat amb el simulador de trànsit  SUMO, els investigadors van trobar que els SVE havien de parar a recarregar-se només aproximadament una tercera part. És més, podrien disposar gairebé un quart menys de la  capacitat de la bateria.

Tot i així, hi han inconvenients. En primer lloc, com es troben els dos vehicles EV  en una l’autopista?  Res no pot contenir els  cotxes en tàndem amb  més precisió que un robot. Però fins i tot un ésser humà, ajudat per un sistema automàtic, podria ser capaç de fer la recàrrega.

Després hi ha la qüestió de la reciprocitat. Quants, probablement podrien oferir la seva bateria a un cotxe necessitat de càrrega? 

Per això, els investigadors preveuen un sistema de gestió central que funcioni al núvol.

Qualsevol dispositiu mòbil que es desplaci per si mateix pot beneficiar-se d’un esquema de càrrega compartida i per tant, els bots de lliurament tindrien molt més sentit si no haguessin de passar la meitat del temps buscant un punt de recàrrega. Poder  recarregar un vehicle des d’un camió en moviment beneficiaria molt a qualsevol  operador, tal com sembla que  Amazon vol fer.

Altrament  hi ha el remolc d'EP Tender que és un petit remolc, de tan sols 1,20 metres de llarg i 200 kg de pes, que suporta un generador alimentat per un motor de combustió. Aquest remolc pot ser adaptat a tots els vehicles elèctrics existents al mercat, mitjançant un acoblament específic per a la connexió entre remolc, BMS i bateria. Aquest primer prototip compta amb un motor de 600 cc, el mateix que equipa el Tata Nano, i és capaç de desenvolupar 22 Kw de potència.

Ramon Gallart