El vaixell de càrrega Oceanbird navega gràcies al vent.

Possiblement la darrera tendència en matèria de transport marítim de mercaderies arrela en un concepte que ja fa uns 7.000 anys que existeix. Aquesta tendència és el vent gràcies a la vela. 

Avui en dia els velers s’utilitzen principalment per a activitat esportives i recreatives. Els grans camions de càrrega i els grans vaixells de transport de càrrega que utilitzen combustible barat i brut han substituït el transport eòlic respectuós amb el medi ambient com el principal mode de comerç mundial.

Aquesta transició va comportar un cost mediambiental. Les emissions per combustible, alliberen a l'atmosfera un 30 % òxid nitros, un 9 % d’òxid de sofre i un  3% de diòxid de carboni.

Per fer front a  les preocupacions creixents sobre l’escalfament global, l’Organització Marítima Internacional de les Nacions Unides ha establert l’objectiu de reduir les emissions un 40 % a finals d’aquesta dècada.

En resposta a una nova consciència ambiental, les empreses estan estudiant mitjans de transport més ecològics, gràcies a que incorporen materials de nou disseny i operacions informatitzades, de maner que, aquestes empreses estan a l'avantguarda d'una nova era en el transport marítim.

L'empresa sueca, Wallenius Marine, ha apostar per revolucionar el sector, ja que recentment ha anunciat els plans per construir un vaixell de transport amb un aspecte elegant amb capacitat de transportar 7.000 vehicles alhora. El vaixell, anomenat Oceanbird, portarà cinc veles retràctils de 260 peus compostes de materials metàl·lics i composite. Les veles es podran baixar a 66 peus per passar per sota dels ponts o adaptar-se a les condicions canviants del vent. En acabar, el vaixell de 650 peus d'eslora i 130 peus d'ample tindrà la distinció de ser el vaixell de vela més gran del món.

El vaixell, pot viatjar a una velocitat mitjana de 10 nusos. Això és una mica més lent que els vaixells convencionals, però gràcies al vent, es poden reduir en un 90%  les emissions.

La visió és dirigir el camí cap a un transport marítim veritablement sostenible., què no és una competència, sinó una direcció que cal prendre. Es vol experimentar per provar el límit del que és possible.

Font: Walenius Marine

Electronica de potencia refrigerada amb fluid.

La calor generada per l’electrònica, actualment  te un costós consum de recursos. Per exemple, per mantenir els sistemes del centre de dades als Estats Units a la temperatura adequada amb un òptim rendiment computacional, el refredament  consumeix tanta energia i aigua com tots els residents de la ciutat de Filadèlfia. 

Però, si s'integren els canals líquids de refrigeració directament en els xips semiconductors, s'espera reduir aquestes pèrdues en consum almenys, en els dispositius electrònics de potència, fent-los més petits, més econòmics i amb menys consum d’energia. 

Tradicionalment, l'electrònica i els sistemes de gestió de calor, es dissenyen i es fabriquen per separat.  Això introdueix un obstacle fonamental per millorar l'eficiència de la refrigeració, ja que per eliminar  la calor, s'ha de propagar a distàncies relativament llargues a través de múltiples materials. En els processadors actuals, els materials tèrmics difonen la calor del xip a un voluminós dissipador de coure refrigerat per aire.

Per obtenir una solució més eficient en energia, s'ha desenvolupat un procés 3D de baix cost per posar una xarxa de canals de refrigeració microfluídics directament en un xip semiconductor. Els líquids eliminen millor la calor que l’aire.

Però, a diferència de les tècniques de refredament microfluídic que es van informar anteriorment, diu, "dissenyem l'electrònica i el refredament junts des del principi". Així doncs, els microcanals es troben just a sota de la regió activa de cada dispositiu de transistors, on s’escalfa més, cosa que augmenta el rendiment de refrigeració en un factor de 50. Han informat el seu concepte de co-disseny a la revista Nature avui.

En el 1981, va ser proposat  per primera vegada el refredament per microcanal, de manera que les startups com Cooligy, han perseguit aquesta idea pels processadors. Però la indústria dels semiconductors passa dels dispositius plans als 3D i cap a futurs xips amb arquitectures apilades multicapa, cosa que fa que els canals de refrigeració siguin poc pràctics. Aquest tipus de solució basat en la refrigeració incrustada no està pensada per a processadors ni xips moderns, com seria la CPU, en canvi, aquesta tecnologia de refrigeració adquireix  sentit per a l’electrònica de potència.

Els circuits electrònics de potència gestionen i converteixen l’energia elèctrica i s’utilitzen àmpliament en ordinadors, centres de dades, plaques solars i vehicles elèctrics, entre altres coses. Utilitzen dispositius discrets d’àmplia superfície fabricats amb semiconductors de banda ampla com el nitrur de gal. La densitat de potència d’aquests dispositius  dràsticament ha augmentat al llarg dels anys, cosa que significa que han d’estar “enganxats a un dissipador de calor.

Més recentment, els mòduls d’electrònica de potència, s’han convertit en refrigeració líquida mitjançant plaques fredes o sistemes de refrigeració de micro canal. Però, fina ara, tots els sistemes de refrigeració de microcanals s’han fabricat per separat i s’han unit al xip. La capa d’unió afegeix resistència a la calor i els canals de manera que, els dispositius no estan alineats a prop dels circuits.

Per crear un dispositiu amb els canals de refrigeració al mateix xip, cal gravar unes escletxes d'un micròmetre en una capa de nitrur de gal·li recoberta sobre un substrat de silici. Les escletxes tenen una longitud de 30 µm i una profunditat de 115 µm. Mitjançant una tècnica especial del gravat a gas, s'amplien les escletxes del substrat de silici per formar els canals a través dels quals es bomba el refrigerant líquid.

Després, es segellen les minúscules obertures de la capa de nitrur de gal·li amb coure. Per tant, només es tenen microcanals a la petita regió de la base en contacte amb cada transistor. Això fa que la tècnica sigui eficient perquè es pugui extreure molta calor a causa de la proximitat, però utilitzant molt poca força de bombament.

Com a demostració, es va realitzar un circuit rectificador de CA a CC compost per quatre díodes Schottky, cadascun amb capacitat per suportar 1,2 kV. Normalment, un circuit com aquest requeriria d'un dissipador de calor de gran mida. Però amb el sistema integrat de refrigeració líquida, el xip es troba en una placa de circuit imprès de la mida d'un USB, que està formada per tres capes i que té canals esculpits per subministrar refrigerant al xip.

Els punts calents amb densitats de potència superiors als 1.700 watts per centímetre quadrat, es poden refredar només amb una potència de bombament de 0,57 W/cm 2 . Això suposa un augment de 50 vegades en el rendiment en comparació amb el anteriors sistemes de refredament de canals microfluídics.

Font: IEEE spectrum.

Proves per sistemes de distribució intel·ligent.

Els sistemes de distribució intel·ligents que incloguin emmagatzematge, conformaran la xarxa del futur.

Per això, és necessari fer front a qüestions essencials relacionades amb l’adopció de conceptes de xarxes intel·ligents així com, els recursos energètics distribuïts (DER) a demés de la integració del emmagatzematge, les telecomunicacions, la ciberseguretat, etc., a les xarxa de distribució elèctriques per fer possible que el seu funcionament esdevingui eficient i fiable, alhora que proporcioni un beneficis econòmics.

Un  banc de proves del sistema de distribució intel·ligent de baixa tensió, és necessari per reproduir l qualsevol  xarxa de distribució i poder ser usada com a plataforma per estudiar diversos reptes i impactes de la integració de les DER en un sistema real de distribució. Un banc de proves, permet re-configurar per complert diferents models a escala  de qualsevol sistema de distribució BT amb o sense integració de les DER. Això sí, cal que el banc de proves, disposi de la capacitat de relacionar-se amb diversos simuladors en temps real, com podrien ser els simuladors digital en temps real (RTDS), Typhoon i Opal-RT, etc., per així, realitzar simulacions de Power Hardware In Loop (PHIL) que permetrien facilitar els estudis sobre el rendiment del sistema elèctric. 

Una de les primeres coses a fer per realitzar un banc de proves, és la d'identificar diversos elements bàsics del sistema de distribució real i generar els seus models a escala de laboratori per adaptar-los a l’entorn del banc de proves. En un banc de proves, el nivell de tensió es manté similar al sistema real. No obstant això, es redueix la potència nominal sempre que, es mantingui l'equivalència per unitat. 

Fonts

En un sistema típic de distribució, l’alimentació es subministra mitjançant un transformador de distribució de manera que en un banc de proves, es fa una disposició similar que s'alimenta des de la xarxa local mitjançant un transformador d’aïllament triangle-estrella. Com a resultat, les característiques d’impedància de la font del banc de proves són similars a les del sistema real. Per fer que el banc de proves sigui versàtil, el neutre del secundari del transformador no està rígidament connectat a terra.  El transformador disposa de tres fases i neutre. També es disposa d’un terminal de terra separat per fer la posada a terra. Això permet que un banc de proves reprodueixi sistemes de distribució amb transformadors de distribució amb connexions a terra o sense connexió a terra. Un banc de proves pot ser alimentat alternativament des d’un simulador de xarxa comercial, ja que aquest simulador de xarxa és una font de tensió controlada que pot generar diversos harmònics i perfils de tensió a règim transitori. Això permet, que el funcionament del banc de proves pugui emular diverses condicions del sistema d’energia, com ara fallades, caigudes de tensió i variació de freqüència, etc.

Mòduls de línia

Normalment, en els sistemes de distribució, l’energia es subministra a través de línies aèries i / o soterrades. Per imitar aquests conductors de potència, els mòduls de línia es dissenyen a partir dels seus models equivalents. Aquests mòduls són de dos tipus. Es poden reproduir longituds de línia de 60/120/180 m. mentre que l'altre pot replicar una longitud de línia de 15/30/45 m. Combinant aquests dos tipus de mòduls, es poden emular línies elèctriques de diferents tipus i longituds. No és nou utilitzar models físics de L/C per representar una línia de transport. De fet, s’utilitzen en moltes universitats per dur a terme experiments de formació dels sistemes de potència com ara, la regulació de tensió, efecte Ferranti,  la coordinació de relés, etc. La diferència principal entre una línia de transport i una línia de distribució, és la impedància del cable  que presenta una inductància més gran en el cas del transport respecte una línia de distribució, que te una menor impedància a causa de la distància que és més curta. L'efecte de les capacitats de càrrega de línia també és insignificant en les línies de distribució. 

Mòduls de càrrega

Les càrregues d’un sistema de distribució són les llars domèstiques, les petites empreses i els vehicles elèctrics, etc. Per emular càrregues convencionals s’utilitzen bancs de càrrega R/L i càrregues electròniques de corrent altern. Les cases amb sistemes fotovoltaics al terrat, actuen tant com consums o càrregues com a fonts o exportació d'energia. Els simuladors comercial de PV i els micro-inversors dissenyats per laboratoris, es combinen per representar a les llars amb energia solar. Els bancs de bateries d’ió-liti amb dispositius d’auto-descàrrega s’utilitzen per emular vehicles elèctrics i emmagatzematge de la comunitat. Aquests emuladors solars i de bateries amb inversors, es poden connectar en diferents punts del sistema per re-configurar el banc de proves per representar diversos escenaris pràctics.

Simulació en temps real (RTDS)

Un banc de proves ha de tenir la possibilitat de connectar-se al RTDS per dur a terme simulacions i realitzar estudis a nivell de sistema. Estan interconnectats per un amplificador de potència (PA)  blocs de comunicació de fibra òptica (FO). 

Un mòdul de comunicació entre el RTDS i l’amplificador de potència, ha de tenir un retard de l'ordre de unitats de µs. L'amplificador de potència, utilitza càrregues de calefacció per fer consumir molta l'energia. Q

Conclusió

La implementació amb èxit de les xarxes intel·ligents requereix de la participació i compatibilitat entre diverses disciplines i tecnologies. Un banc de proves reconfigurable  pel sistema de distribució, facilita les proves crítiques de diferents solucions d’última generació en un entorn controlat, necessàries per a l’adaptació de les noves tecnologies en la realització d’una xarxa de distribució intel·ligent i, per tant, condueix a una millor fiabilitat energètica. 

Font: Ramon Gallart