Transició energètica a la UE

La Unió Europea (UE) esta devant una crisi energètica des del 2020. A mesura que calen energies més netes provinent de fonts renovables, la UE necesita  elaborar una millor estratègia per fer la transició des dels combustibles fòssils i anticipar-se a la incertesa i la volatilitat de les energies renovables. El panorama de la crisi dependrà de l'esforç de la UE i de la solidaritat entre els seus membres.

La UE encara requerirà de combustibles fòssils per facilitar la transició a les energies renovables en els propers anys. El factor per reduir la dependència dels combustibles fòssils va derivar de l'agenda de descarbonatació per aconseguir el net-zero en emissions amb fonts verdes i netes. L'emissió net-zero és la condició en què el consum de combustible que emet carboni es compensarà amb la quantitat igual de carboni eliminat de l'atmosfera. La UE te establert el marc amb directives  des de finals dels anys noranta. En l'última dècada, en el període 2008-2018, la UE ha disminuït la seva producció de gas un 46,4%, el petroli un 35,3% i el combustible sòlid un 27,9%.

D'altra banda, els principals subministraments energètics de la UE encara depenen de les importacions d'altres països. A mesura que la UE es prepara per fer una transició cap a les energies netes per l'any 2050, sembla que aquest objectiu no està recolzat per la seva pròpia capacitat d'energia renovable i és possible que la transició no s'hagi preparat amb cura.

És possible que les fonts d'energia renovables no estiguin preparades per al se ús com a font principal, ja que encara depènen de la volatilitat del vent i sol. 

Això pot semblar una transició energètica precipitada a la UE, malgrat els primers esforços per fer que la transició energètica sigui fluida. Amb la intenció d'aconseguir l'agenda de descarbonització, la UE ha emès directives sobre el mercat únic de l'electricitat l'any 1999 (96/92/CE), 2003 (03/54/CE) i 2009 (09/72/CE) (Pollitt, 2019).  Aquestes directives consistien en una guia de la UE als seus membres per participar en el comerç transfronterer d'electricitat.

Aquestes directives havien de ser obligades pels membres i els requisits s'havien d'incorporar a la legislació nacional de cada país membre. Però un dels obstacles per integrar aquest mercat energètic a la regió és el fet que la majoria d'aquests països encara depenen del gas importat.

Després d'anys d'implementació del mercat integrat d'electricitat a Europa, la UE també va emetre directives el 2001 (2001/77/CE) i el 2009 (2009/28/CE) després d'una sèrie d'apagades arreu del món en el 2003, es va demanar una major connectivitat entre els operadors. Un dels requisits d'aquestes directives era augmentar la proporció de fonts renovables en el mix energètic. Això podria afectar el ritme de producció a Europa, mentre que encara es requereix un subministrament constant d'energia de fonts fiables.

La seguretat del subministrament és una part important. L'oferta depèn de la dinàmica del mercat. La UE ha d'anticipar-se i garantir l'escassetat prolongada de necessitats d'energia per a les seves indústries i el consum de les llars. No fer-ho afectaria molt la producció industrial de la UE i, finalment, el PIB.

A més, també podria tenir un efecte negatiu sobre el creixement econòmic. Pot haver-hi alternativa d'importar GNL des dels EUA i Qatar o, recórrer al carbó per generar l'energia necessària estable. L'aliat més proper de la UE  hauria de garantir els subministraments en els propers anys a la regió de la UE, mantenint l'objectiu de descarbonització el 2050.

Un país exportador voldrà una seguretat de la demanda per garantir ingressos rendibles. En el context de la crisi energètica de la UE, el nivell de demanda sembla ser que serà superior en comparació amb l'oferta que hi va ahver en el 2020 al 2021. 

La demanda total de consum elèctric es pot utilitzar per determinar la infraestructura, el sistema i la previsió de producció. Aquestes dades serien importants perquè la UE pogués arribar a un acord factible per a les infraestructures i la producció d'energies renovables evitant que es genieri un excednet de capcatia de genració que no tindrà consum.

El motiu pel qual la UE i molts altres països apunten al net-zero i la reducció de la dependència dels combustibles fòssils, deriva del fet que els combustibles fòssils són un recurs finit i no estaran disponibles per sempre. També tenint en compte el cost ambiental que podria deixar un impacte durador per a la propera generació. El més important d'aquesta decisió de tornar a utilitzar el carbó temporalment o qualsevol altre combustible fòssil és com la UE pot regular el seu consum de manera eficient. Si no es regula, amenaçarà la disponibilitat del recurs. A partir d'aquest argument, la UE ja ha anat disminuint la seva producció de carbó, combustible sòlid en els anys previs a la crisi. No obstant això, es va informar que enmig de la crisi, alguns dels seus països membres estan començant a cremar carbó com a últim recurs enmig de la protesta dels ecologistes. La regió de la UE te devant un dilema si ha de mantenir la seva prioritat per augmentar la seva capacitat d'energia renovable i per assolir el seu objectiu de descarbonització o per assegurar un sistema fiable.

Europa necesita d'una estratègia de transició energètica amb gas natural com a tecnologia pont. La UE haurà d'augmentar la seva inversió en tecnologia nuclear. El gas natural encara podria contribuir per proporcionar el pont energètic necessari de la transició a la UE per compensar la caiguda de la producció de petroli. Però atesa la naturalesa de la UE com a organització internacional i transnacional, també hauria d'ajudar i garantir que els seus membres amb ingressos més baixos puguin superar aquest repte i regular la igualtat d'accés a l'electricitat i l'energia per a tots els seus membres per a la seva estratègia a llarg termini. La UE necessita un enfocament que permeti passar de la seguretat de la sostenibilitat a la seguretat del subministrament fins que, per una banda, la tensió geopolítica hagi disminuït i per altre badna,  el desenvolupament de la infraestructura renovable a la UE s'hagi distribuït i establert de manera igual.


Ramon Gallart

La bellesa interior de l'electrònica clàsica.

El components electrònics han estat dissenyats expressament per satisfer les necessitats tècniques, però aquest disseny ha conduit a  un bellesa accidental: l'estètica que sorgeix de les coses que no s'esperaven veure.

Aquesta resistència de pel·lícula d'alta estabilitat, d'uns 4 mil·límetres de diàmetre, es fa de la mateixa manera que la resistència de pel·lícula de carboni, però amb més precisió. Una vareta de ceràmica està recoberta amb una fina capa de pel·lícula resistiva (metall prim, òxid metàl·lic o carboni) i després es mecanitza una ranura helicoïdal perfectament uniforme a la pel·lícula.

En lloc de recobrir la resistència amb una epoxi, està tancada hermèticament en un petit envoltant de vidre. Això fa que la resistència sigui més robusta, ideal per a casos especials, com ara la instrumentació de precisió, on l'estabilitat a llarg termini de la resistència és crítica. L'embolcall de vidre proporciona un millor aïllament contra la humitat i altres canvis ambientals que els recobriments estàndards com seria l'epoxi.

Cal fer 15 voltes d'un cargol d'ajust per moure un potenciòmetre d'un extrem al altre del seu rang resistiu. Els circuits que requereixen d'un ajust fi, utilitzen aquest tipus de pot. L'element resistent és una tira de cermet, un compost de ceràmica i metall, serigrafiada sobre un substrat de ceràmica blanca. El metall serigrafiat enllaça cada extrem amb els pins de connexió. 

Els condensadors són components fonamentals electrònics que emmagatzemen energia en forma d'electricitat estàtica. S'utilitzen de moltes maneres, inclòs per a petit emmagatzematge d'energia, per suavitzar els senyals electrònics i com a cèl·lules de memòria d'ordinador. El condensador més senzill consta de dues plaques metàl·liques paral·leles amb un buit entre elles, però els condensadors poden prendre moltes formes sempre que hi hagi dues superfícies conductores, anomenades elèctrodes, separades per un aïllant.

Un condensador de disc ceràmic és un condensador de baix cost. El seu aïllant és un disc ceràmic, i les seves dues plaques paral·leles són recobriments metàl·lics extremadament prims que s'evaporen o s'escampen a les superfícies exteriors del disc. Els cables de connexió s'uneixen mitjançant soldadura i tot el conjunt es submergeix en un material de recobriment porós que s'asseca amb força i protegeix el condensador dels danys.

Els condensadors de pel·lícula acostumen a estar instal·lats en equips d'àudio d'alta qualitat, com ara amplificadors, tocadiscos, equalitzadors i sintonitzadors de ràdio. La seva principal característica és que el material dielèctric és una pel·lícula de plàstic de polièster o polipropilè.

Els elèctrodes metàl·lics es connecten amb les llargues tires de plàstic i després s'enrotllen en una epoxi que uneix el conjunt. Per  acabar, tot el conjunt es submergeix en un revestiment exterior resistent i es marca amb el seu valor. Altres tipus de condensadors de pel·lícula es fan apilant capes planes de plàstic metal·litzada, en lloc d'enrotllar capes

el condensador de tàntal te una pastilla porosa de metall de tàntal al núcli. El pellet està fet de pols de tàntal i sinteritzat, o comprimit a alta temperatura, en un sòlid dens que és semblant a una esponja.

Igual que una esponja de cuina, el pellet resultant té una gran superfície per unitat de volum. A continuació, el pellet s'anoditza, creant una capa d'òxid aïllant amb una superfície igualment alta. Aquest procés inclou molta capacitat en un dispositiu compacte, utilitzant una geometria semblant a una esponja en lloc de les capes apilades o enrotllades que utilitzen la majoria dels altres condensadors.

El terminal positiu del dispositiu, o ànode, està connectat directament al metall de tàntal. El terminal negatiu, o càtode, està format per una fina capa de diòxid de manganès conductor que recobreix el pellet

Els inductors són components fonamentals electrònics que emmagatzemen energia en forma de camp magnètic. S'utilitzen, per exemple, en alguns tipus de fonts d'alimentació per convertir tensions emmagatzemant i alliberant energia alternativament. Aquest disseny d'eficiència energètica ajuda a maximitzar la durada de la bateria dels telèfons mòbils i altres aparells electrònics portàtils.

Els inductors solen consistir en una bobina de filferro aïllat embolicat al voltant d'un nucli de material magnètic com el ferro o la ferrita, una ceràmica plena d'òxid de ferro. El corrent que flueix al voltant del nucli produeix un camp magnètic que actua com una mena de volant per al corrent, suavitzant els canvis en el corrent mentre flueix per l'inductor.

Aquest inductor axial té una sèrie de voltes de filferro de coure envernissat i embolicat al voltant d'una forma de ferrita i soldat a cables de coure als seus dos extrems. Té diverses capes de protecció: un vernís transparent sobre els bobinatges, un recobriment verd clar al voltant de les juntes de soldadura i un revestiment exterior verd sorprenent per protegir tot el component i proporcionar una superfície per a les ratlles de colors que indiquen el seu valor d'inductància.

El transformador té diversos bobinatges i s'utilitza en fonts d'alimentació per crear múltiples tensions de sortida en Vca des d'una sola entrada.

Els petits cables que estan més a prop del centre tenen una alta impedància. Aquests bobinatges porten una tensió més alta però un corrent menor. Estan protegides per diverses capes de cinta, un escut electrostàtic de làmina de coure i més cinta.

Els bobinatges exteriors, són de baixa impedància i estan fets amb un cable aïllat més gruixut i menys voltes. Mantenen una tensió més baixa però un corrent més alt.

Tots els enrotllaments s'emboliquen al voltant d'una bobina de plàstic negre. S'uneixen a dues peces de ceràmica de ferrita per formar el nucli magnètic al cor del transformador.

Font: Eric Schlaepfer runs the popular engineering Twitter account @TubeTimeUS, where he posts cross-section photos, shares his retrocomputing and reverse engineering projects, investigates engineering accidents, and even features the occasional vacuum tube or two. He is coauthor of Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components (No Starch Press, 2022).

Els vehicles elèctrics són un emmagatzematge essencial per la xarxa elèctrica.

Les bateries dels vehicles elèctrics poden ajudar a emmagatzemar l'energia de les fonts renovable i així,  satisfer necessitats de la xarxa pel que es refereix a l'emmagatzematge d'energia.

L'energia solar i eòlica són les fonts d'electricitat que més creixen ràpidament. No obstant això, la seva intermitència genera "pors" pels gestors de les xarxes elèctriques. Una manera de minvar aquesta variabilitat, són les bateries que poden lliurar l'energia renovable emmagatzemada quan minva el sol i el vent. Es preveu que la capacitat disponible de la bateria dels vehicles elèctrics superi les demandes de la xarxa l'any 2050.

Actualment, la gran majoria dels usuaris de vehicles elèctrics carreguen els cotxes a casa durant la nit. Quan estan connectats, les seves bateries es poden utilitzar com  emmagatzematge de la xarxa. Per a aquestes aplicacions del V2G, els conductors  poden signar un contracte amb un gestor de càrrega que els permeti transferir el dret d'ús. Aquest gestor de càrrega, gestiona i controla de manera intel·ligent els perfils de càrrega i descàrrega de la bateria dels vehicles elèctrics per garantir els serveis d'emmagatzematge de la xarxa i la càrrega complerta de la bateria. Per aquest serveis, els usuaris  dels vehicles elèctrics rebran uns diners des del gestor de càrrega.

Quan la capacitat de les bateries de vehicles elèctrics cau entre el 70 % i el 80 % de la seva capacitat original, generalment esdevenen inadequades per a usos de transport. Tanmateix, aquestes bateries al final de la vida útil del vehicle encara poden tenir anys d'ús en aplicacions d'emmagatzematge de xarxa menys exigents. Tenint en compte el seu valor i regulacions, es preeu que es recolliran totes les bateries per ser reutilitzades i així, fer un banc  de bateries de segons ús i per proporcionar serveis de xarxa.

Hi han estudis científics que han calculat que, quan es combinen, la capacitat dels vehicle connectats a la xarxa i les bateries de segon ús es podrien obtenir als 32 a 62 TWh a l'any 2050. En canvi, es va estimar que a curt termini, les necessitats de bateries a la xarxa per a l'emmagatzematge només serien de 3,4 TWh a 19,2 TWh a l'any 2050. En altres paraules i almenys en aquest sentit, es preveu que l'oferta superi la demanda. Cal treballar per generar consciència sobre les oportunitats d'emmagatzematge d'energia de les bateries dels vehicles elèctrics.

Hi han estudies que preveuen que les demandes d'emmagatzematge per a la xarxa elèctrica a curt termini a nivell mundial, es podrien satisfer si només entre el 12% i el 43% de tots els vehicles elèctrics participessin sota el concepte V2G. Es necessitaria menys del 10 % per assolir aquest objectiu si la meitat de totes les bateries al final de la seva vida útil es reutilitzessin per a ser utilitzades com emmagatzematge estàtic per la xarxa.

El ritme al qual els usuaris de vehicles elèctrics participen com V2G, pot tenir un paper clau en quant a que poden ajudar els vehicles elèctrics per donar serveis a la xarxa, i per això, les administracions són claus per fomentar i incentivar aquesta participació.

Això pot incloure controladors intel·ligents per als consumidors per tal de facilitar la participació en el mercat i fer saber quins beneficis poden obtenir els usuaris de vehicles elèctrics. També caldrà assegurar com s'han de reutilitzar per garantir que les bateries dels VE realment són aprofitades  al final de la seva vida útil i són integrades fàcilment a la xarxa.

Ramon Gallart