Turbina de gas amb hidrogen.

A Europa, s'ha provat una turbina de gas totalment alimentada per hidrogen fet que  obre el camí per reduir les emissions de carboni en les indústries intensives en consum energia.

L'hidrogen es presenta com una potencial alternativa als combustibles fòssils contaminants, principalment responsables de les emissions de gasos d'efecte hivernacle que provoquen un escalfament del planeta.

Però els reptes tècnics, els elevats costos i la manca d'infraestructures dificulten el seu desenvolupament. A més,  la quantitat d'emissions que estalvia  genera debat en funció dels mètodes de producció del H2.

La companyia energètica francesa Engie, el Centre Aeroespacial Alemany, Siemens Energy, Centrax britànic i universitats europees van formar part del consorci Hyflexpower finançat per la UE per va dur a terme la prova en una fàbrica d'envasos de paper Smurfit Kappa prop de la ciutat francesa de Llemotges.

L'experiment va utilitzar una turbina de gas Siemens Energy SGT-400, el sistema de combustió de la qual estava adaptat per a l'hidrogen de manera que va ser com un procés comparable a la substitució del carburador d'un motor de combustió interna.

Aquest fet esdevé una novetat mundial que consisteix a injectar el 100% d'hidrogen una turbina de gas per produir electricitat. El principal avantatge és poder convertir les turbines existents mitjançant modificacions senzilles.

L'hidrogen es produeix mitjançant un procés anomenat electròlisi de l'aigua i només es considera "verd" si l'electricitat utilitzada per generar l'electròlisi s'obté de fonts renovables.

L'hidrogen utilitzat en la prova va ser produït per un electrolític in-situ alimentat amb fonts d'energia renovables i emmagatzemat en un dipòsit abans d'entrar a la turbina.

La prova va demostrar que l'hidrogen pot ser una forma flexible d'emmagatzemar electricitat com les bateries, que pot permetre la ràpida descarbonització de llocs industrials intensius en energia.

La industria del ciment, de l'acer, les refineries i qualsevol indústria on "la descarbonització sigui complexa" són els principals objectius d'aquesta innovació.

A diferència del gas que s'utilitza habitualment, l'hidrogen té una flama "més ràpida" i "més calenta", la qual cosa significa que per fer  nous desenvolupmanents, és complicat com és adeqüar la capacitat de resistència dels materials, el revestiment de la cambra de combustió i els ajustaments del procés de combustió.

El següent pas serà no només produir electricitat, sinó també calor i segur que els sectors de l'aviació i el transport marítim també els sorgirà oportjnitats.

Ramon Gallart

Proteccions elèctriques digitals.

Des dels principis de les xarxes elèctriques, les companyies elèctriques han estat instal·lant  relés electromecànics directes i inderectes  per protegir els seus sistemes d'alimentació.

Quan en el 1977, Edmund O. Schweitzer III va inventar el relé digital que incorporaba un microprocessador, va arribar un canvi molt important ja què gràcies a la potencia de càlcul aquest relé podria localitzar una avaria en un radi d'un km. Això va obrir les portes per desenvolupar nous estàndards de fiabilitat, seguretat i eficiència a les xarxes elèctriques de transport i distribució.

Per desenvolupar i fabricar el seu relé, al 1982, va crear la Schweitzer Engineering Laboratories (SEL).  Actualment, fabrica centenars de productes de protecció, supervisió, control i automatizació de sistemes elèctrics en presencia a més de 165 països.

Les avaries a les xarxes elèctriques poden sorgir quan un arbre o un vehicle impacta amb una línia elèctrica, un operador de xarxa comet un error o un equip falla. Això provoca una deriva del corrent a algunes parts del circuit, fent que el cami que ha de recorrer aquest corrent sigui  diferent respecte la xarxa elèctrica.

Si no hi ha un sistema de protecció adequat, l'avaria pot acabar essent més greu amb un major impacte en els danys i el temps d'afectació.

Tanmateix, una sobreintensitat no és l'únic dany que es pot produir. Aquestes fallades també poden afectar a les tensions, la freqüència i la direcció del corrent.

Una bona protecció hauria d'aïllar ràpidament la falla de la resta de la xarxa, limitant així els danys in-situ i evitar que l'avaria s'estengui a la resta del sistema. Per fer-ho, cal instal·lar dispositius de protecció. 

La majoria d'invencions adquirexen una tecnologia de manera que es combina amb una altra per fer coses noves. Llavors, quan es van crear els microprocessadors, no es pensava amb aquestes aplicacions.

Una data rellevant va ser quan en el 1968, es va introduïr en el processament del senyal, l'anàlisi del senyal i l'ús de tècniques digitals.

Les oportunitats que s'han generant en el camp de l'electroncia digital, han permés que avui en dia existeixin sistemes de preotecció que permenten detectar el temps entre les ones que viatgen a la velocitat de la llum per fer possible detectar i localitzar ràpidament les avaries de les línies elèctriques de transport i distriubució.

El relé decideix si actua sobre un circuit elèctric o realitza altres accions en un temps comprés entre 1 o 2 mil·lisegons. Com a comparativa, versions anteriors de protecció, necessiten de l'ordre de 16 ms en que cal afegir el retard en que un interruptor d'alta tenisó  tingra en actuar (entre 30 a 40 ms).

Aquest requeriment de respota ràpida impacta en una major estabilitat de la tensió, fase i freqüència dels parametres elèctrics.

Per cada mil·lisegon que es redueix en aïllar una falta, els límits d'estabilitat del sistema de transport augmenten en 15 MW.

Avui en dia s'està estudinat en esquemes de protecció que apliquen el concepte de paquets d'energia els quals, es basen en messurar l'intercanvi d'energia.

Els paquets d'energia mesuren amb precisió la transferència d'energia, independentment de la freqüència o la fase, i s'actualitzen a una velocitat fixa amb una referència de temps comú cada mil·lisegon.

Els paquets d'energia en el domini del temps, ofereixen una oportunitat per accelerar els sistemes de control i mesurar amb precisió l'energia, cosa que planteja nous mètodes respecte als tradicionals basats en el càlcul del domini de freqüència.

No pot quedar a banda la millora de la fiabilitat a les xarxes de les infraestructures crítiques millorant la ciberseguretat, la localització de la falla i l'eficiència. 

Ramon Gallart

Microxarxes i la reforma del mercat elèctric.

La reforma del mercat elèctric empeny cap a les microxarxes ja que fan possible controlar energies renovables distribuïdes i augmentan la fiabilitat i la resiliència de les xarxes de distribució elèctriques.

Una microxarxa és un conjunt de càrregues  i fonts d'energia disperses interconnectades que funciona de manera unificada, el seu rendiment  millora el de la xarxa elèctrica. Una microxarxa pot funcionar tant en mode connectat a la xarxa com en mode desconnectat de la xarxa.

Una microxarxa ha de complir tres condicions:

1.-  S'ha de diferenciar del sistema de la xarxa de distribució.

2.- Els seus recursos es controlen entre ells en lloc de fer-ho remotament des d'un centre de control centralitzat.

3.- Pot estat o no connectada a una xarxa de distribució.

La capacitat de donar repsota dinàmica ve donada per:

Generació i emmagatzematge: Per tal de minvar la intermitècnia de la generació de fonts renovables i el consum d'energia, es requereix emmagatzemament per substituir - en certa manera-  la inèrcia dels grans generadors síncrons. Les diverses solucions d'emmagatzematge d'energia que s'estan desenvolupant i que es poden utilitzar en les microxarxes són una opció però també, cal considerar mètodes d'emmagatzematge d'energia tèrmica i mecànica.

Electrònica de potència: Les microxarxes utilitzen convertidors d'electrònica de potència per interactuar amb el sistema d'energia per connectar la fotovoltaica solar o les microturbines.

Control i funcionalitat: Les microxarxes tenen necessitats i tècniques reguladores úniques que les ajuden a aconseguir l'equilibri local i maximitzar els seus guanys financers. El control de freqüència i de la tensió es pot dur a terme de manera descentralitzada o sota un controlador central de la microxarxa que emet ordres directes als recursos energètics distribuïts.

La resiliència es una de les motivacions per fomentar el desplegament de les microxarxes. Els avantatges socioeconòmics i la seva energia neta impulsen el seu desplegament i desenvolupament de microxarxes en zones que hi ha una arquitectura de xarxa elèctrica. Tot i que s'ha parlat molt sobre el potencial de les microxarxes, també hi ha molt per aprendre de les microxarxes que ja funcionen. 

Els reptes i perspectives de futur pasen per contribuir a millorar la resiliència de les xarxes elèctriques, el seu mantenint, la continuïtat en el subministrament i fomentar el rol de consumidor actiu.  És important tenir en compte que també ofereixen beneficis a les poblacions dipserses, aïllades i rurals dels països subdesenvolupats. 

Les microxarxes ofereixen una solució per encarar problemes a petita escala i fins i tot poden contribuir a contruir les xarxes intel·ligents amb capacitat d'autorestaurar-se formant part  d'una super xarxa  intel·ligent però cal trencar amb paradigmes arquitectònics socials del sector. 

Les Viurtual Power Plants (VPP), també poden estar a les microxarxes connectades a la xarxa de distribució. Cal estar atent com el mercat de capacitat pot ajudar a l'estabiltiat o regulació de tensió de la xarxa elèctrica del distribuïdor. No és lluny entreveure que cada microxarxa d'una xarxa futurista multi-microxarxa funcionarà com una VPP.

En defintiva, la producció solar fotovoltaica i l'emmagatzematge amb bateries són cada cop més assequibles i van en camí de la paritat de costos amb les fonts d'electricitat convencionals. A causa del desplegament generalitzat d'aquestes tecnologies, els axiomes energètics sobre com els usuaris finals importen i exporten electricitat ja són una necessitat i no pas una excepció. 

És importatnt planificar i determinar quin marc incorpora millor aquestes i altres innovacions energètiques distribuïdes abans que moltes fonts d'energia distribuïda s'interconectin a la xarxa elèctrica de distribució. 

La reforma del mercat elèctric no pot obviar la fiabilitat i la resiliència de manera què,  les microxarxes estan ben posicionades per gestionar aquesta transformació.

Ramon Gallart