Eòlica Marina.

Països com Japó, França i els EUA volen competir amb el lideratge Noruec en tecnologia eòlica marina.

Segons  va publicar el govern noruec, es preveu una inversió a gran escala en eòlica marina de manera que està previst instal·lar turbines eòliques en alta mar a les zones de Sørlige Nordsjø II i Utsira Nord, que en conjunt podrien produir 1,5 GW a plena capacitat.

Al maig del 2022, el govern va augmentar la seva ambició i va llançar una important inversió en eòlica marina per obtenir una potencia de 30 GW gràcies als 1.500 aerogeneradors marítims que cobriran aproximadament l'1 % de de les zones del mar noruec i es preveu la seva posada en explotació pel 2040.

Aquest 30 GW, aproximadament equivalen al la potencia necessària per subministrar l'energia d'un any  a Noruega

Tot i que encara no hi ha turbines eòliques tan grans, el govern Noruec va qualificar la inversió eòlica marina com un nou impuls industrial important per al país i ho va comparar amb el desenvolupament del petroli del 1969.

El ministre de Comerç i Indústria de Noruega, Jan Christian Vestre, va dir durant la conferència de premsa  que l'eòlica marina podria convertir-se en un somni industrial fet realitat i oferir una tecnologia ecològica per prescindir de les indústries del país petrolieres.

Les actuals turbines més grans són capaces de generar fins a 15 MW a plena capacitat. Segons les fonts Noruegues, quan es diu que 1.500 aerogeneradors produiran un total de 30 GW es considera que les noves turbines, tindran una capacitat per generar 20 MW, conscients que actualment, encara no hi han aquests aerogeneradors.

La viabilitat econòmica depèn de les millores del disseny en base a que al crear turbines eòliques que puguin produir fins a 20 MW caldrà un disseny que portarà a unes pales que seran molt pesades. Llavors, caldrà adaptar el disseny per fer possible que dominin les forces aerodinàmiques en comptes del pes propi de la turbina.

De fet, encara manquen diversos reptes per fer viables aquestes estructures  sota el concepte de eòlica marina flotant. Tot i que el parcs eòlics marins són una realitat, caldrà reduir els costos de desenvolupament per ser econòmicament rendibles.

Actualment, la plataforma i l'estructura de la turbina es construeixen per separat. Diferents proveïdors són responsables de diferents peces, la qual cosa no optimitza la construcció global de l'aerogenerador.

Dissenyar conjuntament la turbina i la plataforma serà un del reptes per poder reduir costos i construir les estructures de manera més eficient.

Si es possible reduir al seva mida, pes i fer-les funcionar a velocitats de vent més baixes esdevindrien avantatges en comptes de les turbines molt grans que funcionen a velocitats de vent més altes. De fet, les turbines més petites requereixen un disseny de pales i un disseny de construcció en general diferents.

Però,  com es pot reduir la mida i la quantitat d'acer per fer les turbines més flexibles i dinàmiques. Per això cal tenir un bon control sobre els moviments, una major capacitat de canviar l'angle de les pales de la turbina i d'ajustar-les a la resistència del generador amb la turbina per estabilitzar la construcció.

Flotar en alta mar, permet generar més energia, per això, l'eòlica marina flotant és molt interessant perquè produeixen més energia respecte les turbines de fons fix o terrestres.

Els aerogeneradors terrestres produeixen de mitjana entre el 25 i el 30% de la seva capacitat màxima. Els aerogeneradors de fons fix marí tenen una taxa d'utilització entre el 45 i el 50%, mentre que el vent marí flotant s'acosta al 60% bàsicament perquè el vent bufa més fort i és més constant.

No obstant, cal superar el repte per minvar els costos de fabricació, per això, algunes de les claus  podrien ser crear dissenys que facin que l'eòlica marina sigui més rendible econòmicament, disposar de prou competència, reestructurar parts de la indústria petroliera per establir i explotar aquests camps eòlics marí, així com apostar per la recerca de solucions per turbines.

Pot ser hi ha recorregut en desenvolupar i provar més eines de simulació perquè captin tots els efectes físics. Per crear quelcom completament nou, cal assegurar-se que els algorismes capturen la realitat física en la major mesura possible. Per tant, caldrà moltes proves de models i a gran escala per crear models de simulació precisos. 

De fet, els aerogeneradors flotants no requereixen de personal i tenen poc risc de contaminació llavors,  el risc principalment és econòmic. És per això que reduir els marges de seguretat per reduir costos és clau. De fet, avui dia, encara manquen  moltes dades.

Un cop sigui possible crear plataformes flotants eficients,  permetrà normalitzar-les i utilitzar-les en parcs eòlics d'arreu del món, cosa que l'eòlica marina fixa, requereix adaptacions locals, ja que les condicions del fons marí varien dins de cada parcs.

L'eòlica marina forma part de la solució en la futura producció d'energia renovable, però no és la resposta a tot.

Ramon Gallart

Models digitals de les xarxes de distribució de baixa tensió.

Els models digitals de les xarxes de distribució són necessaris per a les diferents aplicacions que necessiten les xarxes intel·ligents. entre les quals hi ha la supervisió, les previsions de congestió i els càlculs deL hosting capacity. No obstant això, avui en dia, aquests models han de millorar bàsicament per la manca de la integritat de les dades que es subministren. Llavors,  impacta negativament en l'explotació i també, en els resultats de la simulació.

L'augment de les fonts d'energia renovables (FER), els carregadors de vehicles elèctrics i les bombes de calor connectades a les xarxes de distribució elèctriques, són essencials per fer possible la transició energètica. Tot i que les FER  poden provocar algun tipus d'estrès a la xarxa, també poden proporcionar als usuaris una quantitat no menyspreable de flexibilitat  de manera que, es pot aprofitar per garantir que el sistema sempre funcioni correctament i de manera segura, sense invertir innecessàriament diners en reforçar en excés i cegament la xarxa de distribució.

Disposar de models precisos de xarxes elèctriques, és important per desenvolupar eines de suport a l'explotació dels recursos flexibles i aquests,  facin possible una transició energètica rendible i fiable. Tanmateix, a la pràctica, sovint les característiques físiques de les xarxes de distribució són poc conegudes i això fa que els models de les xarxes digitals  tinguin errors significatius bàsicament  per l'antiguitat del sistema i de la manera passiva que històricament s'ha gestionat. De fet, quan es van construir les primeres xarxes no es van registrar les característiques tècniques més importants, ja que no hi havien solucions tecnològiques que requerissin d'aquestes dades. 

Avui en dia, qualsevol distribuïdor (DSO) te clar que la monitorització és necessària per fer front als nous paradigmes que necessita la gestió de la xarxa de fet, i en molts països ja és una realitat gràcies al desplegament dels smart meters. L'estimació de l'estat de la xarxa (SE) és una eina de seguiment estadístic que combina models de xarxa i les mesures dels diferents sensors que hi han connectats a la seva xarxa, per calcular la configuració més probable del sistema elèctric. Fonamentalment, el SE és un procés d'optimització que minimitza la distància entre les variables d'estat estimades i els seus valors mesurats. Per a cada variable mesurada, la diferència entre la seva mesura i el valor estimat s'anomena residual. La mètriques més comunes són la suma ponderada de tots els valors residuals al quadrat. Com més baixos siguin els residus, més precisió.

Quan s'utilitza el SE per la monitorització, normalment, processa iterativament mesures que fan referència al mateix interval de temps. Sempre que hi hagi prou mesures disponibles, l'anàlisi estadístic dels valors residuals d'aquest interval de temps es poden utilitzar per detectar i identificar errors de mesura  i errors de topologia, que normalment provoquen valors residuals aïllats que són molt importants. 

Tot i que els SE ja fa temps que s'utilitzen en  els centres de control de les xarxes de transport, en el sistema de distribució, encara no ha arribat al mateix grau de maduresa. Un dels colls d'ampolla que dificulta usar els SE en el sistema de distribució, son els propis errors del model de xarxa. 

Tanmateix, si hi ha prou mesures disponibles i si es realitzen càlculs en un SE des de sèries temporals de mesuraments, es pot obtenir una anàlisi de valors residuals que permeti detectar alguns errors de les dades. A més, l'anàlisi de valors residuals, també es pot utilitzar per validar les correccions del model de la xarxa, per avaluar que el model actualitzat és efectivament una millora respecte a l'antic.

En definitiva, un estimador de l'estat de la xarxa, és una eina coneguda per la monitorització la qual,  també es pot utilitzar per detectar errors en els models de xarxes de la xarxa  de distribució. Si hi ha diversos errors, i/o si hi ha poques mesures disponibles, és possible que es pugui separar les fonts d'error en els valors  residuals i pot ser que s'hagi de combinar el SE amb altres tècniques de detecció d'errors. No obstant això, l'anàlisi del valors residual, pot proporcionar informació sobre la qualitat dels models de xarxa, i permetre validar estadísticament els canvis aplicats, per avaluar si aquests milloren el model. 

Ramon Gallart

Càrrega ràpida per les bateries dels VE.

Les bateries estàndard dels vehicles elèctrics poden recarregar gran part de la seva autonomia en només 10 minuts si s'afegeix una fina làmina de níquel al seu interior, segons un nou estudi. Això podria fomentar més el desplegament dels VE.

Si hi hagués opcions de càrrega més ràpides, que permetessin que el preus dels VE  fos mes baix,  es podrien superar la fòbia dels consumidors amb els vehicles elèctrics.

Per exemple, un VE convencional que permeti una gran autonomia i que porta un paquet de 120 kWh que requereix una hora per recarregar-se des de 0 kWh fins als 120 kWh, es podria substituir per un EV amb un paquet de 60 kWh capaç de carregar-se només  en 10 minuts  i mantenir l'autonomia durant viatges de llarga distància.

Les bateries d'ió de liti poden ser molt estables i segures a elevades temperatures amb un simple ajust dels materials de la bateria; a més, a temperatures elevades  ofereixen una capacitat de càrrega ràpida.

En un nou estudi realitzat a la Universitat Estatal de Pennsilvania, s'ha provat una bateria d'ions de liti amb una autonomia d'aproximadament 560 km si la bateria esta al 100% de la seva capacitat. (La densitat d'energia de la bateria era de 265 Wh per kg.) Afegint una làmina  ultrafina de níquel al seu interior, era possible recarregar-la al 70 % en 11 minuts per a un abast d'aproximadament 400 km i un 75 % en 12 minuts,  per fer uns 440 km.

Aquesta tecnologia permet desplegar bateries més petites i de càrrega més ràpida per a fomentar la implantació de cotxes elèctrics assequibles.

Pensant que per llargs recorreguts cada 300 km cal fer una aturada de 10 minuts, es possible fer la recarrega durat aquesta aturada i fer 300 km més. Això minvarà l'ansietat.

L'estudi va consistir en instal·lar fines làmines de níquel al interior de la bateria d'iò-Li que va permetre una millora del rendiment quan fa molt de fred ja que gràcies a aquest disseny, la temperatura interna de la bateria és més alta.

Les bateries funcionen millor quan estan calentes, però no massa. Mantenir les bateries de manera constant a la temperatura adequada ha estat un important repte per als enginyers de bateries. En el passat, es confiaven en sistemes externs de gran volum per escalfar o refredar i així, regular la temperatura de la bateria.

Per poder regular les temperatures de les bateries des de l'interior mitjançant aquestes làmines de níquel. es necessitava una forma senzilla de fer-ho possible per  que la bateria arribés a una temperatura més elevada ràpidament (en un minut), ja que la càrrega ràpida només dura 10 minuts.

Les bateries d'ió de liti poden ser molt estables i segures a temperatures elevades amb un simple ajust dels materials de la bateria. Això  permet  gaudir del benefici de les elevades temperatures que permet una capacitat de càrrega ràpida.

Les proves van acreditar que una  bateria pot durar més de 900 cicles quan es carregava al 75 %, amb una autonomia d'uns 400 km, i aproximadament 2.000 cicles quan es carregava al 70 %, per a una autonomia d'uns 800 km. 

S'epera que en el futur, s'aconsegueixi carregar bateries d'alta densitat d'energia al 80 % en 5 minuts. Això donarà als conductors de VE una experiència similar als vehicles de combustió.

Ramon Gallart
Resum del papeer: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05281-0.epdf?sharing_token=L5-vBF3nbfVF-FHRUdPuk9RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0OcH43dqQA0Q_rsaYakybcAjvl2E09-duNbgHCQXRB1_L5pVdSRCxS5WYl5V6i_EsjzA114NqKMy0zpRGyKKYmyD1zgJojVAoF-1I_9YK9IdOiKNjXVU3ruX6_fcLyZyP8RvVdxYhD_bT-t-IeWYrFp_oqaT68vL5Gwl2OKjImMnnNzXPjABJpX0Gv9k5B_5vDCtdAxPMvgUh9a69Sj0i96&tracking_referrer=spectrum.ieee.org