La interoperabilitat com a llenguatge comú per les xarxes intel·ligents

La integració d'una varietat de sistemes governats per diferents regulacions i propietats de diferents entitats que envolten una xarxa intel·ligent presenta un desafiament per la interoperabilitat, ja que hi ha una manca de modelatge de dades comuns en tots els nivells d'aplicacions de xarxes intel·ligents. D'altra banda, nous protocols i estàndards de comunicació han de tenir en compte la interoperabilitat dels equips prèviament desplegada i els protocols de comunicació del sistemes d'energia existents.

La interoperabilitat és la capacitat de dos o més dispositius per intercanviar informació i treballar junts en un sistema. Això s'aconsegueix utilitzant els objectes publicats i definicions de dades, ordres i protocols estàndard. A mesura que les tecnologies de comunicació i informació emergeixen en els sistemes de potència, els dispositius intel·ligents, els sistemes, necessiten desplegar-los sobre el terreny de forma realista i escalable. L'estructura interdisciplinar del concepte de xarxa intel·ligent requereix dispositius heterogenis amb diferents capacitats per a cooperar junts per assolir objectius globals i locals de control a través de la manipulació en temps real de la informació i dades d'interoperabilitat del component físic amb capacitat de comunicacions.

La interoperabilitat, permet la detecció de dispositius en una plataforma comuna amb els seus parells connectats a col·laborar per millorar la capacitat de funcionament plug-and-play. Les diferents Utilities i operadors de sistemes independents, busquen la manera més adequada per arribar a la informació requerida de forma fàcil i segura per a diversos dominis, incloent la gran generació, la generació distribuïda, el transport, la distribució, els clients, els mercats, les operacions, els proveïdors de serveis i els sistemes de suport fonamentals.

La importància de la informació comuna i de l'interoperabilitat es pot il·lustrar amb un exemple:
El mecanisme de servei d'una elèctrica tradicional està experimentant canvis continus amb la major penetració de les micro-xarxes privades autònomes. El principal repte social i de comportament és la integració dels productors-consumidors (prosumidors) a través d'incentius en el procés de presa de decisions. Els prosumidors han d'estar equipats amb un marc d'informació i ser conscients de les conseqüències de les seves accions, amb la finalitat de crear una arquitectura de control distribuït similar a les xarxes socials per tal d'assolir una gestió de major qualitat.

L'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) defineixen un marc i un full de ruta per als objectius principals per establir les normes i protocols d'interoperabilitat per a la xarxa intel·ligent. D'acord amb un comunicat publicat recentment, es creu que la identificació de les normes de xarxes intel·ligents han d'accelerar-se. Cal crear unes bases d'interoperabilitat per a que les xarxes intel·ligents siguin robustes, amb la finalitat de poder fer proves de conformitat i la seva certificació de la infraestructura.
El Grup d'Interoperabilitat de Xarxes Intel·ligents (SGIP) va crear un model conceptual d'arquitectura de xarxa intel·ligent que defineix dominis, actors i grups d'interès associats a l'operació de xarxes intel·ligents. El corresponent IEEE Std. 2030 van establir tres perspectives arquitectòniques integrades:

• Sistemes d'energia,
• Tècnica de comunicacions i
• Tecnologia de la informació.

Les directrius també defineixen els criteris de disseny i les sol·licituds de models de referència amb els fluxos de comunicació i de dades. Els esforços fins ara estimulen la força de treball i establir una forta connexió entre totes les parts que juguen diferents papers en la xarxa intel·ligent.

L'abast de la informació compartida pot ser molt gran i cobreix una àmplia gamma de pràctiques i serveis del sistema de potència. Les futures aplicacions de xarxes intel·ligents requereixen unitats de mesura de fasors (representació gràfica d'un número complex), dispositius electrònics intel·ligents, controladors lògics programables i comptadors intel·ligents per mantenir el funcionament del sistema. És imperatiu per proporcionar informació accessible entre aquests dispositius i plataformes amb un patró comú de comunicació. La manca d'interoperabilitat entre dispositius intel·ligents dificulta una implementació d'una xarxa intel·ligent oberta i completament funcional en tots els dominis.
Les solucions principals d'interoperabilitat existents per xarxes intel·ligents són Common Information Model (CIM) (IEC 61.970, IEC 61.968 i IEC 62.325) i IEC 61850. Aquests protocols permeten definicions estandarditzades de contingut del missatge amb un model d'alta fidelitat de la xarxa elèctrica física de manera que les sèries:

IEC 61.970 defineixen les classes i els atributs necessaris del CIM per a l'intercanvi de models de xarxes entre les organitzacions del gestor de transport.
IEC 61.968 defineix la sèrie de components d'aplicacions d'utilitats per a gestionar xarxes de distribució.
IEC 62.325 va ser desenvolupada per integrar i establir un marc comú entre els participants en el mercat, agregadors i operadors del sistema.
IEC 61850 és també un nou estàndard internacional que permet la integració de totes les funcions de la subestació, com la protecció, control, mesurament i seguiment. No obstant això, l'IEC 61850 s'expandeix dins l'àrea d'influència en moltes parts del sistema de potència a causa de la seva àmplia acceptació en la indústria. Sistemes de comunicació per a les centrals hidroelèctriques i els recursos energètics distribuïts (DER) s'han aplicat recentment com les extensions de les normes IEC 61850.

La sèrie de normes IEC 61850, proporciona models de dades a nivell de dispositius fonamentals. D'altra banda, la sèrie de normes CIM proporcionen els models d'informació del sistema i missatges de nivell d'intercanvi d'informació. L'adveniment dels esforços d'interoperabilitat de xarxes intel·ligents va portar la iniciativa de Camp Obert Bus de missatges (OpenFMB) per arribar a un marc comú amb protocol d'Internet i Internet de les Coses (IoT). La motivació principal és establir una arquitectura escalable peer-to-peer amb comunicacions, incloent el suport centrat en les dades, per a un sistema harmonitzat, i les dades del dispositiu.

Els requisits d'interoperabilitat de xarxes intel·ligents són clars. Totes les parts interessades han d'utilitzar comunament formats acordats d'intercanvi de dades compatibles per a un marc plenament integrat. El marc del sistema d'alimentació ha d'operar en conjunt i no només a través dels dominis tècnics de la xarxa intel·ligent, però a través de les comunitats interessades en empreses que no formen part de la indústria de serveis públics existents. Els reptes futurs inclouen l'expansió dels casos d'ús de la base de la CIM i la biblioteca IEC per a proporcionar una definició contínua dels models d'informació i els requisits d'intercanvi d'informació. Un altre dilema és seleccionar la més eficient i no està clar encara quines normes augmentaria lleugerament per davant.

Font: IEEE SmartGrid

Obrint la porta a la gestió autònoma de la xarxa

Les xarxes intel·ligents, contenen molts components ajustables, tenen un paper important en la transició cap a fonts d'energia renovables. El nou programari de Siemens pot operar aquestes xarxes de forma autònoma amb la màxima eficiència.

La transició a l'energia renovable és mantenir els operadors de xarxes en estat d'alerta ja que, de vegades, la xarxa no té capacitat suficient per acceptar l'energia dels parcs eòlics i/o parcs solars.
L'Active Network Management (ANM) és un paquet de programari que Siemens ha desenvolupat per a l'operació totalment automàtica de les xarxes elèctriques, ja que aquests són una solució pel coll d'ampolla en la gestió de la xarxa tradicional, així com per a altres reptes que planteja la transició de fonts d'energia renovables. Per exemple, un distribuïdor ha reconegut que l'ANM ajuda a posar les fonts renovables d'energia quatre vegades més ràpid que en el passat i en només el 40% del cost anterior.

En el futur, les xarxes transmetran més electricitat respecte avui dia, a més, l'electricitat ja no fluirà des de les plantes de generació d'energia a través de xarxes d'alta, mitja i baixa tensió fins al consumidor, ja que s'introduiran diferents punts de generació. D'altra banda, la generació d'energia i la demanda no estan en equilibri, la qual cosa vol dir que si a nivell de baixa hi ha excedent d'energia, aquest puja al següent nivell de tensió superior. Com a resultat, els distribuïdors, tenen dificultats per mantenir-se dins dels rangs de voltatge especificats en les xarxes de mitja i baixa tensió.

Si un nou parc eòlic s'ha de connectat a la xarxa, això pot portar a que sigui necessari reformar la xarxa elèctrica, que és un procés llarg i costós. Llevat que, per descomptat, el funcionament de la xarxa s'optimitzi de manera que les capacitats existents siguin utilitzades de manera més eficient. La bona notícia és que els elements que poden ser més ajustables en una xarxa, tenen més fàcil optimitzar l'operació.

En el futur, les xarxes distribuiran més electricitat que avui
L'augment de la reixa cap a la Capacitat
Aquí és on el programari ANM entra en joc. Es registra l'estat actual de la xarxa, identifica les àrees problemàtiques, troba la solució òptima, i ajusta la xarxa corresponent. ANM utilitza càlculs de flux de càrrega com a base. El programari està connectat a una base de dades que conté informació sobre l'estructura de xarxa i la topologia així com dades sobre tots els components tècnics; per exemple, informació sobre la longitud i la resistència elèctrica de les línies d'energia i els paràmetres dels transformadors i els sistemes d'emmagatzematge.
L'ús d'aquestes dades i les lleis de Kirchhoff, descriuen la relació entre els corrents i voltatges en una xarxa elèctrica. Llavors, ANM calcula com els fluxos de càrrega es distribueixen a través de la xarxa per a una entrada d'energia especificada segons el nivell de la demanda.

Si un rang de voltatge es viola en algun punt de la xarxa o un transformador estigui sobrecarregat, en qüestió de segons, l'ANM determina quina és la millor solució en base als equips existents i automàticament emet ordres a través de la seva funció de control de sistemes d'energia. Podria, per exemple, canviar la sortida d'un generador d'electricitat a la xarxa, ajustar les tomes de commutació d'un transformador entre els nivells de la xarxa, o gestionar un sistema d'emmagatzematge basat en bateria química

Les xarxes que seran aptes pel futur
Les futures xarxes intel·ligents, seran capaces d'operar en, precisament, una manera tan autònoma tal que, serà possible gestionar centenars o fins i tot milers de petits productors d'energia, així com regular els dispositius d'emmagatzematge de la bateria i els consumidors d'energia.

Anteriorment, les àrees separades de la xarxa podrien estar unides entre si de manera que les grans quantitats d'energia que puguin produir-se en una part d'una xarxa podrien compensar-se amb alta demanda en una altra part. Si els paràmetres de la xarxa, a més de la tensió (per exemple, potència reactiva) també s'han d'optimitzar, podrien incloure altres elements com ara equips de compensació d'energia reactiva-i inversors controlables en els parcs solars. A causa de que les xarxes tenen tants elements ajustables que s'influencien mútuament, ja no és possible trobar i posar en pràctica una manera de funcionament òptim de forma manual. per tant, l'ANM, per contra, permet que la xarxa operi de forma totalment autònoma i en un estat òptim en tot moment.

Font: Siemens

Com poden estalviar electricitat les elèctriques a l'era de les xarxes intel·ligents?

Les paraules de moda, són: xarxes intel·ligents, eficiència energètica... i més. Però pels distribuïdors elèctrics, l'aplicació de tecnologies de xarxes intel·ligents, converteix aquestes paraules de moda en solucions pràctiques per als problemes comuns?

Les elèctriques, avui dia, s'enfronten al repte permanent de satisfer estrictes mandats governamentals per a l'eficiència energètica, incloent-hi la necessitat de gestionar les noves tecnologies per a la generació d'energia alternativa. No hi ha pressió, però les millores s'han de dur a terme mantenint els nivells de voltatge acceptables, i lliurar un servei fiable als seus clients.

Els gestors de xarxes de distribució poden aprofitar les estratègies d'energia que incorporen eines de xarxes intel·ligents, per a fer front als problemes que enfronten en la presa de les seves xarxes més eficients.

Estratègies d'energia activa i passiva per superar els problemes d'eficiència
Reduir l'ús d'energia a través de comptadors actius pot incloure la reconfiguració dinàmica de la xarxa i l'optimització de la tensió. De forma passiva, l'eficiència energètica es pot assolir, reduint el consum d'energia a través de mesures que redueixin les pèrdues tèrmiques, utilitzant equips de baix consum.

4 passos per a l'eficiència d'una xarxa de distribució
Arran d'aquestes millors pràctiques, crear un pla de migració ajudarà a desenvolupar una xarxa més eficient si:

• Dins dels propers tres mesos, s'identifiquen les àrees on poder estalviar.
• En el proper any, s'instal·len sensors i aplicacions que puguin avaluar amb precisió les pèrdues d'eficiència.
• Dins dels propers dos anys, es posa en pràctica un projecte pilot per demostrar la viabilitat, quantificar els guanys, i estimar els costos d'implementació.
• Dins dels propers 10 anys, es planifica i s'executa un llançament progressiu.

Font:Schneider

Infraestructures de telecomunicacions en entorns rurals

Si s'agafa la definició de xarxes intel·ligents (X.I.) com la integració dinàmica del desenvolupament d'enginyeria elèctrica i els avenços de les TIC dins del negoci d'energia elèctrica amb la finalitat obtenir una integració de les diferents parts implicades per obtenir una gestió eficient, concretament si s'aplica en els entorns urbans clarament, tenen unes característiques que les diferencien respecte de les xarxes rurals:

• Xarxes que disposen de bucles elèctrics
• Molta més potencia instal·lada
• Molts més elements a connectar: de maniobra i sensorització
• Distàncies més curtes entre els consums
• Poca dispersió i poca penetració de la generació distribuïda (GD)
• Més robustesa a l'entorn enfront inclemències

Clarament es pot observar que una X.I. rural és diferent. No obstant això, aquest fet esdevé com a clau per dissenyar aquestes X.I. que han de permetre als distribuïdors facilitar la integració de GD i emmagatzemament elèctric a una escala en què la seva gestió és molt més senzilla, com a conseqüència de:

• La menor energia elèctrica que cal distribuir
• Menor nombre de perifèrics a controlar però NO menys importants

Per altra banda i amb la finalitat de veure com han evolucionat les distribuïdores elèctriques i, concretament, centrant-se en l'acrònim DSO, es poden identificar que s'ha arribat a la tercera generació, així:

• Distribution System Owner (com a empresa plenament vertical)
• Distribution System Operator (com a operador del sistema de distribució elèctric)
• Distribution System Optimazer (com a gestor eficient i intel·ligent energètic i col·laboratiu)

Aquí és on esdevenen clau les necessitats de les telecomunicacions per les X.I. en general i sense oblidar l'entorn rural.
Per altra banda, en el pla d'acció de Ginebra de la Cimera Mundial de la Societat de la Informació (CMSI), ja es va parlar dels objectius sobre el desenvolupament del mil·lenni per resoldre els problemes de connectivitat en les zones rurals disperses dels països en desenvolupament, amb l'objectiu de subministrar qualitat de vida en zones amb climes extrems.
Val a dir que les infraestructures de telecomunicacions sostenibles i rendibles en zones rural han de ser estudiades amb detall, fet que gràcies a l'obligació de fer el desplegament dels comptadors intel·ligents, ha donat peu a què les elèctriques tinguin la necessitat d'apostar per la construcció de infraestructures de telecomunicacions amb la finalitat de donar cobertura a la telegestió i convertir aquesta “certa obligació en una oportunitat d'innovació”.

A Espanya i concretament a Catalunya, hi ha diversos projectes en els que s'està treballant perquè les xarxes elèctriques esdevinguin intel·ligents. No obstant això, la realitat rural presenta certes analogies identificades en el pla d'acció de Ginebra, on cal destacar la realitat de tecnologia radio:

• Els sistemes de xarxes mòbils estan definits per les zones urbanes i, a vegades, per les zones rurals concentrades

Per tant, cal fer front a problemes com ara:

• La baixa densitat de població i dispersa
• Poca motivació , un ARPU (Average Revenue Per User) baix
• Accés al terreny dificultós
• Més vulnerabilitat:
• Incidències en els subministrament elèctric
• Inclemències meteorològiques
• Costosos operatius elevats

Aquí hi ha un factor comú que cal analitzar: Les elèctriques necessiten telecomunicacions per la gestió i optimització de les seves xarxes però, al mateix torn, les operadores de telecomunicacions necessiten xarxes d'energia per poder ser fiables.
Aquesta va ser una de les motivacions que va portar Estabanell Enegia a liderar el projecte Europeu del FP7 anomenat Smart Rural Grid, establint una forta col·laboració entre universitats catalanes, empreses de tecnologia i operador neutre de telecomunicacions, per acostar la tecnologia de telecomunicacions a les zones rurals, que estan patint un greuge respecte a les zones urbanes.
Cal treballar per evitar que d'aquí a deu anys es continuï parlant de què les zones urbanes gaudeixen d'increment de velocitat per accés d'alta capacitat, però que la cobertura rural no hagi augmentat.
És per això que el Col·legi d'Enginyers Tècnics i Pèrits de Telecomunicació de Catalunya (COETT) ha convidat Estabanell a participar en una taula de debat sobre infraestructures de telecomunicacions.

També ha estat reconeguda amb un accèssit a la innovació empresarial per aquest lideratge en la tecnologia per entorns rurals.

Font: Ramon Gallart, responsable de xarxes intel·ligents d'Estabanell Energia

El valor real de les xarxes intel·ligents i les microxarxes

Les xarxes elèctriques intel·ligents han arribat. El desenvolupament actual està obligant a la xarxa elèctrica tradicional a ser més intel·ligent, d'una manera continuada, per tal de poder integrar la generació d'energia renovable dispersa que no és gestionable. Goldman Sachs va anunciar al 2014 que es produirà una reducció mitjana del cost dels panells fotovoltaics d'un 3% anual en els propers anys. Una disminució de cost del mateix ordre s'ha planificat per a les bateries. Amb aquestes reduccions, el Rocky Mountain Institute preveu que s'arribarà a la paritat de xarxa, que és la igualtat de costos d'autoproducció amb la tarifa elèctrica, molt probablement abans de 2030 i, potencialment, ja al 2020 per desenes de milions de clients comercials i residencials als EUA. En illes com Hawaii, la paritat de xarxa per a sistemes fotovoltaics amb bateria ja és una realitat a causa dels alts costos de generació per a sistemes insulars.

Per tots aquests avantatges mediambientals i econòmics de les energies renovables, els usuaris elèctrics actuals es convertiran en prosumidors, una fusió de productors i consumidors d'energia elèctrica. La integració de prosumidors en el sistema elèctric presenta diversos reptes, tant tècnics com econòmics. Quin és el valor real que aporten les xarxes intel·ligents per als consumidors / prosumidors?

En primer lloc, generació de valor econòmic per a la pròpia xarxa. La xarxa elèctrica intel·ligent ofereix una manera d'involucrar clients de manera que s'utilitza la seva flexibilitat com un instrument per equilibrar el consum elèctric sense necessitat de noves infraestructures. En segon lloc, els incentius. Hi ha molts programes d'incentius de diferents característiques (energies renovables, gestió de demanda, etc.) que suposen un valor econòmic per als consumidors. En tercer lloc, el valor tecnològic. L'emmagatzematge d'energia és la clau principal per l'electricitat per assegurar continuïtat de subministrament d'un sistema de generació amb recursos no gestionables. La introducció de vehicles elèctrics amb càrrega reversible (V2G) incrementa encara més la capacitat d'emmagatzematge d'energia disponible a la xarxa. La qüestió de la gestió de l'emmagatzematge, a càrrec de la companyia elèctrica o dels usuaris mateixos, és clau per a l'explotació d'aquests sistemes, la qual cosa ens porta de nou als incentius i també a l'aspecte comunitari. En quart lloc, la comunitat rural. Amb les tecnologies d'energies renovables i xarxes intel·ligents, les comunitats rurals, riques en recursos, guanyaran poder substancial en el mercat. I, finalment, el valor social. A Alemanya, la limitació legal de les exportacions de generació renovable ha iniciat una nova cooperació i compromís social per tal d'aprofitar al màxim el recurs.

Des del centre d'innovació tecnològica CITCEA-UPC -que col·labora molt estretament amb la revista Automàtica i Instrumentación- s'està treballant des de fa molts anys tant en la tecnologia de convertidors, imprescindible per aquestes solucions, com en les arquitectures de xarxes innovadores i models de negocis en aquests nous ecosistemes. En projectes de transferència de tecnologia s'han realitzat estudis sobre el vehicle elèctric, el seu impacte a la xarxa elèctrica i la construcció i integració del V2G a les xarxes elèctriques. Els projectes Smart Rural Grid i EMPOWER - als quals s'ha dedicat un dels articles del dossier central de la revista de gener i que s'han inicialitzat recentment en aquest centre- permetran posar en valor tot aquest potencial anteriorment esmentat.

europeus


Font: Automática e Instrumentación

Xarxes intel·ligents

Un informe recent de Navigant Research, analitza el mercat mundial de xarxes intel·ligents i tecnologia de les comunicacions, incloent les previsions del mercat, els preus mitjans de venda i els ingressos fins a l'any 2023.

Les xarxes de comunicacions s'estan expandint ràpidament i de  noves maneres: com a operadors de xarxes per desplegar tecnologia de xarxa intel·ligent, amb la finalitat de crear un sistema d'energia més verda, més eficient i més fiable. Amb una demanda creixent, el mercat de la tecnologia de xarxes intel·ligents està essent impulsada per un creixent nombre de competidors amb una àmplia gamma de solucions i equips. Els ingressos a tot el món per a un creixement intel·ligent de maquinari de xarxa de comunicacions, s'espera que arribin a $ 3.200 milions anuals per al 2020, abans de estabilitzar-se en els anys següents, segons un informe recent de Navigant Research,

La xarxa intel·ligent segueix madurant, i les tecnologies de comunicació també estan evolucionant. Els proveïdors i les empreses de distribució avui se centren en la tecnologia, la qual preveu habilitar un sistema realment integrat que vincula la tecnologia existent amb la nova tecnologia procedent d'una varietat de proveïdors.

Alhora, segons l'informe, la necessitat de seguretat en aquestes xarxes no ha estat més gran, ja que l'augment de la connectivitat de la infraestructura crítica de la xarxa, crea vulnerabilitats potencials en un moment en què el hacking és una amenaça cada vegada més gran a tot el món. Un impuls a la interoperabilitat i la normalització, en particular al voltant de Protocol d'Internet (TCP-IP), és probable que ajudi als venedors a oferir solucions robustes i d'alta seguretat.

L'informe, "Smart Grid, Xarxes i Comunicacions", analitza el mercat mundial de xarxes intel·ligents i la tecnologia de les comunicacions. L'estudi ofereix una anàlisi detallada dels drivers del mercat, els reptes, les consideracions tècniques i els proveïdors clau d'infraestructura i proveïdors de serveis relacionats amb la infraestructura i els serveis de comunicacions per a aplicacions de xarxes intel·ligents.

L'informe examina la disponibilitat de l'espectre i requisits de seguretat cibernètica, així com els factors regionals que afecten les participacions relatives entre les principals tecnologies de la comunicació. Un resum executiu de l'informe està disponible per a baixar gratuïta al lloc web de Navigant Research.



Font: Transmission & Distributions world

Tecnologia de bateries i avenços per les xarxes intel·ligents

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia són cada vegada més un element clau per a les xarxes intel·ligents. Arriba un moment en què les bateries, en particular, ja estan dominant els dispositius portàtils i els sectors de transport. Val la pena esmentar-los com a dos sectors influenciats per la seva major electrificació, i per l'augment de la flexibilitat que ofereixen als consumidors. Aquesta major flexibilitat és una característica clau per aplicacions de xarxes intel·ligents, on els sistemes d'emmagatzematge poden participar com a sistemes d'energia distribuïda en microxarxes, augmentar la resiliència de l'energia per als consumidors i també canviar el seu paper de consumidors passius a socis actius.

L'emmagatzematge d'energia es considera en gran part, un component clau de les xarxes intel·ligents per la seva capacitat única de adaptar-se a les tecnologies d'energies renovables i de les variacions de càrrega. Si es mira la penetració d'emmagatzematge d'energia (principalment les bateries electroquímiques) en diferents sectors, cada vegada hi una presència més forta. I això no és una predicció futurista, però l'evidència de com les bateries han tingut el potencial d'irrompre en els sectors de comunicació i el transport des del final del segle XIX a través del telègraf i el vehicle elèctric.

Les bateries han transformat la societat cap a una major connectivitat i autonomia personal amb l'ús de dispositius portàtils com telèfons mòbils, tablets, etc. Això ha creat una revolució completa mitjançant el suport no només de les comunicacions a través de trucades telefòniques, sinó també per la connexió ininterrompuda a través dels mitjans de comunicació social. El paper dels consumidors a través d'aquest ha passat de la passivitat a la participació activa. És d'aquesta manera que les xarxes intel·ligents s'alineen amb aquest canvi en el paper del consumidor. La capacitat de les xarxes intel·ligents per comunicar i integrar els consumidors en les operacions diàries com a socis i prenedors de decisions per al seu propi ús de l'energia, és un factor clau per al seu èxit.

L'emmagatzematge d'energia té un interès particular per aplicacions de xarxes intel·ligents. La seva flexibilitat en el suport a les energies renovables, evitant restricció mitjançant l'emmagatzematge d'energia i utilitzar-la més tard per al pic d'afaitar, entre altres capacitats, donar als consumidors la combinació d'una major capacitat de recuperació d'energia, l'eficiència i el benefici econòmic. També es pot utilitzar en conjunt amb altres dispositius d'emmagatzematge d'energia disponibles a la llar, com ara vehicles elèctrics.

Actualment, les noves tecnologies d'emmagatzematge d'energia d'aire comprimit (CAES) dominen el sector, en termes de potència instal·lada. Se centra principalment en la gestió de l'energia de les plantes hidroreversibles. La resta de les tecnologies d'emmagatzematge d'energia, com són principalment les bateries per a les aplicacions kW-MW, estan dominades per la tecnologia basada en sodi-sofre (NAS), plom-àcid avançada (Pb-àcid), de níquel-cadmi (NiCd), tecnologies de ions de liti (Li- ió), i bateries de flux.

Encara que les tecnologies líders i amb base de níquel tenen quota de mercat a causa de la sòlida maduresa de la tecnologia i els costos baixos, és realment, la base de liti amb base de sodi, i les tecnologies de bateries de flux que s'espera que dominin el mercat en el futur. Les bateries de metall líquid, que presenten elèctrodes fosos, tenen el potencial de ser una tecnologia punta a causa del baix cost dels materials i de fàcil muntatge. No obstant això, encara ha de superar un cert temps per arrencar, a causa de la necessitat d'operar a alta temperatura i la seva baixa tensió per cèl·lula.

Les bateries de sodi-sofre (NAS) han tingut una àmplia acceptació per aplicacions de xarxes en diferents escenaris: Suport a les energies renovables, T & D per fer ajornaments d'inversions, etc. per la seva densitat d'energia excel·lent, la capacitat per suportar cicles diaris i alta eficiència de càrrega i descàrrega. No obstant això, el seu funcionament a altes temperatures (per sobre de 300 ° C) i les reaccions corrosives representen una preocupació ambiental en cas de fuita o incendi. S'han realitzat millores en el disseny a prova de fallades dels paquets de bateries per compartimentar encara més i protegir en cas de fuga.

S'espera que les tecnologies basades en liti dominen encara més el mercat d'aplicacions de xarxa com la fabricació a grans quantitats que així redueixi els costos com a objectiu de 100 $ / kWh. En els propers 20 anys, amb els efectes previstos en els EUA l'acord Tesla Giga de la fàbrica a Nevada. Hi ha altres tecnologies amb reptes basats en liti, de manera que han d'afrontar la seguretat i l'impacte ambiental. Les tecnologies de bateries de liti han evolucionat a tecnologies més segures, com LiFePO4. No obstant això, encara hi ha reptes per no comprometre la densitat d'energia i la conductivitat d'ions. Les bateries de liti són especialment sensibles a temperatures superiors a 60°C, que han de ser considerats amb cura en funció de la ubicació i gestió tèrmica.

Les activitats ambientals més importants són la creació d'un programa de reciclatge més complet per a les bateries que han arribat al final de la seva vida. En aquest aspecte en particular, les xarxes intel·ligents poden ser part del procés de reciclatge de bateries de vehicles elèctrics (VE). La reutilització de bateries de VE per a aplicacions de xarxa es coneix com a segona vida, i s'aprofita de la capacitat restant a la bateria. Fins i tot si es considera inadequada per als vehicles elèctrics, que encara pot ser d'utilitat per a aplicacions estacionàries.

Les bateries de flux, que s'aprofiten d'emmagatzemar els reactius per separat en dipòsits, presenten la qualitat única de proporcionar una dissociació entre el poder i l'energia, que és particularment interessant per a aplicacions de xarxa. Hi ha hagut un ampli desenvolupament en les tecnologies de bateries de flux i disponibilitat comercial. Les tecnologies tradicionals, basades en vanadi, ZnBr, polisulfur brom (BPS), etc., han vist un major desplegament comercial. No obstant això, la principal preocupació ambiental és l'eliminació de l'electròlit líquid, que és perillós per la seva naturalesa corrosiva. Els nous desenvolupaments com ZnFe presents, han reduït els costos i els electròlits alcalins no són perillosos.

Tots aquests nous avenços en el disseny de materials han d'anar acompanyats per una major integració a nivell de sistema amb la resta d'elements de la xarxa intel·ligent, mantenint les necessitats dels consumidors. Això requereix enfocaments integrals que incorporen el disseny d'emmagatzematge d'energia amb la resta del sistema, que és escalable i que genera una trajectòria d'ingressos clara, mentre es mantenen a la ment les preocupacions mediambientals i de seguretat.

Les 5 tendències del 2014 sobre xarxes intel·ligents

A primera vista, el 2014 no va ser un gran any en el món de les xarxes intel·ligents, amb desacceleracions en el desplegament de comptadors intel·ligents, automatització de la distribució i altres noves tecnologies clau de la xarxa, un rècord mediocre d'inversió en el capital risc en comparació amb l'any passat, i les incerteses creixents sobre la viabilitat financera de les distribuïdores tradicionals.

Però aquests reptes també van ajudar a definir les oportunitats per a les empreses, els distribuïdors i els reguladors que treballen en la construcció de la següent generació de la xarxa intel·ligent anomenada Xarxa intel·ligent 2.0.

Des del boom la construcció, abans de les inversió en xarxes d'AMI i la intel·ligència de la xarxa amb la finalitat de salvar les diferències entre les empreses i els seus clients i establir així les bases per a una coordinació entre les operacions d'energia i les distribuïdores, al 2014 es van produir alguns esdeveniments clau que indiquen cap a on ha d'anar la indústria, si es vol créixer.

1. Habilitació dels comptadors intel·ligents per l'anàlisi de back-office. Alguns dels 50 milions de comptadors intel·ligents que s'han desplegat en els Estats Units fins al moment, i desenes de milions més que s'estan instal·lant a Europa, Japó, Xina i altres grans mercats internacionals, no està clar que s'estigui obtenint el màxim profit. L'any passat es va centrar en un enfocament en la capacitat dels primers sistemes de les xarxes intel·ligents per a ser distribuït per a usos més enllà de com pot ser el funcionament essencial. De fet, alguns dels avenços ja estan en funcionament, a partir de les capacitats d'agregació de dades bàsiques i de gestió de la xarxa per assegurar que els mesuradors estan funcionant com s'esperava. No obstant, també s'estan expandint per utilitzar comptadors intel·ligents com sensors d'optimització de tensió o monitors de l'estat dels transformadors. També hi ha noves empreses com C3, AutoGrid, DataRaker (comprada per Oracle l'any passat), Verdeeco (comprat per Sensus a l'abril), les quals s'estan alineant amb els clients com a distribuïdors per oferir serveis de mesurament que permetin detectar pèrdues no tècniques, la desagregació d'energia i una gran gestió de moltes dades que tot just s'han començat a provar.

2. Els consumidors de les companyies i el compromís per una casa intel·ligent. Però les aplicacions de cara al client són la manera més popular per als distribuïdors per posar els comptadors intel·ligents i les seves dades, que poden ser utilitzades, avui en dia, d'acord amb GTM Research. El comptador intel·ligent és un enllaç d'utilitat fonamental per a les llars i les comanyies com són: Silver Spring Networks, Itron, Siemens eMeter i de Toshiba Landis + Gyr les quals, estan permetent treballar per una previsió avançada dels consums, compromisos dels consumidors, i la resposta de la demanda, així com vincles a un creixement intel·ligent, inversors solars, carregadors per a vehicles elèctrics i altres actius energètics distribuïts. Mentrestant, sorgeixen noves empreses com Zarcillo, Opower, Ceiva o Alarm.com, les quals estan aprofitant la seva domòtica conjuntament amb l'experiència de connectivitat per oferir una visió més clara de l'energia i control pels clients i pels distribuïdors. Tot això ha de permetre una major interactivitat amb els clients i els seus sistemes d'energia, ja que es convertiran en una part cada vegada més important per l'equació de la xarxa.

3. L'energia renovable i l'emmagatzematge d'energia. Entre els majors avenços d'emmagatzematge d'energia del 2014, hi ha el binomi entre l'energia solar fotovoltaica i les bateries com una solució vinculada a la xarxa potencialment rendible. GTM Research, projecta que l'energia solar del mercat dels EUA més l'emmagatzematge va créixer uns 40 M€ al 2014 i es preveu que creixi més de mil milions d'€ per al 2018.

4. Les microxarxes i centrals elèctriques virtuals. El terme micro pot significar moltes coses diferents: Des d'una petita reserva energètica, fins a un sistema de generació in situ a les instal·lacions crítiques com hospitals i bases militars, o també un complex amb interconnexió de potència solar localitzada, bateries, producció combinada de calor i electricitat (CHP) i sistemes de gestió d'energia d'edificis integrats. De fet, les microxarxes més avançades es convertiran en una part important del paisatge urbà que gestionaran les xarxes intel·ligents. També hi ha un altre tipus de microxarxa, la qual, sempre ha d'estar connectada a la xarxa (coneguda com a VPP). Una nova forma de plataforma de programari pels distribuïdors. Es basa en el sistema de gestió dels recursos d'energia distribuïda, els quals ja s'estan creant per administrar aquesta estreta relació entre les operacions de la xarxa de distribució i els dispositius de control de l'energia en el límits de la xarxa. L'any passat es vàren veure alguns avenços importants que van ser assolits en projectes d'aquesta naturalesa, com poden ser: Les microxarxes d'escala comunitària de Toronto Hydro i Duke Energy, els desplegaments dermos de SDG & E i la companyia de Nova York, Consolidated Edison.

5. La xarxa de distribució virtualitzada. Planejar amb anticipació i en temps real esdevindran capacitats tècniques importants per al proper repte dels distribuidors i els reguladors de la xarxa. Això vol dir que caldrà adaptar les normes ja que caldrà canviar la forma de com es construeixen i es paguen actualment els actius de la xarxa, i també l'energia que circula. De fet, serà necessari compartir els beneficis d'aquestes inversions per tal d'incloure els actius d'energia distribuïda que són de propietat del client (Prosumer). A Califòrnia, aquest procés ha pres la forma de plans d'inversió innovadors a llarg termini, els quals permeten als distribuïdors com Southern California Edison, signar acords de compra d'energia amb els proveïdors d'energia distribuïda i sistemes d'emmagatzematge d'energia agregats.

Font: The energy Collective