¿Cómo tener un mundo más sostenible desde la electrónica de potencia?

La demanda mundial de electricidad ha crecido casi un tercio durante la última década, aumentando la tasa de consumo de electricidad más rápido que la población mundial.

Se calcula que para el 2050 el incremento será de otro 57%. Esta aceleración se debe, en parte, a la digitalización y electrificación de una amplia gama de industrias. Los centros de datos, la industria y el transporte, son los grandes consumidores actuales de electricidad con un aumento significativo en el futuro próximo.

Centros de datos

En la actualidad, en los centros de datos se consume de media lo mismo que en 100 edificios de oficinas o una pequeña ciudad. Considerando que hay 8 millones de data centers en todo el mundo, el consumo de electricidad es muy alto. Se estima que es necesario el 1% de la electricidad del mundo (416 TWh) para procesar los 2.5 quintillones de bytes de datos creados cada día por los negocios e individuos.

Además, desafortunadamente más del 20% de la potencia se desperdicia en calor y el 40% del coste de operación viene de la energía para alimentar y enfriar los racks.

La buena noticia es que las empresas más importantes del sector han tomado conciencia del reto que supone este consumo para la sostenibilidad. Empresas como Apple, Google y Facebook ya funcionan 100% con energías renovables y otras como Amazon o Microsoft también se han comprometido con esta meta.

Industria

En la industria se consume más del 30% de la energía producida en el planeta. En este caso la demanda solo crecerá a medida que las operaciones de fábricas y almacenes se electrifiquen cada vez más para apoyar sistemas inteligentes basados en datos y automatización.

El mayor desafío de la industria será la eficiencia energética en general, independientemente de la fuente. Los cientos de millones de motores y drivers de motores en cintas transportadoras y brazos robóticos en instalaciones alrededor del mundo son poco eficientes energéticamente.

Vehículo eléctrico

Los vehículos eléctricos se han convertido en el camino hacia un futuro de movilidad y transporte sostenible. Con una previsión de crecimiento que hará que en el 2040 haya aproximadamente 700 millones de vehículos eléctricos en la carretera, en comparación con los 20 millones que hay en la actualidad (fuente: BloombergNEF https://bnef.turtl.co/story/evo-2022/).

Esto hará que la demanda de electricidad para la movilidad de vehículos privados aumente drásticamente de los 74TWh en el 2019 a los 2.333TWh en 2040. Habrá que tener en cuenta que esta demanda será mayor si consideramos los vehículos comerciales, autobuses, taxis y coches compartido, pasando así el consumo previsto de 130 TWh en 2020 a 4.761 TWh en 2040 y a los 8.855 TWh en el año 2050.

Crecimiento y apuesta por las energías renovables

Esta mayor dependencia de la electricidad está teniendo un impacto significativo en nuestro planeta. A pesar de que la electricidad es una forma limpia y relativamente segura de energía cuando se utiliza, para su generación se utilizan habitualmente combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas). Incluso con el creciente uso de energías renovables, la generación de electricidad en general sigue siendo responsable del 43% de las emisiones globales de CO2.

La mayor parte del aumento reciente de la demanda de electricidad se produjo en 3 países principalmente (EE. UU., China e India), donde se utilizaron combustibles fósiles para satisfacer el 70% de esa nueva demanda.

Por otra parte, las energías renovables están creciendo, aunque no lo suficientemente rápido. Representaron las 2/3 partes de toda la nueva capacidad de generación de energía, capacidad añadida en 2018.

Ahora es el momento en el que la tecnología puede ayudar a solucionar este problema. Nuestro futuro, en un mundo más sostenible, está unido a cómo producimos y al consumo más eficientemente de la electricidad, ya que podemos reducir significativamente las emisiones de CO2.

Para ello en PREMIUM PSU fuimos pioneros en la utilización de la tecnología SiC de semiconductores, así como en la introducción de la tecnología GaN, en el estudio de nuevas topologías para aumentar la eficiencia de nuestros productos y mejorar la gestión de la electricidad mediante sistemas bidireccionales de almacenamiento de energía.

Los materiales semiconductores de SiC y GaN se han convertido en una opción viable para mejorar la conversión de energía y el ahorro de energía en los productos de alimentación de alto voltaje.

Además, desde Floox by Premium PSU estamos desarrollando cargadores para vehículos eléctricos que sean más eficientes.

Todas estas nuevas tecnologías están liderando el cambio de la industria, ayudando a resolver los desafíos respecto a la energía desperdiciada, así como las limitaciones de tamaño. Las soluciones basadas en estas novedades tecnológicas desempeñan un papel importante para abordar las eficiencias energéticas y desafíos de densidad de potencia.

• Por ejemplo, su aplicación en los centros de dato permitirá aumentar la eficiencia un 10% desde SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) hasta el punto de carga (Point of load). Esto podrá ahorrar 8TWh y reducir la emisión de 3,4 millones de CO2 anualmente.
• Su utilización en los drivers de motores industriales e inversores supondrá una reducción del 25% en el consumo de electricidad. Considerando que la industria consume más del 30% de la electricidad global, el impacto será todavía más significativo.
• En los vehículos eléctricos será posible reducir el tamaño de la batería en un 10% gracias a la utilización de estas tecnologías en los inversores y cargadore de vehículo. Esto hará posible que los vehículos sean más asequibles.

Pero sin duda el mayor reto al que nos enfrentamos es reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y pasar a un mundo de energías renovables 24/7. Basta con observar la gráfica de emisiones de toneladas de CO2 que se producen en el mundo desde año 1900 hasta el 2021, para ver que no estamos haciendo prácticamente nada al respecto:

Un dato que debería alarmar es que en el año 2021 se emitieron 36.400 millones de toneladas métricas de CO2.

¿Qué modelos energéticos hemos de adoptar para ganar sostenibilidad?

La innovación tecnológica nos deberá llevar a nuevos modelos energéticos que minimicen el impacto:

Generación y Distribución – Empresas de Servicios Públicos y Micro Redes.

Las redes eléctricas mundiales están experimentando un cambio operativo sin precedentes: tanto en el uso de fuentes de producción de energía más limpias (solar, eólica, hidráulica) como en el modelo de negocio. Las grandes empresas eléctricas ya no podrán ser los proveedores centralizados de electricidad y deberá pasarse a un sistema más descentralizado. Esto significa un modelo de suministro bidireccional que transporta energía a la red principal desde microrredes locales de energía renovable en barrios residenciales y comercios.

Almacenamiento – Baterías y Sistemas de Almacenamiento de Energía.

Uno de los principales problemas del uso de energías renovables es el desfase que existe entre la generación (solar, eólica, hidráulica) y la demanda de energía. La energía generada debe consumirse es ese momento ya que no es posible almacenarla. Así, para conseguir un futuro de energía renovable bajo demanda es indispensable disponer de sistemas locales de almacenamiento de energía (ESS Energy storage systems) eficientes, con mayor densidad de potencia a menor coste. Estos equipos bidireccionales deberán cargar las baterías cuando la generación de energía renovable sea superior a la demanda, y suministrar energía a la red eléctrica en el modelo de microrredes ya descrito. Gracias a las nuevas tecnologías de semiconductores y baterías se están haciendo realidad.

En esta función los puntos de carga y los vehículos eléctricos serán fundamentales. Estos cargadores, también bidireccionales, se utilizarán para almacenar energía y suministrar energía a la red en picos de demanda. Habitualmente el uso que se realiza de los vehículos domésticos es de 2h al día para traslados al centro de trabajo, dejando 22h disponibles las baterías del coche como sistema de almacenamiento local. Para ello será necesario que todos los vehículos eléctricos tengan disponible un punto de conexión a la red eléctrica.

Para facilitar esta conexión en la vía pública se está trabajando en prototipos de sistemas bidireccionales de conexión inalámbrica de vehículos..

 

En PREMIUM PSU nos sumamos a afrontar el enorme reto que supone la transición energética que estamos viviendo y contribuir a conseguir un mundo sostenible para el futuro.