El trabajo tuvo por objetivo diseñar, simular y evaluar una propuesta de turbina hidráulica, combinando los factores que influyen en la generación del modelo virtual en situaciones en donde el caudal es como mínimo 4 m 3 /s, así como, analizar la respuesta del sistema cuando es sometido a un análisis computacional de fluidos el cual permite evaluar la cantidad de energía eléctrica que llegaría a producir este diseño. Se presenta en la introducción las características físicas de las zonas en donde este modelo llegaría a instalarse valorando estos lugares en base a indicadores de pobreza y el desabastecimiento de energía eléctrica, además se explica fundamentos teóricos con respecto a la capacidad de consumo de energía en la actualidad y la tecnología biomimética. La metodología para el diseño está basada en el método biomimético, en el que se trata de emular un elemento natural, para la evaluación de la turbina se empleó el diseño experimental.

La masiva implementación de recursos energéticos distribuidos y renovables es la tendencia actual para incrementar la eficiencia, sostenibilidad y fiabilidad del suministro energético y la independencia de fuentes externas. La biomasa es un recurso renovable, distribuido y abundante en España, aunque en la actualidad su uso con fines energéticos es muy limitado y poco competitivo frente a otras fuentes de energía renovable. La implementación masiva de aplicaciones de biomasa para generación de calor, electricidad y/o cogeneración requiere optimizar técnica, económica y ambientalmente su proceso de aprovechamiento. El objetivo principal de la tesis es definir una metodología de optimización del aprovechamiento energético de la biomasa en un ámbito geográfico determinado y aplicarla a la Comunidad Valenciana. Para ello, en primer lugar, se ha revisado el estado del arte de la biomasa como recurso energético y de metodologías anteriores que resolvían aspectos parciales del estudio de viabilidad de aprovechamiento energético de la biomasa. En segundo lugar se ha desarrollado una metodología, estructurada en distintos módulos, que evalúa los recursos de biomasa, cuantifica y optimiza las distancias y costes de transporte, los potenciales consumidores y caracteriza las tecnologías de aprovechamiento. Todos los módulos confluyen en un módulo de optimización y evaluación de escenarios que permite comparar distintas alternativas energéticas desde un punto de vista económico y ambiental. La metodología se ha aplicado a la Comunidad Valenciana y se ha estudiado la viabilidad de distintas aplicaciones bioenergéticas para cada comarca de la misma. El potencial energético de la biomasa residual, principalmente, agrícola y forestal asciende a casi un millón de toneladas y equivale a 260.000 toneladas equivalentes de petróleo. En la mayoría de los casos el contenido en ceniza es bajo y permite tanto aplicaciones de generación de electricidad ó cogeneración, como producción de pellets para calderas. En función de la tecnología, la potencia eléctrica instalable sería entre 85 y 145 MW, lo que equivale al 1 - 1,5% de la potencia eléctrica total instalada en la Comunidad Valenciana, y es 15 veces más que la potencia con biomasa que había instalada en 2011 (8,9 MW según datos de AVEN, Agencia Valenciana de la Energía}. La viabilidad económica de las planta de biomasa fue aceptable en la mayoría de los casos, con periodos de retorno del capital inferiores a los 10 años, especialmente en plantas de cogeneración y plantas de producción de pellets. Dicha viabilidad económica es debida, en gran medida, a la estructura logística con transporte subcontratado y previa compactación (que se mostró como la mejor alternativa en cualquier caso}, y al hecho de que las plantas tenían un tamaño razonable con cantidades de biomasa gestionada en el rango 10.000 - 80.000 t/año. El balance de emisiones de C02 fue favorable en todos los casos siendo, de nuevo, la producción de pellets y la cogeneración las aplicaciones con mejor balance, ya que el ahorro de emisiones fue entre 3 y 5 veces mayor que el correspondiente a plantas de generación de electricidad. La estructura logística óptima a nivel económico fue también la que proporcionó menores emisiones asociadas al transporte. / Alfonso Solar, D. (2013). Metodología para la Optimización del Aprovechamiento Energético de los Recursos de Biomasa. Aplicación a la Comunidad Valenciana [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31636 / TESIS

La presente investigación analiza la problemática de las emisiones de gases de efecto invernadero vinculadas a la industria minera. La investigación revisa el estado del arte e identifica oportunidades, sus ventajas y desventajas, para la reducción y compensación de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) del sector minero, con el objetivo de ser declaradas carbono neutrales, antes se necesita calcular el nivel de GEI que una mina emite al medio ambiente, por esta razón, se desarrolla el proceso de cálculo de huella de carbono. / The present investigation analyzes the problematic of the emissions of greenhouse gases linked to the mining industry. The research reviews the state-of-the-art, advantages, disadvantages and identifies opportunities to reduce and compensate the levels of greenhouse gas (GHG) emissions from the mining activity, with the company’s main objective of being declared carbon neutral. In order to measure the level of a mine’s GHG emission to the environment, a process of calculation of carbon foot print was developed. / Tesis

Con la llegada del Tratado de Lisboa, la energía pasó formalmente a pertenecer a la familia de políticas donde la UE comparte competencias con sus estados miembros (artículo 4.2, TFEU). También el Tratado de Lisboa trajo por primera vez un artículo dedicado exclusivamente a la energía (artículo 194, TFEU), con lo que la política energética europea ya posee una base legal propia con miras a perseguir el triple objetivo estratégico de seguridad en el suministro, competitividad y proteger el medio ambiente, especialmente en tanto a la lucha contra el cambio climático. Sin duda, hoy en día la política energética se revela como un área significativa en el accionar de la UE, desde donde se regulan cuestiones de diversa índole como la competitividad de los mercados, el impacto medioambiental de la cadena energética o la seguridad en el aprovisionamiento de los estados miembros. La conexión entre la protección al medio ambiente y el desarrollo de energía renovable le ha permitido a esta última ser una de las áreas conexas a la política energética donde es más visible la regulación europea. La adopción del Paquete de Energía y Clima en 2009 corroboró esta tendencia al presentar un conjunto de instrumentos legales para responder a los retos climáticos y energéticos que enfrenta la UE, incluyendo la adopción de una directiva renovada en materia de renovables. Tras años de contar con una primera generación de medidas separadas en materia de renovables, la directiva 2001/77/CE sobre electricidad renovable y la directiva 2003/30/CE sobre la promoción de biocombustibles, la directiva 2009/28/CE agrupó los esfuerzos de la UE en este terreno. A partir del 1 de enero de 2012, las directivas que conformaron la primera generación de medidas en la materia quedaron derogadas. ¿Hasta qué punto ha conseguido la política de promoción de renovables de la UE sentar las bases de una política energética de la Unión? ¿De qué forma la primera generación de directivas en materia de renovables abrió el camino a la directiva renovada de 2009? ¿Cuáles son las perspectivas para esta política de la UE? El objetivo central de la presente tesis es contestar estas preguntas a través del estudio de la europeización de las políticas energéticas nacionales de España y el Reino Unido a partir de la política europea de promoción a las renovables. En este sentido, el interés por este tema reviste de importancia pues ejemplifica la forma en que la UE influyó las políticas energéticas nacionales tiempo antes de la entrada en vigor del Tratado de Lisboa y, por tanto, de la llegada de una competencia formal en la materia. / Since the Lisbon Treaty, energy has formally become part of the group of policies where the EU shares competences with its member states (article 4.2, TFEU). Moreover, the Lisbon Treaty brought for the first time an article exclusively devoted to energy (article 194, TFEU), and therefore the European energy policy now formally has a legal basis for attaining its threefold strategic objective: energy security, competitiveness and the protection of the environment, especially to face the challenges of climate change. Today energy policy appears as a significant area in the EU political activity, regulating a broad range of aspects such as the liberalization of energy markets, the environmental impact of the energy chain or the security in the energy supply of the member states. Against this background, the strong link between the environmental protection and the development of renewable energy has facilitated the latter to become one of the areas related to energy policy where European regulation is most visible. The Climate and Energy Package of 2009 corroborated this tendency by presenting a set of instruments to respond to the challenges the EU faces in this field, including the adoption of a strengthened directive for renewable energy promotion. After years of having a first generation of separated measures on the subject, the directive 2001/77/EC for renewable electricity and the directive 2003/30/EC for the promotion of biofuels, the directive 2009/28/EC gathered the EU efforts in the renewable energy field. Starting from January 1 of 2012, the first generation of measures in the subject has been derogated. Up to what point does the promotion of renewable energy in the EU contributed to lay the foundation of an energy policy for the Union? How has the first generation of measures aimed to promote renewable energy opened the door to the reinforced 2009 directive? Which are the perspectives of this policy in the EU? The main objective of this thesis is to answer these questions by studying the Europeanization of national energy polices in Spain and the United Kingdom through the promotion of renewable energy in the EU. This topic acquires relevance as it reveals the way in which the EU influenced national energy policies, time before the Lisbon Treaty come into effect and, hence, before the Union acquired a formal competence in energy.

La energía solar es un recurso dependiente del tiempo. Los requerimientos de energía también son dependientes del tiempo, pero muchas veces no coinciden con la disponibilidad del recurso solar. De aquí nace la necesidad de usar sistemas de almacenamiento de energía. Una aplicación de particular interés en los sistemas solares es la calefacción de viviendas. En estos sistemas la demanda está desfasada con la abundancia del recurso solar por lo que requieren de un sistema de a almacenamiento. El objetivo general de este trabajo es aportar a la investigación y desarrollo de los sistemas de almacenamiento de energía solar térmica aplicados a calefacción de recintos, dando particular énfasis a los sistemas de lecho de material encapsulado. El trabajo se enmarca en el proyecto GeVi (Generador Virtual), el cual pretende suplir, por medio de energías renovables no convencionales, gran parte de las necesidades energéticas del poblado de Huatacondo, ubicado en la Región de Tarapacá, Chile. Entre estas necesidades se considera brindar calefacción a una vivienda por medio de energía solar. Se hace un estudio detallado del estado del arte de la acumulación solar térmica para calefacción de recintos, para luego realizar un diseño y construcción de un acumulador para una vivienda del poblado de Huatacondo. Este acumulador almacena la energía en un lecho de agua encapsulada. Se estudia por medio de un modelo la transferencia de calor en el acumulador fabricado y finalmente se le realizan ensayos en un modulo experimental que valida el modelo teórico aplicado. Los ensayos realizados concluyen que el modelo aplicado predice de manera satisfactoria el comportamiento térmico del acumulador diseñado, sin embargo existen ciertas diferencias que se deben a supuestos inexactos tomados en el modelo y a dificultades en la toma de medidas. El acumulador estudiado presenta un alto grado de estratificación, bajas pérdidas térmicas, alta capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, se puede implementar con un colector solar de aire, tiene un costo económico relativamente bajo y es de fácil construcción e implementación. Estas características lo hacen favorable frente a otras alternativas de acumulación térmica para calefacción, tales como acumulación en tanque de agua, en materiales con cambio de fase y lecho de rocas. A futuro se sugiere que se realice un estudio del comportamiento del sistema completo de calefacción, considerando el acumulador, el colector solar y el recinto a calefaccionar como elementos interdependientes.

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Una instalación de generación minieólica aislada permite realizar un suministro energético de baja potencia a partir de la energía capturada del viento, mediante una turbina y un generador eléctrico. Sin embargo, la irregularidad del viento provoca discontinuidad en el servicio e inestabilidad en la energía producida. La integración conjunta de sistemas de generación eólica junto con sistemas de almacenamiento de energía, permite reducir el impacto que causa la variabilidad del viento sobre la continuidad del servicio. El sistema de almacenamiento cede energía cuando el sistema de generación no logra suministrar la demanda de la carga, mientras que cuando la energía generada excede la demanda, el sistema de almacenamiento almacena el excedente. La presente Tesis Doctoral trata acerca de este tipo de sistemas híbridos abordando diferentes aspectos técnicos, con el fin de mejorar las prestaciones de los mismos. Se pretende de esta manera contribuir, mediante el avance de la tecnología aplicada a los sistemas de generación a partir de fuentes renovables, a una mayor proliferación de estos sistemas de generación, lo que a su vez redundará en la reducción del impacto medioambiental que los sistemas de generación de energía a partir de fuentes fósiles producen. El sistema planteado consta de un sistema de almacenamiento dual, basado en la utilización de baterías y supercondensadores. Esta dualidad ofrece la posibilidad conocida de realizar una gestión independiente de las dinámicas rápidas y lentas en el sistema. Pero además permite plantear las diferentes hipótesis de partida de la investigación. Mediante el estudio de las diferentes técnicas de control de los convertidores, se espera contribuir a la mejora de las características eléctricas del sistema, mediante la reducción del rizado del bus de continua. Por otra parte, la capacidad de almacenamiento del sistema permitirá contribuir a la estabilidad del conjunto actuando como elemento regulador de carga, y a la seguridad del aerogenerador, actuando como freno eléctrico en ayuda del breaker del sistema en situaciones de viento turbulento o en fuertes rachas. El sistema propuesto en esta Tesis ha sido validado mediante simulaciones. El emulador de la turbina eólica se comporta de forma cercana a la realidad ya que el modelo de la turbina se ha obtenido a partir de un método experimental aplicado en turbinas reales. Los resultados obtenidos demuestran el buen funcionamiento del sistema desarrollado y contrastan las hipótesis de partida de la investigación. / A standalone small wind turbine installation allows a low power energy supply to be made from the energy captured from the wind, by means of a turbine and an electric generator. However, the irregularity of the wind causes discontinuity in the service and instability in the energy produced. The joint integration of wind generation systems together with energy storage systems reduces the impact of wind variability on the continuity of the service. The storage system yields energy when the generation system fails to supply the demand for the load, while when the generated energy exceeds the demand, the storage system stores the excess. This Doctoral Thesis deals with this type of hybrid systems addressing different technical aspects, in order to improve the performance of them. It is intended in this way to contribute, through the advancement of the technology applied to the generation systems from renewable sources, to a greater proliferation of these generation systems, which in turn will result in the reduction of the environmental impact that the systems of power generation from fossil sources produce. The proposed system consists of a dual storage system, based on the use of batteries and ultracapacitors. This duality offers the known possibility of performing an independent management of the fast and slow dynamics in the system. But it also allows to raise the different starting hypotheses of the investigation. Through the study of the different control techniques of the converters, it is expected to contribute to the improvement of the electrical characteristics of the system, by reducing the DC bus ripple. On the other hand, the storage capacity of the system will contribute to the stability of the assembly acting as a load regulating element, and to the safety of the wind turbine, acting as an electric brake in aid of the system breaker in turbulent wind situations or in strong gusts. The system proposed in this Thesis has been validated through simulations. The wind turbine emulator behaves in a way that is close to reality since the turbine model has been obtained from an experimental method applied to real turbines. The results obtained demonstrate satisfactory performance of the developed system and contrast the starting hypothesis of the investigation. / Una instal·lació de generació minieòlica aïllada permet realitzar un subministrament energètic de baixa potència a partir de l'energia capturada del vent, mitjançant una turbina i un generador elèctric. No obstant això, la irregularitat del vent provoca discontinuïtat en el servei i inestabilitat en l'energia produïda. La integració conjunta de sistemes de generació eòlica juntament amb sistemes d'emmagatzematge d'energia, permet reduir l'impacte que sobre la continuïtat del servei causa la variabilitat del vent. El sistema d'emmagatzematge cedeix energia quan el sistema de generació no aconsegueix subministrar la demanda de la càrrega, mentre que quan l'energia generada excedeix la demanda, el sistema d'emmagatzematge emmagatzema l'excedent. La present tesi doctoral tracta sobre aquest tipus de sistemes híbrids abordant diferents aspectes tècnics, per tal de millorar les prestacions dels mateixos. Es pretén d'aquesta manera contribuir, mitjançant l'avanç de la tecnologia aplicada als sistemes de generació a partir de fonts renovables, a una major proliferació d'aquests sistemes de generació, el que al seu torn redundarà en la reducció de l'impacte mediambiental que els sistemes de generació d'energia a partir de fonts fòssils produeixen. El sistema plantejat consta d'un sistema d'emmagatzematge dual, basat en la utilització de bateries i supercondesadores. Aquesta dualitat ofereix la possibilitat coneguda de realitzar una gestió independent de les dinàmiques ràpides i lentes en el sistema. Però a més permet plantejar les diferents hipòtesis de partida de la investigació. Mitjançant l'estudi de les diferents tècniques de control dels convertidors, s'espera contribuir a la millora de les característiques elèctriques del sistema, mitjançant la reducció de l'arrissat del bus de contínua. D'altra banda, la capacitat d'emmagatzematge del sistema permetrà contribuir a l'estabilitat del conjunt actuant com a element regulador de càrrega, i la seguretat de l'aerogenerador, actuant com a fre elèctric en ajuda del breaker del sistema en situacions de vent turbulent o en fortes ratxes. El sistema proposat en aquesta Tesi ha estat validat mitjançant simulacions. L'emulador de la turbina eòlica es comporta de forma propera a la realitat ja que el model de la turbina s'ha obtingut a partir d'un mètode experimental aplicat en turbines reals. Els resultats obtinguts demostren el bon funcionament del sistema desenvolupat i contrasten les hipòtesis de partida de la investigació. / Twizere Bakunda, JD. (2018). "Aportaciones a la mejora de los sistemas de control electrónico aplicados en la generación minieólica aislada mediante la utilización de técnicas de almacenamiento energético" [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107330 / TESIS

En esta tesis, se estudia una estrategia de control para un convertidor DC-AC trifásico de potencia con filtro LC de dos etapas a la salida, que alimenta una carga desconocida de tipo fuente de corriente. El principal objetivo del controlador es el de mejorar la respuesta del sistema ante cambios abruptos en la carga, manteniendo siempre un voltaje de salida cercano al de referencia dada por el diseñador. Se realiza el diseño del filtro LC de dos etapas, con el fin de minimizar el tamaño de sus componentes y de que sus dos frecuencias de resonancia resulten alejadas de la frecuencia fundamental de la corriente de carga, así como de la frecuencia de PWM utilizada. El controlador propuesto hace uso de una combinación del tipo feedback/feedforward junto con un controlador resonante sintonizado a la frecuencia de la carga. La estrategia se basa en el uso de una serie de tensiones y corrientes de referencias, las cuales son utilizadas para hacer un correcto seguimiento de los estados del filtro. Además, se diseña un observador de estados con el fin de estimar cuatro de los seis estados del sistema, para así reducir el número de sensores necesarios para la implementación del controlador y reducir también el esfuerzo sobre la acción de control. / This thesis studies a control strategy for a system composed of a three-phase DC-AC power converter and an output two-stage LC filter, that feeds an unknown load current source. The main purpose of the control strategy, is to improve the performance of the system under sudden changes in the load, while the output voltage follows a reference given by the designer. The two stages LC filter is designed in order to minimize the size of the components under the condition that the two resonance frequencies of the filter result located away from the load fundamental frequency and from the one used by the PWM. The proposed controller is based on the combination of a feedback/feedforward strategy with a resonant controller tuned at the load frequency, this strategy uses a series of voltage and current references to assure the correct tracking of the filter states. Also, a state observer is used to estimate four of the six system states, that allows a reduction on the number of sensors required to implement the control strategy and diminishing the effort on the control signal.

En la búsqueda de fuentes de energía sostenibles y autónomas, los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs) han surgido como dispositivos prometedores capaces de convertir la energía mecánica en electricidad. Estos dispositivos aprovechan el efecto triboeléctrico, que ocurre cuando dos materiales diferentes se frotan entre sí y generan cargas eléctricas, debido a esto es importante encontrar materiales apropiados para generar estas cargas. Los biopolímeros como el almidón y carragenina, han ganado atención significativa como una alternativa prometedora a los polímeros sintéticos convencionales que se usan como superficies activas en forma de láminas para la fabricación de TENGs. Dichos biopolímeros se obtienen de fuentes naturales renovables, como algas, plantas y microorganismos. Además, los biopolímeros presentan propiedades únicas que los hacen altamente atractivos para su implementación en estos dispositivos. La presente tesis se enfoca en la exploración de la fabricación de nanogeneradores triboeléctricos utilizando láminas triboeléctricas obtenidas de los biopolímeros carragenina, almidón, ulvan y los exopolisacáridos de cianobacterias. Para ello, primero se evaluó las propiedades mecánicas y químicas de las láminas de biopolímeros. Los resultados de las pruebas de tracción revelaron que los biopolímeros alcanzaron diferentes deformaciones y esfuerzos máximos en respuesta a la carga aplicada. La espectroscopia FTIR confirmó que los biopolímeros obtenidos correspondían a los esperados según el proceso de extracción realizado. Después de evaluar las características iniciales de las láminas de biopolímeros, se desarrollaron prototipos de TENGs utilizando diferentes pares de láminas triboeléctricos. Se fabricaron ocho prototipos de TENGs combinando las láminas de biopolímeros con superficies de Kapton® y Teflón®. Se obtuvieron valores máximos de voltaje de 66.40 V en el par triboeléctrico de Teflón® (PFTE) + carragenina, mientras que el par triboeléctrico de kapton + ulvan generó el valor mínimo de 2.12 V. Estos resultados indican que los TENGs pueden generar suficiente voltaje para su aplicación en dispositivos electrónicos portátiles de bajo consumo, relacionados a LEDs, relojes o sensores. Los resultados obtenidos muestran el potencial de los TENGs basados en biopolímeros como una fuente de energía sostenible y autónoma.

En esta tesis se analizan y proponen estrategias de control flexibles y robustas para el control de sistemas de conversión de energía renovables en el contexto de la generación distribuida. Se trabaja principalmente con la conversión de energía eólica y solar fotovoltaica, como así también con un sistema de almacenamiento y recuperación de energía. Se hace hincapié en el control de la potencia de la micro fuente, de forma tal de poder brindar las características requeridas para su conexión a redes de generación distribuida o micro redes. El análisis de estos sistemas de potencia está fuera de los alcances de este trabajo. En el caso de la energía fotovoltaica se realizan propuestas para la maximización de la extracción del recurso y el control activo de la potencia entregada por la micro fuente. Se realiza el análisis de estabilidad para los convertidores dc/dc más utilizados en este tipo de aplicaciones. También se extienden estos conceptos al control del convertidor electrónico de micro fuentes basadas en pilas de combustible. En el caso del control del sistema de almacenamiento y recuperación de energía, se propone una estrategia capaz de iniciar el sistema, funcionar intercambiando potencia con la red, realizar la protección del dispositivo de almacenamiento y apagado del sistema de forma automática. Se realiza el análisis de estabilidad de todos los modos de funcionamiento y la combinación de estos modos para lograr una operación global estable. En el caso de la energía eólica se investiga la operación de la turbina en todo el rango de velocidades de viento, como así también la extensión de la región de operación para realizar un control activo de la potencia de salida. El control activo de la potencia de salida de la turbina permite la incorporación de nuevos modos de funcionamiento como la generación de potencia con reserva para la contribución a la estabilidad de frecuencia. El control de las interfaces electrónicas se aborda en el marco del control por modo deslizante, mientras que para el control de turbinas eólicas se realizan propuestas en el marco de control robusto ($H_\infty$) y el control de parámetros lineales variantes (LPV). Para los sistemas fotovoltaico, con pila de combustible y de almacenamiento de energía se presentan resultados de simulación y experimentales. Para el caso de las turbinas eólicas, se presentan resultados de simulación con un modelo de alto orden (FAST) desarrollado por el Laboratorio de Energías Renovables de Estados Unidos (NREL). Los resultados obtenidos permitieron verificar la viabilidad y desempeño de las estrategias propuestas predichas por el análisis teórico.