[ES] La presente tesis doctoral se enmarca en el ámbito de la producción de hidrógeno renovable, y en el estudio metodologías de intensificación de procesos para la producción de hidrógeno mediante reactores de membrana y reactores que operan a alta presión. Para la producción de hidrógeno renovable, se estudió en detalle el proceso de reformado autotérmico (ATR) de bioetanol. Se diseñó y construyó un sistema de reacción de escala de laboratorio, que se operó bajo condiciones reales de operación industrial. En una primera etapa, se realizó la evaluación de distintos catalizadores comerciales para el ATR de etanol. Tras la selección del tipo de catalizador con mejor rendimiento, se probaron distintas variaciones sobre el mismo, añadiendo dopantes a la fase activa y al soporte. Los catalizadores con mejores resultados se probaron durante más de 100 h manteniendo su rendimiento. Una vez seleccionados la composición primara de los catalizadores, se hicieron pruebas para el escalado y optimización de los catalizadores fabricados mediante un proceso industrial. Se estudiaron los efectos de las condiciones de operació, siendo el parámetro de mayor relevancia la relación O/C. El mejor de los catalizadores desarrollados aumentó el rendimiento y disminuyó la producción de hidrocarburos en estas condiciones, alcanzándose un rendimiento de hasta 3.1 mol H2 / mol etanol. Este catalizador se probó durante 200 horas, manteniendo su estabilidad en todo el periodo, validando su aplicación en un reformador de etanol para la producción de hidrógeno. En otro apartado, se estudió la utilización de membranas de transporte de oxígeno como elemento distribuidor de oxígeno para el sistema de reacción de ATR, permitiendo alimentar al reactor oxígeno de alta pureza producido in-situ. Se probaron membranas capilares de BSCF. En el sistema de reacción de ATR, las membranas mostraron una permeación acorde a los valores habituales para este material. Se estudió el comportamiento de las membranas de BSCF en una atmósfera con vapor, en la que la permeación alcanzada disminuyó en presencia de vapor. La utilización de estas membranas en la reacción de ATR requeriría de un escalado correcto, pues el flujo de oxígeno aportado por la membrana sería bajo respecto a las necesidades de oxígeno de la reacción de ATR. Seguidamente, se probaron los efectos de la aplicación de capas protectoras porosas sobre los capilares de BSCF, para mejorar su estabilidad química en ambientes de rección. Mediante la técnica de dip-coating se aplicaron capas porosas de BSCF, CTO-CMO (Ce0.8Tb0.2O2--δ- MnCo2O4) y CTO. La aplicación de estas capas aumentó la permeación por la mejora en el área superficial de intercambio y de las reacciones superficiales, alcanzándose 3 - 3.6 NmL·min-1·cm-2 para las membranas recubiertas, frente a 2.4 NmL·min-1·cm-2 para la membrana sin recubrimiento. Estas mismas membranas se probaron en un reactor de membrana, en reacción con CH4. Las capas aporataron efectos catalíticos y protectores respecto a la membrana sin tratamiento superficial. Las capas de CTO y CTO-CMO aumentaron la permeación de oxígeno y la conversión de CH4, que alcanzó valores del 100%, y además, resultaron estables en las condiciones de reacción, mientras que las membranas con capa de BSCF y sin recubrimiento tuvieron conversiones más bajas y su estructura quedó degradada por la atmósfera de la reacción. Finalmente, se llevó a cabo el diseño y construcción de un sistema de reacción de alta presión para el estudio de procesos de producción de hidrógeno a alta presión a presiones de hasta 300 barg. En esta unidad, se podrán llevar a cabo reacciones de producción de hidrógeno a partir de biomasa en agua supercrítica. Adicionalmente, se diseñó un reactor de membrana que permitirá el trabajo con membranas de permeación de gases en condiciones de alta severidad, con potencial aplicación en la producción de hidrógeno a partir de reacciones de reformado con una alta eficiencia. / [CA] La present tesi doctoral s'emmarca en l'àmbit de la producció d'hidrogen renovable, i en l'estudi metodologies d'intensificació de processos per a la producció d'hidrogen mitjançant reactors de membrana i reactors que operen a alta pressió. Per a la producció d'hidrogen renovable, es va estudiar detalladament el procés de reformat autotérmico (ATR) de bioetanol. Es va dissenyar i va construir un sistema de reacció d'escala de laboratori, que es va operar sota condicions reals d'operació industrial. En una primera etapa, es va realitzar l'avaluació de diferents catalitzadors comercials per al ATR d'etanol. Després de la selecció de la mena de catalitzador amb millor rendiment, es van provar diferents variacions sobre aquest, afegint dopants a la fase activa i al suport. Els catalitzadors amb millors resultats es van provar durant més de 100 h mantenint el seu rendiment. Una vegada seleccionats la composició prevalguera dels catalitzadors, es van fer proves per a l'escalat i optimització dels catalitzadors fabricats mitjançant un procés industrial. Es van estudiar els efectes de les condicions de operació, sent el paràmetre de major rellevància la relació O/C. El millor dels catalitzadors desenvolupats va augmentar el rendiment i va disminuir la producció d'hidrocarburs en aquestes condicions, aconseguint-se un rendiment de fins a 3.1 mol H2 / mol etanol. Aquest catalitzador es va provar durant 200 hores, mantenint la seua estabilitat en tot el període, validant la seua aplicació en un reformador d'etanol per a la producció d'hidrogen. En un altre apartat, es va estudiar la utilització de membranes de transport d'oxigen com a element distribuïdor d'oxigen per al sistema de reacció de ATR, permetent alimentar al reactor oxigen d'alta puresa produït in-situ. Es van provar membranes capil·lars de BSCF. En el sistema de reacció de ATR, les membranes van mostrar una permeación concorde als valors habituals per a aquest material. Es va estudiar el comportament de les membranes de BSCF en una atmosfera amb vapor, en la qual la permeación aconseguida va disminuir en presència de vapor. La utilització d'aquestes membranes en la reacció de ATR requeriria d'un escalat correcte, perquè el flux d'oxigen aportat per la membrana seria baix respecte a les necessitats d'oxigen de la reacció de ATR. Seguidament, es van provar els efectes de l'aplicació de capes protectores poroses sobre els capil·lars de BSCF, per a millorar la seua estabilitat química en ambients de recció. Mitjançant la tècnica de dip-coating es van aplicar capes poroses de BSCF, CTO-CMO i CTO. L'aplicació d'aquestes capes va augmentar la permeación per la millora en l'àrea superficial d'intercanvi i de les reaccions superficials, aconseguint-se 3 - 3.6 NmL·min-1·cm-2 per a les membranes recobertes, enfront de 2.4 NmL·min-1·cm-2 per a la membrana sense recobriment. Aquestes mateixes membranes es van provar en un reactor de membrana, en reacció amb CH4. Les capes aporataron efectes catalítics i protectors respecte a la membrana sense tractament superficial. Les capes de CTO i CTO-CMO van augmentar la permeación d'oxigen i la conversió de CH4, que va aconseguir valors del 100%, i a més, van resultar estables en les condicions de reacció, mentre que les membranes amb capa de BSCF i sense recobriment van tindre conversions més baixes i la seua estructura va quedar degradada per l'atmosfera de la reacció. Finalment, es va dur a terme el disseny i construcció d'un sistema de reacció d'alta pressió per a l'estudi de processos de producció d'hidrogen a alta pressió a pressions de fins a 300 barg. En aquesta unitat, es podran dur a terme reaccions de producció d'hidrogen a partir de biomassa en aigua supercrítica. Addicionalment, es va dissenyar un reactor de membrana que permetrà el treball amb membranes de permeación de gasos en condicions d'alta severitat, amb potencial aplicació en la producció d'hidrogen a partir de reaccions de reformat amb una alta eficiència. / [EN] This doctoral thesis is framed in the field of renewable hydrogen production, and in the study of process intensification methodologies for the production of hydrogen through membrane reactors and reactors that operate at high pressure. For the production of renewable hydrogen, the bioethanol autothermal reforming (ATR) process was studied in detail. He designed and built a laboratory scale reaction system, which was operated under real industrial operating conditions. In a first stage, the evaluation of different commercial catalysts for ethanol ATR was carried out. After selecting the type of catalyst with the best performance, different variations were tested on it, adding dopants to the active phase and to the support. The catalysts with the best results were tested for more than 100 h maintaining their performance. Once the primary composition of the catalysts had been selected, tests were carried out for the scaling and optimization of the catalysts manufactured by means of an industrial process. The effects of operating conditions were studied, the most relevant parameter being the O / C ratio. The best of the developed catalysts increased the yield and decreased the production of hydrocarbons under these conditions, reaching a yield of up to 3.1 mol H2 / mol ethanol. This catalyst was tested for 200 hours, maintaining its stability throughout the period, validating its application in an ethanol reformer for the production of hydrogen. In another section, the use of oxygen transport membranes as an oxygen distributor element for the ATR reaction system was studied, allowing the reactor to be fed high-purity oxygen produced in-situ. Capillary membranes from BSCF were tested. In the ATR reaction system, the membranes showed a permeation according to the usual values for this material. The behavior of the BSCF membranes was studied in an atmosphere with steam, in which the permeation achieved decreased in the presence of steam. The use of these membranes in the ATR reaction would require correct scaling, since the flow of oxygen provided by the membrane would be low compared to the oxygen needs of the ATR reaction. Next, the effects of the application of porous protective layers on the BSCF capillaries were tested, to improve their chemical stability in rection environments. By means of the dip-coating technique, porous layers of BSCF, CTO-CMO and CTO were applied. The application of these layers increased the permeation due to the improvement in the surface area of exchange and of the surface reactions, reaching 3 - 3.6 NmL · min-1 · cm-2 for the coated membranes, compared to 2.4 NmL · min-1 · cm-2 for the uncoated membrane. These same membranes were tested in a membrane reactor, in reaction with CH4. The layers supported catalytic and protective effects with respect to the membrane without surface treatment. The CTO and CTO-CMO layers increased oxygen permeation and CH4 conversion, which reached values of 100%, and were also stable under the reaction conditions, while the membranes with BSCF layer and without coating had conversions. lower and its structure was degraded by the atmosphere of the reaction. Finally, the design and construction of a high pressure reaction system was carried out for the study of high pressure hydrogen production processes at pressures up to 300 barg. In this unit, hydrogen production reactions can be carried out from biomass in supercritical water. Additionally, a membrane reactor was designed that will allow work with gas permeation membranes under conditions of high severity, with potential application in the production of hydrogen from reforming reactions with high efficiency. / Represa Bullido, Á. (2022). Desarrollo de sistemas catalíticos e intensificación de procesos para la producción de hidrógeno comprimido y productos de interés [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183153 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] Las fuentes de energía renovable (ER) permiten una alta disgregación, por lo que hacen posible generar la energía que se utilizará en el mismo sitio de su aprovechamiento. Esto favorece un cambio en la estructura de las redes eléctricas, permitiendo pasar de un esquema de generación centralizado a un esquema distribuido. Sin embargo, las fuentes de ER son altamente dependientes de las condiciones medioambientales como la radiación solar, la nubosidad, el viento, entre otros, por lo que lograr un sistema de generación basado en energías renovables es un reto en la actualidad. Los sistemas de generación que integran fuentes renovables tienen que ser capaces de establecer estrategias de control y gestión de la energía que para hacer un uso eficiente de ella e intentar cubrir la demanda de energía de forma óptima al combinar más de un tipo de fuente y sistema de almacenamiento, siendo posible operar de manera aislada o conectada a la red eléctrica. En la actualidad es de interés el estudio, desarrollo e implementación de sistemas gestores de la energía (SGE) para microrredes eléctricas híbridas, que permitan aumentar su eficiencia, fiabilidad, y disminuir los costes de instalación, operación y mantenimiento. Diversos estudios de investigación han probado múltiples estrategias, desde SGE basados en reglas, algoritmos comparativos, controladores clásicos, y en años recientes, la integración de algoritmos de optimización bio-inspirados e inteligencia artificial. Estos algoritmos han mostrado ser una alternativa interesante a las técnicas clásicas para la solución de problemas de optimización y control en diversos problemas de ingeniería, su aplicación en el ámbito de las microrredes sigue en estudio y en ello se basa este trabajo de investigación. Los algoritmos bio-inspirados se fundamentan en imitar matemáticamente los mecanismos y estrategias que la naturaleza ha implementado a lo largo de millones de años para lograr un equilibrio en su funcionamiento, por ejemplo, imitando el cómo las aves vuelan en parvada buscando alimento, o como las hormigas y los lobos siguen patrones para la búsqueda de su alimento, o como las especies llevan a cabo mecanismos de cruce con el objetivo de mejorar su raza haciéndolas una especie optimizada y mejorando su supervivencia. Por tanto, se puede hacer una analogía con los sistemas artificiales para la mejora de controladores y diseño de sistemas en microrredes eléctricas. En este trabajo de investigación se muestra el modelo y desarrollo de un sistema de gestión óptima para una microrred empleando algoritmos bio-inspirados con el objetivo de mejorar su desempeño, partiendo desde el control primario, con la mejora de los convertidores de potencia, hasta el control terciario con las transacciones energéticas de la microrred. Se exploran diversos algoritmos, evaluando su desempeño. Los resultados para las diferentes etapas de esta investigación se encuentran plasmados en cuatro diferentes publicaciones científicas que se detallan en el Capítulo 2 del presente documento, donde se explica la metodología y los principales resultados y hallazgos para cada una de ellas. / [CA] Les fonts d'energia renovables (ER) permeten una alta desagregació, pel que fan possible generar l'energia que s'utilitzarà en el mateix lloc del seu aprofitament. Això afavoreix un canvi en l'estructura de les xarxes elèctriques, permetent passar d'un esquema de generació centralitzat a un esquema distribuït. No obstant, les fonts d'ER són altament dependents de les condicions mediambientals com la radiació solar, la nuvolositat, el vent, entre altres; pel que aconseguir un sistema de generació basat en energies renovables és un repte. Els sistemes de generació que integren energies renovables han de ser capaços de: establir estratègies de control i gestió de l'energia que es genera per fer un ús eficient d'ella i intentar cobrir la demanda d'energia de la millor manera possible al combinar més d'un tipus de font d'energia, i sistemes d'emmagatzemament. Aquest esquema es coneix com a microxarxa elèctrica, la qual és capaç d'operar de manera aïllada de la xarxa elèctrica principal, o de manera interconnectada. Actualment s'està interessant en l'estudi, desenvolupament i implementació de sistemes gestors de l'energia (SGE) per a microxarxes elèctriques híbrides, que permeten augmentar la seua eficiència, fiabilitat i reduir els costos de la seua instal·lació i d'operació i manteniment. S'han provat múltiples estratègies, des de SGE basats en regles, algorismes comparatius, controladors clàssics i, en anys recents, la integració d'algorismes d'optimització bio-inspirats i intel·ligència artificial. Aquests algorismes han demostrat ser una alternativa interessant a les tècniques clàssiques per a la solució de problemes d'optimització i control en diversos problemes d'enginyeria, la seua aplicació en l'àmbit de les microxarxes continua en estudi. Els algorismes bio-inspirats es basen en imitar matemàticament els mecanismes i estratègies que la Natura ha implementat al llarg de milions d'anys per aconseguir equilibri en el seu funcionament, per exemple, imitant com les aus volen en ramat buscant menjar, o com les formigues i els llops segueixen patrons per a la recerca del seu menjar, o com les espècies porten a terme mecanismes de creuament amb mira a millorar la seua raça fent-les una espècie més apta per a la supervivència;, el qual es pot fer una analogia a sistemes artificials per a la millora de controladors i disseny de sistemes en microxarxes elèctriques. En aquest treball de recerca es mostra el model i desenvolupament d'un sistema de gestió òptima per a una microxarxa emprant algorismes bio-inspirats amb l'objectiu de millorar el seu rendiment, partint des del control primari, amb la millora dels convertidors de potència, fins al control terciari amb les transaccions energètiques de la microxarxa. S'exploren diversos algorismes, avaluant el seu rendiment. Els resultats per a les diferents etapes d'aquesta recerca es troben plasmats en quatre diferents publicacions científiques que es detallen al Capítol 2 del present document, on s'explica la metodologia i els principals resultats i troballes per a cada una d'elles. / [EN] Renewable energy sources (RES) allow for high disaggregation, making it possible to generate energy at the site of its use. This favors a change in the structure of electrical grids, allowing for a transition from a centralized generation scheme to a distributed scheme. However, RES are highly dependent on environmental conditions such as solar radiation, cloudiness, wind, among others, making the creation of a renewable energy generation system a challenge. Generation systems that integrate renewable energies must be able to establish control and energy management strategies to make efficient use of the energy generated and try to meet the energy demand in the best possible way by combining more than one type of energy source and storage systems. This scheme is known as a microgrid, which is capable of operating independently from the main electrical grid or interconnecting with it. Currently, the study, development, and implementation of energy management systems (EMS) for hybrid microgrids are of interest in order to increase their efficiency, reliability, and reduce installation, operation, and maintenance costs. Multiple strategies have been tested, including rule-based EMS, comparative algorithms, classical controllers, and in recent years, the integration of bio-inspired optimization algorithms and artificial intelligence. These algorithms have shown to be an interesting alternative to classical techniques for solving optimization and control problems in various engineering problems, although their application in the field of microgrids is still under study. Bio-inspired algorithms are based on mathematically imitating the mechanisms and strategies that Nature has implemented over millions of years to achieve balance in its operation, for example, by imitating how birds fly in flocks in search of food, or how ants and wolves follow patterns to search for food, or how species carry out crossing mechanisms in order to improve their breed and make them more suitable for survival; in other words, they are based on how Nature optimizes its resources to prosper. Therefore, an analogy can be made with artificial systems for improving controllers and designing systems in microgrids. In this research work, the model and development of an optimal management system for a microgrid using bio-inspired algorithms is presented with the aim of improving its performance, starting from primary control, with the improvement of power converters, to tertiary control with the energy transactions of the microgrid. Various algorithms are explored, evaluating their performance. The results for the different stages of this research are reflected in four different scientific publications that are detailed in Chapter 2 of this document, where the methodology and main results and findings for each of them are explained. / The authors wish to acknowledge the National Council of Science and Technology of Mexico (CONACYT) for funding this work through the Ph.D. scholarship number 486670. The authors would also thank the Institute of Energy Engineering of the Polytechnic University of Valencia, Spain, and the Department of Water and Energy Studies of the University of Guadalajara, Mexico, for all their support and collaboration. This study has also been supported by Food and Agriculture Organization of the United Nations through the project “Design of a Hybrid Renewable Microgrid System”. / Águila León, J. (2023). Modelo y desarrollo de un sistema de gestión óptima para una microrred empleando algoritmos bio-inspirados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196747 / Compendio

The costs of oil dependence, the environmental external costs of fossil fuels, or the promotion of agricultural development, has justified a number of measures of state intervention to expand the domestic market of biofuels, assuming that state intervention is necessary and sufficient condition for achieving this aim. After analyzing the political and economic elements in the Brazilian ethanol sector in historical perspective, in this article we argue that the expansion or contraction of the market should not be understood as an effect of a particular policies determined by the regulatory state. Regarding this, we argue the trends on the market development reflect the effects of aprevious underlying relationship, which is determined by the convergence or divergence over time of the opportunity costs of government and agribusiness. Our analysis shows that the effectiveness of a policy of energy diversification as the promotion of biofuels depends on the economic benefits and political rents generated by expanding the use of ethanol. These restrictions can be extrapolated as part of the cost-effectiveness analysis of public policies related to the sector in other countries. / Los costes de la dependencia del petróleo, los costes externos medioambientales de los combustibles fósiles, o la promoción del desarrollo agrícola, han justificado una serie de medidas de intervención estatal para expandir el mercado interno de los biocarburantes, en el supuesto de que la intervención del Estado es condición necesaria y suficiente para lograr este objetivo. Después de analizar en perspectiva histórica los elementos políticos y económicos en el sector del etanol de Brasil, en este artículo se argumenta que la expansión o contracción del mercado no debe entenderse como el efecto de unas políticas determinadas por el Estado regulador. En este sentido, sostenemos que las tendencias en el desarrollo del mercado reflejan los efectos de una relación subyacente anterior, que está determinada por la convergencia o divergencia en el tiempo de los costos de oportunidad del gobierno y de la agroindustria. Nuestro análisis muestra que la eficacia de una política de diversificación energética como la promoción de los biocombustibles depende de los beneficios económicos y de las rentas políticas generadas por la expansión del uso de etanol. Estas restricciones se pueden extrapolar como parte del análisis de costo-efectividad de las políticas públicas relacionadas con el sector en otros países.

[EN] For more than a decade, the urban heat networks (District Heating, DH) combined with the use of renewable energies have been consolidated as a leading tool for energy efficiency and reducing emissions of greenhouse gases. Among the various possibilities of generation in the North and Central Europe, with little or no annual demand for comfort cooling, since the 80s a large number of facilities, that use solar energy with large seasonal accumulators capable to store surplus heat captured in the period of increased solar availability and minimum demand (summer) and hold until the time of heating demand (autumn), have been built. In this type of installation, the cost of seasonal storage represents a significant percentage of investment for DH. In warmer countries of southern Europe, as in the case of Spain, where in most of the territory the energy demand for cooling is more important or the same order as the heating demand, and taking into account the high costs incurred by the seasonal deposits, a more efficient solution would be using solar energy in summer to cover a percentage of the cooling by thermal chillers (absorption / adsorption). These systems today have little implementation compared to the previous ones, and design criteria do not allow a systematic approach regarding the possible configurations and sizing of the various teams. This Is the technical solution proposed in this thesis. In the present thesis, after a timely review of the state of the Solar District Heating art, SDHC, a technical solution is proposed, intended to be easily replicable, of generation for a solar installation of hot and cold coupled to an urban network to four tubes, District Heating & Cooling, DHC. In addition, practical aspects of the business model for the operation of the network are reviewed. Two TRNSYS dynamic simulation models are developed: One for the DHC and one prior to the study of demand. A practical methodology is also provided on a first initial study to evaluate the technical and economic viability of future projects based on the same technical solution. Finally, the discussion in the previous chapters is expressed in the development of a case study. The DHC studied supplied cold and heat to 2,228 new housing in a suburb of Valencia capital. In view of energy, economic and environmental results of the case study, it is concluded that the proposal for a DHC in Valencia, as the representative city of the warm Spain, technical solution is a viable option generation and energy supply in the residential sector (and associated tertiary). / [ES] Desde hace más de una década, las redes de calor urbanas (District Heating, DH) combinadas con el uso de energías renovables se han consolidado como una herramienta de primer orden para la eficiencia energética y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Entre las distintas posibilidades de generación, en los países del Norte y Centro de Europa, con escasa o nula demanda anual de refrigeración en las viviendas, desde los años 80 se han construido un gran número de instalaciones que utilizan energía solar con grandes acumuladores estacionales capaces de almacenar el calor excedente captado en la época de mayor disponibilidad solar y mínima demanda (verano), y mantenerlo hasta la época de demanda de calefacción de otoño. En este tipo de instalaciones, el coste del acumulador estacional representa un porcentaje muy significativo dela inversión para el DH. En los países más cálidos de Sur de Europa, como el caso de España, donde en gran parte del territorio la demanda energética para refrigeración es más importante o del mismo orden que la demanda de calefacción, y teniendo en cuenta el alto coste que suponen los depósitos estacionales, una solución más eficiente podría ser la que utiliza la energía solar en época estival para cubrir un porcentaje de la demanda de frío mediante enfriadoras térmicas (absorción/adsorción). Estos sistemas tienen, a día de hoy, poca implantación en comparación con los anteriores, y no existen criterios de diseño consolidados que permitan una sistemática en cuanto a las posibles configuraciones y dimensionamiento de los distintos equipos. Esta última opción es la solución técnica que se propone en esta tesis. En la presente tesis, tras una oportuna revisión del estado del arte de los Solar District Heating, SDHC, se propone una solución técnica de generación, que se pretende fácilmente replicable, para una instalación solar de frío y calor acoplada a una red urbana a cuatro tubos, District Heating & Cooling ,DHC. Además, se revisan aspectos prácticos del modelo de negocio para la explotación de la red. Se desarrollan dos modelos de simulación dinámica TRNSYS: uno para el DHC y uno previo para el estudio de la demanda. También se proporciona una metodología práctica que permita, en un primer estudio inicial, evaluar la viabilidad técnico-económica de los futuros proyectos basados en la misma solución técnica. Por último, lo expuesto en los capítulos previos se concreta en el desarrollo de un caso práctico. El DHC estudiado suministra frío y calor a 2.228 viviendas de nueva construcción en barrio periférico de Valencia capital. A la vista de los resultados energéticos, económicos y medioambientales obtenidos en el estudio del caso, cabe concluir que la solución técnica propuesta para un DHC en Valencia, como ciudad representativa de la España cálida, constituye una opción viable de generación y suministro energético en el sector residencial (y terciario asociado). / [CAT] Des de fa més d'una dècada, les xarxes de calor urbana (District Heating, DH) combinades amb l'ús d'energies renovables s'han consolidat com una ferramenta de primer orde per a l'eficiència energètica i la reducció d'emissions de gasos d'efecte hivernacle. Entre les distintes possibilitats de generació, en els països del Nord i Centre d'Europa, amb escassa o nul.la demanda anual de refrigeració en les vivendes, des dels anys 80 s'han construït un gran nombre d'instal·lacions que utilitzen energia solar amb grans acumuladors estacionals capaços d'emmagatzemar la calor excedent captat en l'època de major disponibilitat solar i mínima demanda (estiu) i mantindre-ho fins a l'època de demanda de calefacció. En este tipus d'instal·lacions, el cost de l'acumulador estacional representa un percentatge molt significatiu de la inversió per al DH. En els països més càlids de Sud d'Europa, com el cas d'Espanya, on en gran part del territori la demanda energètica per a refrigeració és més important o del mateix orde que la demanda de calefacció, i tenint en compte l'alt cost que suposen els depòsits estacionals, una solució més eficient podria ser la que utilitza l'energia solar en època estival per a cobrir un percentatge de la demanda de fred per mitjà de refrigeradors tèrmiques (absorció/adsorció). Estos sistemes tenen a hores d'ara poca implantació en comparació amb els anteriors, i els seus criteris de disseny tampoc permeten un criteri sistemàtic quant a les posibles configuracions i dimensionament dels distints equips. És la solució tècnica que es proposa en esta tesi. En la present tesi, després d'una oportuna revisió de l'estat de l'art dels Solar District Heating, SDHC, es proposa una solución tècnica, que es pretén fàcilment replicable, de generació per a una instal·lació solar de fred i calor acoblada a una xarxa urbana a quatre tubs, District Heating & Cooling, DHC. A més, es revisen aspectes pràctics del model de negoci per a l'explotació de la xarxa. Es desenrotlla dos models de simulació dinàmica TRNSYS: un per al DHC i un previ per a l'estudi de la demanda. També es proporciona una metodología pràctica que permeta, en un primer estudi inicial, avaluar la viabilitat tècnic-econòmica dels futurs projectes basats en la mateixa solució tècnica. Finalment, allò que s'ha exposat en els capítols previs es concreta en el desenrotllament d'un cas pràctic. El DHC estudiat subministra fred i calor a 2.228 vivendes de nova construcció en barri perifèric de València capital. A la vista dels resultats energètics, econòmics i mediambientals obtinguts en l'estudi del cas, cal concloure que la solució técnica proposta per a un DHC a València, com a ciutat representativa de l'Espanya càlida, constituïx una opció viable de generació i subministrament energètic en el sector residencial (i terciari associat). / Galvany Castillo, FJ. (2016). Metodología práctica para evaluar la viabilidad de redes de frio y calor urbanas integrando energía solar y biomasa en la España cálida [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61306 / TESIS

Este trabajo tuvo como objeto el desarrollo de una metodología para la evaluación integral de proyectos en el sector energético. La comparación de diversos métodos de análisis multicriterio permitió seleccionar al Proceso de Jerarquías Analíticas de Saaty como la plataforma metodológica de referencia para la realización del trabajo. Una investigación sobre el sector energético proporcionó una visión de conjunto del mismo y de las características de cada uno de diecinueve tipos de recursos energéticos estudiados. Tomando como punto de partida tales características fue posible seleccionar un grupo de 76 aspectos diferenciadores que podían afectar la priorización de proyectos en el área; éstos fueron reducidos progresivamente a 59, 44 y 24 aspectos principales que se agruparon de acuerdo a su naturaleza, en seis dimensiones: técnica, económica, ambiental, social, estratégica y de riesgo. La reducción se realizó en base a rondas de consulta a expertos, reflexión y al análisis estadístico de las opiniones recabadas. A cada aspecto se asignó un objetivo y un criterio que guiase la evaluación del grado de cumplimiento del primero por parte de un proyecto bajo estudio. Los criterios seleccionados fueron agrupados en una estructura jerárquica de tres niveles y se diseñó un sistema de 24 indicadores de naturaleza cuantitativa y cualitativa, acorde con la misma. Para cada indicador se creó una ficha resumen contentiva de su definición, su unidad de medida, las posibles fuentes de información para su estimación y se creó una escala [1-5] para su medición. Todo el conjunto fue validado de nuevo por académicos y profesionales en una segunda ronda de entrevistas, donde se recogió además información sobre la importancia de cada criterio en comparaciones por pares entre criterios del mismo nivel. La información fue procesada con ayuda de la herramienta computacional Expert Choice¿ que además permitió verificar la consistencia de la data aportada por cada participante. El producto final de esta etapa del trabajo fue un modelo jerárquico de criterios para la evaluación de propuestas de inversión en el sector energético. En el modelo, la mayor importancia correspondió a la dimensión riesgo (24,3%) seguida de las dimensiones ambiental (20,5%) y económica (15,9%). Las dimensiones técnica (13.7%), estratégica (13.5%) y social (12.2%) tuvieron importancias relativas menores. El modelo de valor diseñado se utilizó conjuntamente con técnicas de programación lineal en la evaluación de posibles soluciones al suministro de energía eléctrica en Venezuela, ante la crisis que vive el país y que tuvo su máxima expresión en el año 2010. El objetivo a cumplir se estableció como el diseño de una matriz eléctrica a implementar a lo largo del período 2011- 2025, basada en los potenciales desarrollables de cada fuente energética que posee el país y en su demanda estimada; y sujeta a las limitaciones financieras de la nación y a los compromisos y convenios internacionales que la misma ha suscrito. Para su uso como insumo a la resolución del problema, se proyectó la demanda eléctrica del país al período señalado, en tres escenarios que difieren en el crecimiento económico esperado. Nueve opciones correspondientes respectivamente a la utilización de derivados de petróleo, gas, carbón, biomasa, energía nuclear y, potencial hidráulico, eólico, solar y geotérmico como insumo energético primario a la generación eléctrica, fueron evaluadas de acuerdo con el modelo de valor diseñado. La información de fuentes oficiales requerida para la estimación de los indicadores de índole cuantitativa para cada alternativa, resultó escasa y no consistente; de esta forma gran parte de la data utilizada fue obtenida de publicaciones internacionales y de expertos en el sector privado del país. Una tercera ronda de entrevistas a expertos en el sector público y privado, proporcionó la información necesaria para la estimación de los indicadores de índole cualitativa. La consolidación de la información en un coeficiente de robustez para cada alternativa permitió identificar a la opción eólica como la mejor opción, seguida de la generación hidráulica y de la generación basada en gas. La generación nuclear resultó por mucho, la peor opción. Los coeficientes de robustez obtenidos fueron insumo a un modelo de programación lineal cuya resolución permitió identificar la 'mejor combinación' de las potenciales opciones de generación a instalar entre las evaluadas en el paso anterior, que se ajustase a las condiciones existentes en el país. Un análisis de sensibilidad de los resultados a cambios en las restricciones impuestas al modelo, rindió dos soluciones que difieren sólo en la participación o no, de la opción nuclear en ellas. Ambas, incluyen la opción hidráulica mayoritariamente (>32%) y una contribución de un 15% de energía eólica, además de las opciones de petróleo, gas y carbón. Cada una de ellas, de implementarse, es capaz de añadir 120.000 GWh al suministro eléctrico al país, para el año 2025. La capacidad de generación a instalar durante el período 2013-2025, se acerca a 28 GW; y el presupuesto necesario para ejecutarla, a 65 mil millones de US$; y entre 1,5 y 2 veces esta cifra, si se incluye la adecuación de la red para distribuir la electricidad producida. La puesta en marcha de la matriz eléctrica total para el país producirá unos 260.000 GWh para el año 2025, tendrá una participación >45% de energía hidráulica y una contribución de un 6,9% de energía eólica. Se estima que se requiere un período de al menos 5 años para disponer de las primeras nuevas centrales eléctricas. Finalmente, se propuso una metodología combinada para la evaluación multicriterio de alternativas de inversión institucional, técnica, económica y ambientalmente viables en el sector energético. Sí las alternativas son excluyentes, resultará suficiente para su evaluación y ordenamiento la aplicación del modelo jerárquico diseñado; si no es así, esta primera etapa debe completarse con el planteamiento de un modelo de programación lineal que maximice la robustez de la solución y la acerque más a las circunstancias propias del país sede. / Parodi De Camargo, VDR. (2013). Propuesta metodológica para la evaluación integral de proyectos en el sector energético [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30063 / TESIS

ABSTRACT Energy is the fundamental basis for the development and sustainable growth of any society. Thus we need a model which balances all the factors that define an energy system: "reliable and guaranteed supply", "sustainability" (clean, reduced emissions), "competitiveness" (reasonable price) and "self-sufficiency". This work analyses in detail the Spanish energy system by checking the current status of the four factors above to enable a basis to be set for proposals to improve the system, and will inexorably lead to a change of model in energy use which will favour using the energy we are able to produce (electricity, renewable energies, etc.) as opposed to fossil fuels, which we need to import. Therefore, based on all three main energy use sectors; industry, transport and various uses (residential, commercial, etc.); specific measures are proposed for each one, which will also entail another series of reforms in the electric system that should be carried out so that it is capable of not only meeting new demand, but of also optimising its operation as it is currently oversized and economically unsustainable. These reforms will also allow the already installed power to increase with renewable sources, especially wind and photovoltaic sources, which are currently profitable to compete in the market without requiring subsidies. With the proposed reforms, and by taking data from 1990-2014 as the basis for the study, both energy system simulations (optimistic and pessimistic) will be made until the year 2030, with and without reforms, to demonstrate the huge benefits they will contribute to the system and, therefore, the importance of correctly planning the energy system. / RESUMEN La energía es la base fundamental para el desarrollo y crecimiento sostenible de cualquier sociedad, y es por ello que necesitamos conseguir un modelo equilibrado entre todos los factores que definen un sistema energético, que son la "fiabilidad y garantía de suministro", "la sostenibilidad" (limpio y bajo en emisiones), "la competitividad" (precio razonable) y el "autoabastecimiento". En este trabajo, vamos a realizar un análisis exhaustivo del sistema energético español, comprobando el estado actual de cada uno de los factores, que nos permitirán sentar las bases para las propuestas de mejora del mismo, y que pasarán inexorablemente por un cambio de modelo en el consumo energético, que favorezca el uso de las que seamos capaces de producir (electricidad, energías renovables,¿) frente a los combustibles fósiles que hemos de importar. Para ello y en base a cada uno de los tres grandes sectores de consumo, industria, transporte y usos varios (residencial, comercial, etc¿), se propondrán las medidas específicas para cada uno de ellos, que conllevarán además otra serie de reformas que deberán realizarse en el sistema eléctrico, para que sea capaz de absorber la nueva demanda, y de paso optimizar su funcionamiento, ya que en la actualidad está sobredimensionado y es económicamente insostenible. Dichas reformas pasarán también por aumentar la potencia instalada con fuentes renovables, especialmente eólica y fotovoltaica, que en la actualidad ya son rentables para competir en el mercado, sin necesidad de subvención. Con las reformas propuestas, y tomando como base para el estudio los datos entre los años 1990-2014, se realizarán sendas simulaciones del sistema energético (optimista y pesimista) hasta el año 2030 con y sin reformas, para demostrar los enormes beneficios que aportarían en el sistema, y por tanto, la importancia de una correcta planificación del mismo. / RESUM L'energia és la base fonamental per al desenrotllament i creixement sostenible de qualsevol societat, i és per això que necessitem aconseguir un model equilibrat entre tots els factors que definixen un sistema energètic, que són la "fiabilidad i garantia de suministro", "la sostenibilidad" (net i davall en emissions), "la competitividad" (preu raonable) i el "autoabastecimiento". En este treball, realitzarem una anàlisi exhaustiva del sistema energètic espanyol, comprovant l'estat actual de cada un dels factors, que ens permetran assentar les bases per a les propostes de millora del mateix, i que passaran inexorablement per un canvi de model en el consum energètic, que afavorisca l'ús de què siguem capaços de produir (electricitat, energies renovables,...) enfront dels combustibles fòssils que hem d'importar. Per a això i basant-se en cada un dels tres grans sectors de consum, indústria, transport i usos diversos (residencial, comercial, etc...), es proposaran les mesures específiques per a cada un d'ells, que comportaran a més una altra sèrie de reformes que hauran de realitzar-se en el sistema elèctric, perquè siga capaç d'absorbir la nova demanda, i de pas optimitzar el seu funcionament, ja que en l'actualitat està sobredimensionat i és econòmicament insostenible. Les dites reformes passaran també per augmentar la potència instal¿lada amb fonts renovables, especialment eòlica i fotovoltaica, que en l'actualitat ja són rendibles per a competir en el mercat, sense necessitat de subvenció. Amb les reformes proposades, i prenent com a base per a l'estudi les dades entre els anys 1990-2014, es realitzaran sengles simulacions del sistema energètic fins a l'any 2030 amb i sense reformes, per a demostrar els enormes beneficis que aportarien en el sistema, i per tant, la importància d'una correcta planificació del mateix. / Galdón Ruiz, JA. (2017). ANÁLISIS Y PROPUESTAS DE MEJORA DEL SISTEMA ENERGÉTICO ESPAÑOL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/91109 / TESIS

En el contexto actual, donde el calentamiento climático es cada vez más importante, existe la necesidad de limitar el consumo de combustibles fósiles. De esta manera, el transporte es uno de los sectores en los que más se están generando cambios en cuanto a la sostenibilidad. El vehículo eléctrico aparece como una solución para este cambio paulatino ya que no contamina localmente y su balance energético es muy eficiente. Así, se han propuesto diferentes programas para el crecimiento del vehículo eléctrico en el parque automotor. Sin embargo, el cambio de vehículos de gasolina por vehículos eléctricos genera desafíos en varios aspectos, como el impacto que ocasiona en la red eléctrica una implantación masiva: caídas de tensión, pérdidas de potencia, problemas con la calidad de la electricidad, inversiones importantes, etc. Se han planteado algunas soluciones en la parte operativa, pero muchas de ellas no han tomado en cuenta la flexibilidad de los usuarios, lo cual es muy importante para la adopción de vehículos eléctricos. De igual manera, en muchas ocasiones, en la literatura se asumen valores para ciertas variables (estado de carga, recorrido, tipo de batería, etc) que pueden cambiar según el comportamiento de cada usuario, lo que modificaría las previsiones realizadas. Finalmente, pocos trabajos han estudiado el impacto de lo vehículos eléctricos en redes eléctricas cuya gestión energética es más complicada debido a su aislamiento de una macrored y con alta penetración de energías renovables, como lo son las microredes. En este marco, esta tesis propone un enfoque novedoso en cuanto a la participación de los usuarios de vehículos eléctricos en la operación y planificación de diferentes sistemas eléctricos de potencia. Esta trata de algunos aspectos principales: disminución de costos de carga, participación en servicios de regulación, aprovechamiento de energía renovable, así como la planificación de generación de una microred incorporando vehículos eléctricos. En una primera parte, se presenta un análisis del vehículo eléctrico y su interacción en sistemas de potencia. De igual manera, se presentan los trabajos de investigación relacionados sobre la temática. En base al análisis de dichos trabajos, esta tesis propone una nueva metodología para optimizar la carga de los vehículos eléctricos. Se propone la participación de un nuevo agente del mercado eléctrico, el Agregador de vehículos eléctricos. Tendrá que gestionar la carga de dichos vehículos en una importante zona, coordinar con el operador de la red para evitar fallos y minimizar los costos de carga. De igual manera, se considera la diferente flexibilidad de los usuarios ya qu podrán escoger una tarifa que se adapte a su disponibilidad en espera y pagar el precio por aquello. La metodología ha sido aplicada a un caso de estudio a la red de Quito, Ecuador. Se propone también la participación en servicios de regulación, necesitando esta vez de usuarios que sean más flexibles al dejar su vehículo conectado a la red. Se considera las tarifas de la parte anterior para realizar dicho estudio. De igual manera, se aplicó al caso de estudio de la red de Quito, Ecuador. Con el crecimiento de las energías renovables, como solar y eólica, la gestión de la electricidad se vuelve más compleja. Con vistas a utilizar el exceso de energía renovable, se propone una tarifa de electricidad que permita al agregador de cargar los diferentes vehículos, tomando en cuenta precios bajos en periodos en donde la energía renovable esté en exceso. Finalmente, se plantea a planificación de generación de una microred que incluya la introducción masiva de vehículos eléctricos. Se aplicó al caso de las islas de Santa Cruz y Baltra, Galápagos, Ecuador, estudiando el impacto en los costos y en el medio ambiente de nueva generación y considerando la variación del precio del diésel debido a su incertidumbre. / In the current context, where global warming is growing progressively, it is fundamental to limit fossil fuels consumption. Hence, transportation is one of the sectors in which several changes are occurring considering the sustainability. The Electric Vehicle appears as a new solution for this gradual change; it does not pollute locally and its energy's balance is very efficient. So, different programs have been proposed for the growth of electric vehicles in the automotive market. Nevertheless, the change from internal combustion vehicles to electric vehicles generates challenges in several aspects, such as the impact in the electric grid of a massive introduction of electric vehicles: voltage drops, power losses, quality of electricity issues, important investments, among others. Several solutions in operation have been formulated, but most of them do not consider the flexibility of users, which is a significant criterion for the electric vehicle acquisition. Moreover, in several works of the literature, many variables are assumed (stateof- charge, routes, type of battery, etc), which can vary significantly depending on the user, so also the results. Finally, few works have studied the impact of electric vehicles in very complex power systems, as the ones that are isolated from a macrogrid and because of significant penetration of renewable energy sources, such as microgrids. In this context, this thesis proposes a novel approach to the participation of the electric vehicle users in operation and planning of different electric power systems. This thesis is intended to cover various topics: charging costs decrease, regulation services participation, use of an excess of renewable energy, and the power generation planning of a microgrid considering the introduction of electric vehicles. In a first part, an analysis of the electric vehicle and its interaction with power systems is presented. Additionally, the principal works on the topic are summarized. Based on the analysis of these works, this thesis proposes a new methodology for optimizing the charge of electric vehicles. The participation of a new agent of the electricity market, the electric vehicle aggregator, is proposed. It has the ability to manage the charge of the electric vehicles in a zone with significant size, to coordinate with the grid operator in order to avoid troubles and to minimize charging costs. Furthermore, the different flexibility of electric vehicle users is considered because they will choose an EV customer choice product (CCP) that is adapted to their waiting needs and to the cost they can pay. The methodology has been applied to a case study in the grid of Quito, Ecuador. The participation in regulation services has been also considered to discuss this participation in Ancillary services. The CCPs from the part before are considered for performing such study but assuming more involvement from the electric vehicle users. The case study of Quito, Ecuador, was also studied. With the growth of renewable energies, such as solar and wind, the electricity management becomes more complicated. In order to use the excess of renewable energy, an EV charging mechanism for the aggregator is proposed, based on low prices when the renewable energy is in excess. Finally, a power generation planning for a microgrid is proposed, considering the massive introduction of electric vehicles. The case of the Santa Cruz and Baltra islands, Galapagos, Ecuador are studied to determine its costs and environmental impacts, based on diesel costs sensitivity studies to account for its uncertainty. / En el context actual, on l'escalfament climàtic és cada vegada més important, hi ha la necessitat de limitar el consum de combustibles fòssils. El transport és un dels sectors en els quals més s'estan generant canvis pel que fa a la sostenibilitat. El vehicle elèctric apareix com una solució per a aquest canvi gradual ja que no contamina localment i el seu balanç energètic és molt eficient. Així, s'han proposat diferents programes per al creixement del vehicle elèctric al parc automotor. No obstant això, el canvi de vehicles de gasolina per vehicles elèctrics generen desafiaments en diversos aspectes, com son l'impacte que ocasiona a la xarxa elèctrica una implantació massiva: caigudes de tensió, pèrdues de potència, problemes amb la qualitat de l'electricitat, inversions importants, disminució de la vida útil dels transformadors, etc. S'han plantejat algunes solucions a la part operativa, però moltes d'elles no han tingut en compte la flexibilitat dels usuaris, la qual cosa és molt important per a l'adopció de vehicles elèctrics. De la mateixa manera, en moltes ocasions, en la literatura s'assumeixen valors per certes variables (estat de càrrega, recorregut, tipus de bateria, etc.) que poden canviar segons el comportament de cada usuari, el que modificaria les previsions realitzades. Finalment indicar que pocs treballs han estudiat l'impacte del que vehicles elèctrics en xarxes elèctriques on la gestió energètica és més complicada a causa del seu aïllament d'una macroxarxa i amb alta penetració d'energies renovables, com ho són les microxarxes. En aquest marc, aquesta tesi proposa un enfocament nou pel que fa a la participació dels usuaris de vehicles elèctrics en l'operació i planificació de diferents sistemes elèctrics de potència. Aquesta tracta alguns aspectes principals: disminució de costos de càrrega, participació en serveis de regulació, aprofitament d'energia renovable, així com la planificació de generació d'una microxarxa incorporant vehicles elèctrics. En una primera part, es presenta una anàlisi del vehicle elèctric i la seva interacció en sistemes de potència. De la mateixa manera, es presenten els treballs de recerca relacionats sobre la temàtica. En base a l'anàlisi d'aquests treballs, aquesta tesi proposa una nova metodologia per optimitzar la càrrega dels vehicles elèctrics. Es proposa la participació d'un nou agent del mercat elèctric, el Agregador de vehicles elèctrics. Haurà de gestionar la càrrega d'aquests vehicles en una important zona, coordinar amb l'operador de la xarxa per evitar fallades i minimitzar els costos de càrrega. De la mateixa manera es considera la diferent flexibilitat dels usuaris ja que podran escollir una tarifa que s'adapti a la seva disponibilitat en espera i pagar el preu per allò. La metodologia ha estat aplicat a un cas d'estudi a la xarxa de Quito, Equador. Es proposa també la participació en serveis de regulació, necessitant aquest cop d'usuaris que siguin més flexibles en deixar el seu vehicle connectat a la xarxa. Es consideren les tarifes de la part anterior per a realitzar dit estudi. De la mateixa manera, es va aplicar al cas d'estudi de la xarxa de Quito, Equador. Amb el creixement de les energies renovables, com solar i eòlica, la gestió de l'electricitat es torna més complexa. Amb vista a utilitzar l'excés d'energia renovable, es proposa un tarifa d'electricitat que permeti a l'agregador de carregar els diferents vehicles, especialment en períodes on l'energia renovable estigui en excés. Finalment, es planteja la planificació de generació d'una microxarxa que inclogui la introducció massiva de vehicles elèctrics. En concret, es va aplicar al cas de la illes de Santa Cruz i Baltra, Galápagos, Equador, estudiant l'impacte de la nova generació en els costos i en el medi ambient i considerant la variació del preu del dièsel, causa de la seva incertesa. / Clairand Gómez, JM. (2018). New strategies for the massive introduction of electric vehicles in the operation and planning of Smart Power Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110971 / TESIS

[ES] El objetivo general de la presente Tesis es investigar metodologías que permitan obtener en tiempo real los parámetros de operación de redes hidráulicas a presión que minimicen el consumo y/o el coste energético, garantizando el cumplimiento de las condiciones de funcionamiento necesarias para una adecuada calidad del servicio. Al tratarse del ámbito de la operación diaria de la red, una de las condiciones indispensables que deben reunir los métodos de optimización es una respuesta lo suficientemente rápida como para que no solo se pueda disponer de las soluciones más convenientes en el momento de ejecutar las consignas de operación, sino que además se habilite un procedimiento flexible que permita dar respuesta a posibles cambios en las predicciones o eventos que puedan producirse. Se ha abordado de manera aislada la optimización energética de los subsistemas de transporte de agua y la de los subsistemas de distribución debido a las distintas características que se pueden observar en ellos. En la parte relativa a los subsistemas de distribución, particularizada al caso de un sistema de riego con bombeo directo a red, se han explorado los métodos metaheurísticos de optimización, realizando varias aportaciones originales orientadas a la mejora en la eficiencia computacional de los mismos, debido a la necesidad de obtener una respuesta rápida compatible con la toma de decisiones en tiempo real. En cuanto a los subsistemas de transporte, se ha explorado la aplicabilidad del método determinista de optimización por programación lineal, a la vista de las importantes ventajas que presenta respecto al resto de métodos generales de optimización. Asimismo, en el contexto de los subsistemas de transporte, se ha trabajado en la definición de una heurística basada en el cálculo del coste energético y/o económico del agua entregada en los puntos de consumo y almacenada en los depósitos intermedios, que ha permitido formular un algoritmo voraz para la optimización energética en cada instante de tiempo. Este método ha conseguido igualar el desempeño alcanzado mediante la programación lineal y se espera que ofrezca unas mejores capacidades en sistemas con un comportamiento marcadamente no lineal, así como también una mejor adaptación a problemas de optimización con la participación de energías renovables. / [CA] L'objectiu general de la present Tesi és la investigació de metodologies que permeten obtindre en temps real els paràmetres d'operació de xarxes hidràuliques a pressió que minimitzen el consum i/o el cost energètic, garantint el compliment de les condicions de funcionament necessàries per a una adequada qualitat del servei. En tractar-se de l'àmbit de l'operació diària de la xarxa, una de les condicions indispensables que han de reunir els mètodes d'optimització és una resposta prou ràpida com perquè no sols es puga disposar de les solucions més convenients en el moment d'executar les consignes d'operació, sinó que a més s'habilite un procediment flexible que permeta donar resposta a possibles canvis en les prediccions o esdeveniments que puguen produir-se. S'ha abordat de manera aïllada l'optimització energètica dels subsistemes de transport d'aigua i la dels subsistemes de distribució (reg per injecció directa) a causa de les diferents característiques que es poden observar en ells. En el treball amb els subsistemes de distribució s'han explorat les possibilitats que ofereixen els mètodes meta-heurístics d'optimització, realitzant diverses aportacions originals orientades a la millora en l'eficiència computacional dels mateixos a causa de la necessitat d'obtindre una resposta més ràpida que siga compatible amb la presa de decisions en temps real. Quant als subsistemes de transport, s'ha explorat l'aplicabilitat del mètode determinista d'optimització per programació lineal a la vista dels importants avantatges que presenta respecte a la resta de mètodes generals d'optimització. Així mateix, en el context dels subsistemes de transport, s'ha treballat en la definició d'una bona heurística basada en el càlcul del cost energètic i/o econòmic de l'aigua entregada en els punts de consum i en els dipòsits intermedis, que ha permés formular un mètode voraç per a l'optimització energètica en cada instant de temps. Aquest mètode ha aconseguit igualar l'acompliment aconseguit mitjançant la programació lineal i s'espera que oferisca unes millors capacitats en sistemes amb un comportament més marcadament no lineal, així com també una millor adaptació a problemes d'optimització amb participació d'energies renovables. / [EN] The general objective of this Thesis is the research of methodologies to obtain in real time the operating parameters of pressurized hydraulic networks that minimize energy consumption and/or cost, ensuring compliance with the operating conditions necessary for an appropriate quality of service. Since this is the field of daily network operation, one of the indispensable conditions that optimization methods must meet is a response fast enough so that not only the most convenient solutions are available at the time of executing the operating instructions, but also a flexible procedure is provided to allow a response to possible changes in the predictions or events that may occur. The energy optimization of the water transport subsystems and that of the distribution subsystems (direct injection irrigation) have been approached separately due to the different characteristics that can be observed in them. In the work with distribution subsystems, the possibilities offered by metaheuristic optimization methods have been explored, making several original contributions aimed at improving their computational efficiency due to the need to obtain a faster response that is compatible with real-time decision making. Regarding transport subsystems, the applicability of the deterministic method of optimization by linear programming has been explored in view of the important advantages it presents with respect to the rest of the general optimization methods. Also, in the context of transport subsystems, there has been a work on the definition of a good heuristic based on the calculation of the energy and/or economic cost of the water delivered at the consumption points and intermediate reservoirs, which has allowed to formulate a greedy method for energy optimization at each time instant. This method has been able to match the performance achieved by linear programming and is expected to offer better capabilities in systems with a more marked non-linear behaviour, as well as a better adaptation to optimization problems involving renewable energies. / Alonso Campos, JC. (2021). Desarrollo e implementación de algoritmos para la optimización energética en tiempo real de redes hidráulicas a presión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180389 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] La energía, la comunicación y la informática son componentes fundamentales de la sociedad moderna, ya que sientan las bases para el desarrollo tecnológico y el crecimiento económico. La estrecha interrelación entre estos pilares se ha hecho cada vez más evidente en los últimos años, a medida que los avances en computación y análisis de datos han permitido nuevos enfoques de gestión y sostenibilidad de la energía. En este contexto, el uso eficiente de la energía se ha convertido en un objetivo clave para los investigadores, los responsables políticos y las empresas por igual. Al aprovechar el poder de las técnicas informáticas y de aprendizaje automático (ML), es posible destacar los desafíos de asegurar los sistemas de energía y optimizar el uso de la energía, lo que lleva a la necesidad de técnicas avanzadas como algoritmos bio-inspirados y redes neuronales. Esta tesis doctoral tiene como objetivo analizar los programas y estrategias de gestión de la carga, el consumo y la demanda en el panorama energético actual. El núcleo central presenta un estudio exhaustivo sobre la integración de algoritmos bio-inspirados, como la optimización de enjambres de partículas (PSO) y los modelos de redes neuronales artificiales (ANN) en los sistemas de gestión de la carga para hacer frente a los retos de la gestión de la carga y utilizar la energía de forma eficiente y segura. El cuerpo principal de esta tesis comprende tres publicaciones científicas, cada una de las cuales corresponde a una etapa distinta dentro del marco general de investigación de este estudio: la primera etapa propone un sistema de monitorización de bajo coste para aplicaciones energéticas que introduce un sistema SCADA basado en web rentable que era un del 80% más barato que una solución similar. La arquitectura de bajo coste propuesta, diseñada para bancos de pruebas de microrredes, ofrece monitorización en tiempo real, accesibilidad remota y control fácil de usar para aplicaciones académicas y de investigación. La segunda etapa combina la optimización híbrida de enjambre de partículas (PSO) en cascada con redes neuronales feed-forward para pronosticar y optimizar con precisión la demanda de energía en una microrred en AC, mejorando la integración de fuentes de energía renovables como gasificación de biomasa. Los resultados muestran que el modelo PSO-ANN propuesto tiene un rendimiento un 23,2% mejor en términos de MSE que los modelos de RNA de retropropagación feed-forward (FF-BP) y propagación directa en cascada (CF-P). La tercera y última etapa se centró en un sistema inteligente de gestión de la carga reforzado con criptografía híbrida para garantizar la comunicación protegida y la privacidad de los datos, abordando así de manera efectiva los desafíos de seguridad energética en entornos residenciales. Los resultados mostraron que el modelo propuesto de Gestión de Carga aplicado a Sistemas Residenciales de Seguridad (SRS-LM) fue un 37% mejor en rendimiento (costo de energía, utilización de energía, tiempo computacional) y con una reducción de carga máxima del 60% en comparación con un modelo de Medidor de Energía Inteligente Universal (USEM). / [CA] L'energia, la comunicació i la informàtica són components fonamentals de la societat moderna, ja que establixen les bases per al desenvolupament tecnològic i el creixement econòmic. L'estreta interrelació entre estos pilars s'ha fet cada vegada més evident en els últims anys, a mesura que els avanços en computació i anàlisi de dades han permés nous enfocaments de gestió i sostenibilitat de l'energia. En este context, l'ús eficient de l'energia s'ha convertit en un objectiu clau per als investigadors, els responsables polítics i les empreses per igual. En aprofitar el poder de les tècniques informàtiques i d'aprenentatge automàtic (ML), és possible destacar els desafiaments d'assegurar els sistemes d'energia i optimitzar l'ús de l'energia, la qual cosa porta a la necessitat de tècniques avançades com a algorismes bio-inspirats i xarxes neuronals. Esta tesi doctoral té com a objectiu analitzar els programes i estratègies de gestió de la càrrega, el consum i la demanda en el panorama energètic actual. El nucli central presenta un estudi exhaustiu sobre la integració d'algorismes bio-inspirats, com l'optimització d'eixams de partícules (PSO) i els models de xarxes neuronals artificials (ANN) en els sistemes de gestió de la càrrega per a fer front als reptes de la gestió de la càrrega i utilitzar l'energia de manera eficient i segura. El cos principal d'esta tesi comprén tres publicacions científiques, cadascuna de les quals correspon a una etapa diferent dins del marc general d'investigació d'este estudi: la primera etapa proposa un sistema de monitoratge de baix cost per a aplicacions energètiques que introduïx un sistema SCADA basat en web rendible que era un del 80% més barat que una solució similar. L'arquitectura de baix cost proposada, dissenyada per a bancs de proves de microxarxes, oferix monitoratge en temps real, accessibilitat remota i control fàcil d'usar per a aplicacions acadèmiques i d'investigació. La segona etapa combina l'optimització híbrida d'eixam de partícules (PSO) en cascada amb xarxes neuronals feed-forward per a pronosticar i optimitzar amb precisió la demanda d'energia en una microxarxa en AC, millorant la integració de fonts d'energia renovables com a gasificació de biomassa. Els resultats mostren que el model PSO-ANN proposat té un rendiment un 23,2% millor en termes de MSE que els models d'RNA de retropropagació feed-forward (FF-BP) i propagació directa en cascada (CF-P). La tercera i última etapa es va centrar en un sistema intel·ligent de gestió de la càrrega reforçat amb criptografia híbrida per a garantir la comunicació protegida i la privacitat de les dades, abordant així de manera efectiva els desafiaments de seguretat energètica en entorns residencials. Els resultats van mostrar que el model proposat de Gestió de Càrrega aplicat a Sistemes Residencials de Seguretat (SRS-LM) va ser un 37% millor en rendiment (cost d'energia, utilització d'energia, temps computacional) i amb una reducció de càrrega màxima del 60% en comparació amb un model de Mesurador d'Energia Intel·ligent Universal (USEM). / [EN] Energy, communication, and computing are critical components of modern society, providing the foundation for technological development and economic growth. The close interrelation between these pillars has become increasingly apparent in recent years, as computing and data analysis advances have enabled new energy management and sustainability approaches. In this context, efficient energy usage has become a key focus for researchers, policymakers, and businesses alike. By harnessing the power of computing and machine learning (ML) techniques, it is possible to highlight the challenges of securing energy systems and optimizing energy usage, leading to the need for advanced techniques such as bio-inspired algorithms and neural networks. This doctoral thesis aims to analyse load consumption and demand management programs and strategies in the current energy landscape. The central core presents an study on integrating bio-inspired algorithms, such as particle swarm optimization (PSO) and artificial neural networks (ANN) models in load management systems to meet load management challenges and use energy efficiently and securely. The main body of this thesis comprises three scientific publications, each corresponding to a distinct stage within the overarching research framework of this study: the first stage covers the proposal of a low-cost architecture in energy systems introducing a cost-effective web-based SCADA system that was over 80% cheaper than a similar solution. The proposed low-cost architecture, tailored for microgrid testbeds, offers real-time monitoring, remote accessibility, and user-friendly control for academic and research applications. The second stage combined a cascade hybrid Particle Swarm Optimization (PSO) with feed-forward neural networks to accurately forecast and optimize energy demand in an AC microgrid, notably enhancing the integration of renewable energy sources like biomass gasification. The results showed that the proposed PSO-ANN model performs 23.2% better in terms of MSE than Feedforward Backpropagation (FF-BP) and Cascade forward propagation (CF-P) ANN models. The third and final stage focused on a smart load management system fortified with hybrid cryptography to ensure protected communication and data privacy, thereby effectively addressing energy security challenges in residential settings. Results showed that the proposed Security Residential System Load Management (SRS-LM) model was 37% better in performance (power cost, power utilization, computational time) and with a 60% peak load reduction compared to a Universal Smart Energy Meter (USEM) model. / Chiñas Palacios, CD. (2024). Bio-Inspired Algorithms and Artificial Neural Networks Applied to Smart Load Management Systems to Optimize Energy Usage [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203128 / Compendio

This paper analyzes, from an auction design perspective, the results of the auction of renewable energy that the Peruvian State has initiated since 2008, allowing to show significant results such as the introduction of new technologies for power generation with low CO2 emissions, competitive prices and high levels of competition. Although they are also shown the outstanding issues as the lack of clear direction and heading for future of renewable energy, as well as the need to strengthen institutions to create areas of renewable energies to integrate synergies around the energy transition. / El presente artículo analiza, desde la perspectiva del diseño de subastas, los resultados obtenidos en las subastas de energías renovables que el Estado Peruano ha iniciado desde el año 2008, permitiendo mostrar importantes resultados como la introducción de nuevas tecnologías de generación de electricidad con bajas emisiones de CO2, precios competitivos y altos niveles de competencia. También se muestran los temas pendientes como la falta de dirección y rumbo claros para el futuro de las energías renovables, así como la necesidad de fortalecer las instituciones para crear áreas de energías renovables que integren las sinergiasexistentes en torno a la transición energética.