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.

Les dues principals contribucions d'aquesta tesis son:1. una comparació entre els dos instruments per a la promoció de l'electricitat renovable, és a dir, feed-in laws I quotes.2. una proposta per a l'harmonització de feed-in laws a la Unió europeaLa tesis està estructurada en cinc parts.La Part I explica el sector elèctric liberalitzat, així com les tecnologies existents per electricitat renovable. D'aquestes tecnologies, les que tenen ritmes de creixement majors Durant la última dècada son la solar fotovoltaica i l'energia eòlica. La Part I també explica els principals atributs i impactes de les energies renovables.La Part II descriu els sistemes, polítiques, mesures i estratègies de finançament per a la promoció de l'electricitat renovable. Els dos instruments més importants són les quotes i els feed-in laws, també coneguts com a tarifes. En un sistema de quotes, s'estableix un objectiu (la quota) d'energies renovable, i es crea un mercat per certificats d'electricitat renovable, de manera que s'aconsegueixi l'objectiu establer d'una manera eficient. En un sistema de tarifes, es garanteix als generadors d'electricitat renovable la compra de tota la seva producció a un preu mínim.A part de quotes i tarifes, la tesis descriu altres mecanismes i polítiques, tals com sistemes de subhasta, mercats voluntaris, exempcions fiscals, fons d'energia neta, comptadors reversibles, subsidis, i inversió pública en recerca i desenvolupament.. La Part II també considera aspectes tals com accés a la xarxa, definicions i estàndards tècnics, assumptes administratius, establiment d'objectius, educació i conscienciació pública, estratègies de finançament, i gestió de risc. La Part III descriu estudis de cas. Aquesta tesis no pretén ser un compendi estadístic de totes les polítiques existents a tots els països: Per això uns quants països de la Unió Europea es fan servir com a estudi de cas. La selecció de països s'ha fet pels següents motius: Alemanya i Espanya perquè il·lustren casos exitosos de polítiques de tarifes i primes; Dinamarca perquè es un dels països pioners en el desenvolupament de l'energia eòlica i els sistemes de tarifes que il·lustra els efectes negatius dels canvis de política; França per que il·lustra un sistema hostil a les energies renovables; els Països Baixos com un exemple de multiplicitat de polítiques; Irlanda perquè és un exemple de sistemes de subhasta; Suècia com un exemple de mercats voluntaris i sistemes fiscals verds; i el Regne Unit com un exemple de quotes. també es descriu els Estats Units d'Amèrica, així com el context de la Unió europea, i en particular respecte a la Directiva 2001/77/CE per a la promoció d'electricitat renovable. La Part IV compara sistemes de quotes i tarifes en aspectes tals com l'eficiència, l'efectivitat, els incentius per a la innovació, l'eficiència sota incertesa, assumptes administratius, riscs regulatoris, finançament, discriminació tecnològica i distribució territorial. La Part IV conclou que les tarifes són instruments superiors a les quotes. La Part V proposa i elabora polítiques per a l'harmonització dels sistemes de tarifes a la Unió Europea. En concret, proposa una metodologia per a l'harmonització basada en un sistema de primes, amb una prima modular i transparent per als productors d'electricitat renovable. Aquesta prima consideraria els costs tecnològics, els serveis a la xarxa, incentius polítics, i prioritats nacionals. L'enfoc que es proposa inclou mecanismes de flexibilitat per actualitzar les primes, per evitar beneficis inesperats, i per repartir els beneficis de la innovació tecnològica entre els productors i els consumidors, tot i mantenint els incentius per a la innovació. Els mecanismes de flexibilitat inclouen un mecanisme automàtic de revisió d'objectius, un sistema de revisió de primes i un llindar de rendibilitat. Les propostes de la Part V estan basades en la revisió dels principals aspectes de les lleis Alemanyes i Espanyoles. / The two main contributions of this dissertation are: 1. a comparison between two types of policy instruments for the promotion of renewable electricity, namely quotas and feed-in laws; and 2. a proposal for harmonization of feed-in laws in the European Union. This dissertation is structured in five parts. Part I explains the deregulated electricity sector and the existing renewable electricity technologies. Among these technologies, the ones with the highest growth rates in the last decade are solar photovoltaic and wind power. Part I also explains the main attributes and impacts of renewable electricity technologies. Part II describes the existing support schemes, policies, measures and financing strategies for the promotion of renewable electricity. The two most important policy instruments are quotas and feed-in laws. Under a quota system, a target (the quota) is mandated for renewable electricity, and a market for renewable electricity certificates is created, to achieve the established target in a cost-efficient way. Under a feed-in law scheme, renewable electricity generators are guaranteed that all their renewable electricity will be bought at a minimum price. Besides quotas and feed-in laws, other schemes and policies are described, such as tendering systems, voluntary markets, tax credits, clean energy funds, net metering, subsidies, and public research and development. Part II also addresses aspects such as grid access, definitions and standards, administrative issues, target setting, awareness and education, financing strategies, and risk management. Part III describes country case studies. Because this dissertation does not pretend to be a compendium of data or existing policies in all countries, a few countries in the European Union have been selected. The selection of countries was broadly made for the following reasons: Germany and Spain because they illustrate successful feed-in systems; Denmark because it is also one of the pioneers of wind power and feed-in laws and illustrates the negative effects of policy changes; France because it illustrates a system hostile to renewables; the Netherlands because it is an example of multiplicity of policies; Ireland because it is an example of tendering systems; Sweden as an example of voluntary markets and green taxes; and the United Kingdom as an example of quotas. The United States is also described, as well as the context of the European Union, particularly with regards to Directive 2001/77/EC on the promotion of renewable electricity. Part IV provides a comparison between feed-in-laws and quota systems in respect of efficiency, effectiveness, induced innovation, efficiency under uncertainty, administrative issues, regulatory risk, funding, discrimination among technologies and geographical dispersion. Part IV concludes that feed-in laws are superior policy instruments with regards to all those aspects, in some cases based on theory and in some on empirical evidence. Part V elaborates policy proposals for the harmonization of feed-in laws in the European Union. In particular, it proposes a methodology for harmonization based on a feed-in law with a modular and transparent premium for renewable electricity producers. This premium considers technology costs, some grid services, political incentives and national priorities. The proposed approach includes flexibility mechanisms to update and revise premiums, to avoid windfall profits for producers, and to share technology innovation benefits with electricity consumers while maintaining incentives for innovation. The flexibility mechanisms include a profitability threshold, an automated premium revision, and a target revision trigger. The proposals on Part V are based on the review of the main features of the German and Spanish feed-in laws. Other considerations necessary for harmonization and not described elsewhere in the dissertation are also taken into account in Part V, such as ownership of rights derived from renewables, and exceptions for small non-commercial producers and energy¬intensive industries.

El presente trabajo consiste en el diseño de un sistema de obtención de la energía de las olas para ser convertida en electricidad. El objetivo es que éste pueda ser utilizado en aplicaciones de pequeña y mediana escala ubicadas en el borde costero, las cuales se encuentren alejadas de la red eléctrica de potencia. Se busca obtener un producto económico y limpio que resulta ser una alternativa válida versus la generación de electricidad con combustibles fósiles. Con el fin de contextualizar la generación de electricidad a partir de la energía de las olas, se hace una revisión de las formas de extracción de energía a partir del océano, sus manifestaciones y los principios de conversión. Además se hace una revisión de distintas tecnologías de generación que actualmente se encuentran en funcionamiento o en fase de investigación. Tomando como punto de partida un prototipo existente de obtención de energía a partir de las olas, se especifican y dimensionan los dispositivos elementales para llevar a cabo la conversión mecánica, obteniendo como resultado una rotación a velocidad variable de un eje que puede ser acoplado a un generador eléctrico. La utilización de un generador sincrónico de imanes permanentes resulta ser la mejor alternativa frente a un escenario alejado de la red eléctrica de potencia y un rotor que gira a velocidad variable. Representa un menor costo de inversión y mantención, además de mayor eficiencia frente a su símil, el generador sincrónico con control de excitación. Con el fin de optimizar el suministro de energía eléctrica a los consumos, se incorpora un conversor DC-DC controlado por un microcontrolador, el cual principalmente se encarga de maximizar la eficiencia en la conversión en función de las variables eléctricas y la velocidad de giro del alternador. Se realiza una simulación del comportamiento del sistema de conversión mecánica a eléctrica bajo un escenario supuesto, obteniendo una aproximación de la potencia generada. Se propone una metodología para dimensionar un banco de baterías con el fin de aprovechar el excedente de energía. Se considera además la incorporación de un inversor de voltaje a fin de disponer de electricidad en corriente alterna. Finalmente se proponen fabricantes para los dispositivos que deben ser adquiridos en el mercado y se evalúan sus costos. Se sugieren mejoras a dispositivos, principalmente mecánicos, que representan las mayores dificultades en cuanto a eficiencia energética.

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31636

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.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables

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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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.