El uso de la energía eléctrica es indispensable en la vida diaria de las personas. Demográficamente, gran parte del sector urbano cuenta con acceso a este servicio; sin embargo, en el sector rural existen grupos humanos que no tienen acceso a este recurso. Dada esta necesidad, se ha ido impulsando el uso tecnologías renovables, entre las cuales la hidroeléctrica se presenta como la más viable, teniendo en cuenta la geografía del país, con la finalidad de facilitar el acceso a este tipo de energía. En el presente trabajo, utilizando el método de la matriz morfológica, se diseñó un sistema generador hidroeléctrico portable que aprovecha el desplazamiento de masas de agua en canales como fuente de energía cinética. Para ello se empleó una turbina hidrocinética, la cual adquiere un movimiento rotatorio al paso del fluido con la finalidad de convertir la energía cinética en mecánica. Asimismo, gracias a un generador de imanes permanentes acoplado al eje de la turbina en movimiento se puede generar electricidad alterna. Luego, esta corriente fue acondicionada para la carga de dispositivos electrónicos mediante un circuito rectificador y un regulador de tensión. Por último, se logró diseñar una máquina de cumple con los requerimientos y exigencias de diseño que garanticen la generación de 10W de potencia eléctrica. Además, se resalta la importancia que significaría el uso de esta máquina en zonas remotas y la implicancia en la calidad de vida de las personas de estas regiones.

The research work presented in this memorandum deals with the synthesis of advanced activated carbon materials in order to use them for hydrogen storage application. A total number of 90 samples are investigated, comprising activated carbon fibers (ACFs ), activated carbon nanofibers (ACNFs), as well as activated carbon monoliths from different synthetic precursors (ACFs and PVDC-based). After a broad introduction, the experimental characterization methods are explained which include: Textural analysis via sub-atmospheric adsorption isotherms ofN2 at 77 K and of CO2 at 273 K, thermogravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), different techniques for material density measurements, as well as the use of a number of hydrogen adsorption devices which permit measurements under different temperature-pressure conditions (ranging from high precision sub-atmospheric measurements to high pressure, as well as from cryogenic to room temperature ). For material synthesis, different methods are applied: Physical activation with CO2, chemical activation with hydroxides (KOH and NaOH), as well as monolith synthesis. For ACFs, different activation conditions are investigated which develop appropriate adsorbent characteristics for H2 adsorption. Here, aside from the nature and amount of the activating agent, also the carbonization temperature of the carbon fiber precursor plays a key role. A scale-up ACF production is performed, yielding in an output one order of magnitude higher than for laboratory scale synthesis. For a selection of ACFs H2 adsorption is measured at 298 K and 20 MPa and 77 K and 4 MPa. The total storage capacity is introduced which, apart from the adsorbed phase, also accounts for the compressed gas in the void space of the adsorbent. This quantity only depends on measurable sample characteristics (H2 adsorption amount, as well as bulk and real densities) and permits to estimate how much gas can be stored in a confined tank volume. Especially at 298 K the adsorbent density has a high impact on the total H2 storage capacity. Therefore, the density of the ACFs is increased by synthesizing monoliths from them. Furthermore, another class of high-density monoliths is investigated, whose adsorption characteristics are improved by CO2 activation. On a volumetric basis these materials outperform adsorbents with very high surface areas like Maxsorb or MOF-21 O, and achieve high total storage capacities up to 18.1 g r1. For carbon nanofiber activation, CO2 turns out to result in better bespoke porosity for H2 adsorption than other activating agents like hydroxides or steam. Their density is improved by monolith synthesis. Especially interesting H2 adsorption results are obtained for the nanofibers at 298 K and 20 MPa, where a hydrogen uptake of 1.2 wt.% is measured, which is more than would be expected from their porosity. finally, the system storage capacity and the dimensionless quantity K are introduced which allow to determine if a given storage tank device can be improved by filling it with an adsorbent. The calculations are done for a number of state-of-the-art tanks and using different materials from this study. The results reveal that in volumetric terms the system storage capacities can be easily improved. On a gravimetric basis, it is expected that the storage capacities could be improved for optimized tank devices.

La implementación de turbinas para el aprovechamiento de energías renovables ha sido crucial para la evolución del hombre en los procesos de producción de energía, esta producción se debe al aprovechamiento de la energía cinética, convirtiéndola en energía mecánica para luego transmitir dicha energía a un generador volviéndola así energía eléctrica. Al pasar los años esa conversión de energía produce un desgaste en los componentes de la turbina, en especial en el eje, ya que al ser el transmisor de la energía mecánica está expuesto a los cambios de temperatura, a los esfuerzos mecánicos y a la fatiga que produce la continua rotación con los alabes. Todo esto produce la drástica disminución de la vida útil en el eje de la turbina. En la presente tesis tiene por objetivo realizar un análisis de fatiga en el eje de la turbina utilizando el software computacional SolidWorks con el fin de evaluar la vida útil del eje de acero con un material compuesto AISI 4135 y concluir cual es el material óptimo para el eje. / The implementation of turbines for the use of renewable energies has been crucial for the evolution of man in the processes of energy production, this production is due to the use of kinetic energy, converting it into mechanical energy and then transmitting this energy to a generator, thus turning it into electrical energy. Over the years, this energy conversion produces wear in the turbine components, especially in the shaft, since it is the transmitter of mechanical energy and is exposed to temperature changes, mechanical stresses and fatigue caused by the continuous rotation with the blades. All this causes the turbine shaft life to decrease considerably. The objective of this thesis is to perform a fatigue analysis on the turbine shaft using the SolidWorks computational software in order to evaluate the service life of the steel shaft with an AISI 4135 composite material and to conclude which is the optimum material for the shaft.

El ingreso de inversiones en generación con recursos energéticos renovables no convencionales ha dado como resultado una participación cercana al 5% en la producción nacional, sin embargo, los costos de inversión de estas tecnologías se han ido reduciendo significativamente a lo largo de los años, hoy en día a nivel mundial los precios están muy bajos. Esa realidad, también se ha presentado en el Perú, pero no ha hay una penetración como ocurre en los demás países, distintos factores que se han cambiado en los últimos meses del año 2019, como el reconocimiento de la potencia firme, puede ser el punto de partida para que estas nuevas tecnologías puedan lograr tener una mayor participación en el abastecimiento de la demanda en el país. La metodología se basa en determinar los costos de abastecimientos para las empresas distribuidoras, que considera la participación de las generadoras que usan recursos renovables no convencionales, y se consideran bloques horarios de energía para que estas tecnologías se incorporen vía estas subastas. Inicialmente se hace una descripción de la regulación en Perú y cuáles han sido los resultados de la aplicación de la misma para la incorporación de las centrales que usan recursos energéticos renovables no convencionales. Así mismo, en este trabajo se revisa los distintos incentivos que existen en países de la región para tratar de proponer una alternativa regulatoria que permita acelerar la penetración de estas nuevas tecnologías. Finalmente se hace una propuesta que tiene una aplicación similar en un país vecino y se establecen algunas premisas que deben considerarse para implementar la misma en las actividades comerciales que hoy día se desarrollan en nuestro país. Se concluye que, la asignación por bloques en los procesos de licitación para el suministro de las empresas distribuidoras, reducen su costo de abastecimiento.

La importancia de estudiar este tema en particular radica en la baja proporción de empresas en el Perú que se dedican a la producción y ensamble de productos, debido a que las empresas más grandes actualmente se dedican a las actividades económicas extractivas o de servicios. El Perú tiene el acceso a una gran cantidad de recursos energéticos debido a su excelente localización, sin embargo, no siempre se aprovecha en su totalidad. La metodología para este trabajo ha sido descriptiva, buscando información de diversas fuentes reconocidas en temas de energías renovables. Además, se ha indagado en artículos y bases de datos gubernamentales datos que sustenten la explicación de los conceptos y la situación actual de las energías renovables en el Perú. Este trabajo se enfoca en explorar cuáles son los diversos tipos de energía y cómo se relacionan con la matriz energética del país. Explorar los beneficios de la energía solar en aspectos sociales, económicos y ambientales y cómo es que los distintos tipos de energía renovable permiten mejorar la calidad de vida de los peruanos que aún no tienen acceso a servicios básicos eléctricos a través de proyectos de Electrificación Rural. Finalmente, se concluye que las energías renovables y, en especial, la energía solar fotovoltaica se muestran como el futuro de la matriz energética del Perú, siendo prioridad en proyectos de electrificación rural, beneficiando cada vez a más peruanos a acceder a servicios de calidad.

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

El presente estudio tiene como objetivo determinar las características del marco de trabajo, que incluye las competencias y factores externos e internos, que emplea el Grupo de Apoyo al Sector Rural de la Pontificia Universidad Católica del Perú en el proyecto Living Lab Huyro, desarrollado por este en el distrito de Huayopata, Cusco. Este estudio plantea dar respuesta a una pregunta con base en un problema de investigación que radica en la escasez de estructuras de trabajo e información para el diagnóstico de competencias y consideraciones vitales para la planificación y ejecución de este tipo de proyectos, sobre todo aquellos que buscan dar solución a recursos de mucha importancia para el crecimiento de las comunidades y zonas rurales que en este caso se trató del acceso a fuentes de energías limpias y renovables ante una carente distribución en la zona. Sin embargo, desde un comienzo el grupo investigador se encontró con situaciones y obstáculos que impedían acercarse lo suficiente a la realidad de la zona y del proyecto, pues este se realiza dentro de la temporalidad de la pandemia por el virus SARS-CoV 2. Sin embargo, se buscó superar esta dificultad utilizando herramientas digitales que permitieran una correcta y eficiente transferencia de información desde el equipo investigador hacia el distrito y la organización del proyecto. Como parte del esquema de la investigación, a su vez, se realizó una investigación profunda sobre la teoría existente en materia de la gestión de innovación tecnológica y proyectos de energía renovable, que al final guiaron la investigación hacia los trabajos realizados por Arciénaga (2018) y Guinjoan (2016) como base teórica y analítica para el desarrollo del presente estudio. Asimismo, se emplearon diversas herramientas para la metodología de la investigación, siendo las más contribuyentes las entrevistas con miembros del proyecto, ya sean de la zona o el sujeto de estudio, así como también la observación y revisión documentaria lo cual resultó fundamental para el diagnóstico y posterior mapeo de conclusiones y recomendaciones. Se determinó que el Grupo de Apoyo al Sector Rural desarrolla diversas competencias en sus miembros y hacia los y las pobladoras del distrito que se rigen en base al grado de acción requerido para la técnica del proyecto tecnológico. Asimismo, se tomaron en cuenta ciertos aspectos externos e internos en cierta medida lo que ayudó a responder la pregunta de investigación con satisfacción.

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110971

Tesis por compendio / [ES] La energía juega un papel fundamental en el desarrollo sostenible de las comunidades. Así, proporcionar recursos energéticos fiables, económicamente aceptables, medioambientalmente respetuosos y socialmente beneficiosos, resulta esencial para el desarrollo sostenible de las mismas. A pesar de la universalidad de dicha definición, el uso de la energía está muy vinculada al nivel de desarrollo de los países. De este modo, la problemática energética de los países desarrollados contrasta enormemente con la de los países en desarrollo. En esta tesis doctoral se ha identificado la principal problemática energética de ambas realidades: grave impacto medioambiental de los modelos de generación del transporte tradicionales en los países desarrollados y pobreza energética en los países en desarrollo. A partir del compendio de artículos científicos de esta tesis doctoral se ha caracterizado el uso de sistemas renovables avanzados que permite solucionar dicha problemática de forma sostenible. En concreto, el principal problema energético en países desarrollados ha sido tratado mediante la planificación energética y el diseño óptimo de sistemas híbridos de energías renovables (HRES por sus siglas en inglés) en electrolineras, necesarios para la introducción de vehículos eléctricos como alternativa de movilidad sostenible. Por otro lado, el estudio de metodologías de diseño óptimas de HRES off grid y de las estufas para cocinar mejoradas mediante gasificación de biomasa se ha focalizado en la inaccesibilidad eléctrica y a sistemas de cocina limpia que sufren las comunidades en desarrollo. Así, esta tesis aporta una serie de metodologías para optimizar y adecuar los sistemas renovables presentados para el desarrollo energético sostenible de las comunidades. Además, no sólo demuestra la idoneidad de estos sistemas para dicho fin, sino también su versatilidad de aplicación en función del nivel de crecimiento de las comunidades. / [CA] L'energia juga un paper fonamental en el desenvolupament sostenible de les comunitats. Així, proporcionar recursos energètics fiables, econòmicament acceptables, mediambientalment respectuosos i socialment beneficiosos, resulta essencial per al desenvolupament sostenibles de les mateixes. A pesar de la universalitat d'aquesta definició, l'ús de la energia està vinculada al nivell de desenvolupament dels països. D'aquesta manera, la problemàtica energètica dels països desenvolupats contrasta enormement amb la dels països en desenvolupament. A aquesta tesis doctoral s'ha identificat la principal problemàtica energètica d'ambdues realitats: greu impacte mediambiental dels models de generació del transport tradicional en els països desenvolupats i pobresa energètica en els països en desenvolupament. A partir del compendi d'articles científics d'aquesta tesis doctoral s'ha caracteritzat l'ús de sistemes renovables avançats que permet solucionar aquesta problemàtica de manera sostenible. En concret, el principal problema energètic en països desenvolupats s'ha tractat mitjançant la planificació energètica i el disseny òptim de sistemes híbrids d'energies renovables (HRES, per les seues segles en anglès) en electrolineres, necessaris per la introducció de vehicles elèctrics com alternativa de mobilitat sostenible. D'altra banda, l'estudi de metodologies de disseny òptimes de HRES off grid i d'estufes per a cuinar millorades mitjançant gasificació de biomassa s'ha focalitzat en la inaccessibilitat elèctrica i a sistemes de cuina neta que pateixen les comunitats en desenvolupament. Així, aquesta tesis aporta una sèrie de metodologies per optimitzar i adequar el sistemes renovables presentats per al desenvolupament energètic sostenible de les comunitats. A més, no tan sols demostra la idoneïtat d'aquests sistemes per a aqueix fi, sinó també la seua versatilitat d'aplicació en funció del nivell de creixement de les comunitats. / [EN] Energy plays a significant role for the sustainable development of communities. Hence, supplying reliable energy resources, which result economically acceptable, environmentally friendly and socially beneficial, arises as essential for their sustainable development. Despite the universality of such definition, the energy use is highly linked to the development degree of the countries. Thus, energy problems of developed countries sharply contrast with those of developing countries. This doctoral thesis identifies the main energy issues of both realities: severe environmental impact of energy generation models for traditional transport in developed countries and energy poverty in developing countries. The compendium of scientific papers of this doctoral dissertation characterizes the use of advanced renewable energy systems to solve such problems in a sustainable way. Namely, the main energy issue in developed countries has been addressed by means of energy planning and the optimal design of Hybrid Renewable Energy Systems (HRES) in electric vehicle charging stations, which ensure the introduction of electric vehicles as a sustainable mobility alternative. Moreover, the study of methodologies for the optimal design of off grid HRES and improved cooking stoves based on biomass gasification have approached the inaccessibility to electricity and to clean cooking systems that developing communities suffer. Therefore, this thesis provides a number of methodologies to optimize and adapt the presented renewable energy systems for the sustainable energy development of communities. Furthermore, it demonstrates not only the suitability of these systems for such aim, but also their versatility of application regarding the growing degree of the communities. / Bastida Molina, P. (2021). Estudio de sistemas renovables avanzados para el desarrollo energético sostenible [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172548 / Compendio

Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad, distintas naciones de América del Sur han demostrado un interés por desarrollar interconexiones entre sus sistemas eléctricos de potencia, de la misma forma en que se han desarrollado estos sistemas en otros continentes. Asimismo, a nivel mundial se han comenzado implementar políticas para promover la utilización de energías renovables en el mercado de generación eléctrica. Ambas visiones políticas sobre el futuro de los sistemas eléctricos de potencia en la región sudamericana, permiten identificar una oportunidad para el desarrollo de centrales de generación solar en el norte de Chile, considerando su localización y sus altos niveles de radiación. En los últimos años, se han llevado a cabo diversos trabajos sobre los efectos técnicos y económicos de proyectos de interconexión entre sistemas eléctricos de Sudamérica, que se basan en estudios de operación de largo plazo, los cuales no consideran el impacto de las energías renovables en la operación del sistema. En este contexto, este trabajo de memoria propone una metodología de estudio de la factibilidad técnica y económica de distintos escenarios de interconexión entre sistemas eléctricos y proyecciones de generación solar a partir de la modelación de su operación de corto plazo. De esta manera, los resultados permiten internalizar los efectos de variabilidad horaria que introducen las energías renovables en la operación. En la metodología propuesta, se ha modificado una herramienta de simulación que permite resolver el problema de predespacho. Las modificaciones implementadas han permitido analizar sistemas hidrotérmicos multinodales con elementos de almacenamiento de energía y centrales renovables solares y eólicas. De esta manera, ha sido posible incluir distintos escenarios de interconexión y de generación solar al estudio. Se define, además, un conjunto de indicadores económicos que permite cuantificar los beneficios que recibe el sector de generación y demanda, evaluando además el beneficio ambiental que otorga la reducción de emisiones de dióxido de carbono al ambiente. Se incluye para cada escenario un análisis de los costos de interconexión y rentabilidades de las proyecciones solares. La metodología ha sido aplicada a un caso de interconexión entre el Sistema Interconectado del Norte Grande chileno y el Sistema Interconectado Nacional peruano, considerando distintos niveles de capacidad de transmisión y distintos niveles de generación solar en el primero. A base de los supuestos de modelación, se estima un límite económico de la interconexión en torno a los 1500 MW. En términos de potencial económico de energía solar, en el caso aislado, el sistema SING alcanza una capacidad adicional de 500 MW, a los que se les suman 690 MW ya considerados en el plan de obras. Por su parte, en el caso de interconexión con Perú, este potencial adicional aumenta a 1500 MW. Finalmente, se concluye que la interconexión de sistemas propicia el desarrollo de proyectos solares, aumentando las capacidades factibles a instalar en comparación con los escenarios aislados, ya que se generan condiciones favorables como la ampliación del mercado de consumidores, la utilización de embalses para el almacenamiento de la energía solar generada durante el día y la complementariedad horaria con aquellos sistemas que tienen altos niveles de demanda en horas en que el territorio chileno aún cuenta con radiación solar disponible. El estudio permite cuantificar el efecto de altos niveles de proyección solar y sistemas de almacenamiento sobre los costos operativos del sistema. Como trabajo futuro se recomienda estudiar otros casos de interconexión, incluir nuevos indicadores y perfeccionar la simulación de corto plazo del sistema.