Tesis por compendio / [ES] Dos aspectos críticos en la operación de una microrred son las estrategias de control y gestión de potencia implementadas, las cuales son esenciales para proporcionar su buen funcionamiento. La aplicación adecuada de dichas estrategias permite compensar los desequilibrios de potencia causados por la discontinuidad de la generación y de la demanda de energía en las microrredes. En este sentido, el objetivo global de estas estrategias de gestión es equilibrar adecuadamente el flujo de potencia en la microrred, mediante la aplicación de diferentes algoritmos que permiten cumplir con los criterios de estabilidad, protección, balance de potencia, transiciones, sincronización con la red y gestión adecuada de la microrred. En el caso de microrredes de pequeña escala de potencia con bajo número de generadores y sistemas de almacenamiento distribuidos, las estrategias de control centralizado ofrecen un alto nivel de flexibilidad para lograr funcionalidades avanzadas en la microrred y una adecuada distribución de la potencia entre los convertidores que la conforman. Esta tesis se ha enmarcado en el contexto de algoritmos de gestión centralizada de potencia de una microrred de generación distribuida en modo conectado a red. Los algoritmos presentados se pueden aplicar a los convertidores de potencia conectados al bus DC de una microrred AC/DC híbrida o en una microrred de DC, donde el despacho de potencia es observado y gestionado por un controlador central. Este último adquiere datos del sistema mediante una infraestructura de comunicaciones y estima la potencia que gestionará cada uno de los convertidores de potencia, sistemas de almacenamiento y cargas en funcionamiento. En este estudio se muestra la validación experimental de las estrategias de gestión aplicadas en la microrred desde el enfoque del comportamiento de los convertidores de potencia, de las baterías y las cargas ante dicha gestión. Se verifica la estabilidad de la microrred sometiendo a los convertidores a diferentes escenarios de funcionamiento. Estos escenarios pueden ser fluctuaciones en la irradiación, la demanda, el estado de carga de las baterías, los límites máximos de exportación/importación de potencia desde/hacia la microrred hacia/desde la red principal y de la tarifa eléctrica. Adicionalmente, se propone un sistema de almacenamiento de energía en baterías encargado de mantener el equilibrio de potencia en el bus de DC de la microrred que permite aprovechar las fuentes de generación renovables presentes en la microrred y maximizar el tiempo de servicio de las baterías mediante la aplicación de un algoritmo de carga de las baterías. Este último se ajusta al procedimiento de carga especificado por el fabricante, estableciendo las tasas de carga en función de los escenarios en que la microrred se encuentre. El procedimiento de carga en las baterías es fundamental para garantizar las condiciones adecuadas de operación de las mismas, ya que toman en consideración los parámetros establecidos por el fabricante, como son: tasas de carga/descarga, tensión máxima de carga, temperaturas de operación, etc. / [CA] Dos dels aspectes crítics en l'operació d'una micro-xarxa són les estratègies de control i gestió de potència implementades, les quals són essencials per proporcionar el seu bon funcionament. L'aplicació adequada de dites estratègies permet compensar els desequilibris de potència causats per la discontinuïtat de la generació i demanda d'energia en les micro-xarxes. En aquest sentit, l'objectiu global de les nomenades estratègies de gestió és equilibrar adequadament el flux de potència en la micro-xarxa mitjançant l'aplicació de diferents algoritmes que permeten complir amb els criteris d'estabilitat, protecció, balanç de potència, transicions, sincronització amb la xarxa i gestió adequada de la micro-xarxa. En el cas de micro-xarxes de potència a petita escala i amb baix nombre de generadors i sistemes d'emmagatzematge distribuïts, les estratègies de control centralitzades ofereixen un alt nivell de flexibilitat per aconseguir funcionalitats avançades en la micro-xarxa i una adequada distribució de la potència entre els convertidors que la conformen. Aquesta tesi s'ha emmarcat al context d'algoritmes de gestió centralitzada de potència d'una micro-xarxa de generació distribuïda en mode de connexió a xarxa. Els algoritmes presentats es poden aplicar als convertidors de potència connectats al bus DC d'una micro-xarxa AC/DC hibrida o en una micro-xarxa de DC, on el despatx de potència és observat i gestionat per un controlador central. Aquest últim adquireix dades del sistema mitjançant una infraestructura de comunicacions i estima la potència que gestionarà cadascun dels convertidors de potència, sistemes d'emmagatzematge i càrregues en funcionament. En aquest estudi es mostren la validació experimental de les estratègies de gestió aplicades en la micro-xarxa des d'un enfocament dels convertidors de potència, de les bateries i les càrregues davant d'aquesta gestió. Es verifica l'estabilitat de la micro-xarxa exposant als convertidors a diferents escenaris de funcionament. Aquest escenaris poden ser fluctuants en la irradiació, la demanda, l'estat de càrrega de les bateries, els límits màxims d'exportació/importació de potència des de/cap a la micro-xarxa cap a/des de la xarxa principal i de la tarifa elèctrica. Addicionalment, es proposa un sistema d'emmagatzematge d'energia en bateries encarregats de mantindre l'equilibri de potència al bus DC de la micro-xarxa i que permet aprofitar les fonts de generació renovables presents en la micro-xarxa i maximitzar el temps de servei de les bateries mitjançant l'aplicació d'un algoritme de càrrega de bateries. Aquest últim s'ajusta al procediment de càrrega especificat pel fabricant, establint les taxes de càrrega en funció dels escenaris en que la micro-xarxa es trobe. El procediment de càrrega a les bateries es fonamental per garantir les condicions adequades d'operació de les mateixes, ja que prenen en consideració els paràmetres establerts pel fabricant, com ara són: taxes de càrrega/descàrrega, tensió màxima de càrrega, temperatures d'operació, etc. / [EN] Two critical aspects in microgrids operation are the control and power management strategies, which are essential for their efficient operation. The adequate application of these strategies allows compensating the power imbalance caused by the discontinuity in the energy generation or changes in the power demand of the microgrid. In this sense, the overall objective of these power management strategies is to keep the power balance between the generation and the demand in the microgrid through the application of different algorithms that fulfill the criteria of stability, protection, smooth transitions and synchronization with the main grid. In the case of small-scale microgrids with a low number of distributed generators and energy storage systems, the centralized control strategies offer a higher level of flexibility to achieve advanced features in the microgrid and for the suitable power sharing between the converters that compose it. This thesis has been focused on centralized power management algorithms of a microgrid working in grid connected mode. These algorithms can be applied to the power converters connected to the DC bus of both hybrid AC/DC and DC microgrids, where the power dispatch is controlled by a central controller which acquires system data through a communication infrastructure and sets the power to be managed by each of the converters under operation. In this thesis, the experimental validation of the power management strategies of the microgrid is presented, from the point of view of the behavior of the power converters, batteries and loads. It is provided with a realistic evaluation under different microgrid operation scenarios. These scenarios were sudden changes of the irradiation, load, state of charge, the maximum power to be exported/imported from/to the microgrid to/from the grid, and the electricity tariff. Additionally, it is proposed a battery energy storage system that keeps the power balance at the DC bus of the microgrid, taking advantage from the renewable energy sources and adjusting the battery energy storage through a suitable charging procedure specified by the manufacturer. The proposed procedure changes the charging parameters of the batteries depending on the microgrid states. Its goal is to extend the service time of batteries and to allow proper energy management in the system. / Salas Puente, RA. (2019). Gestión eficiente de los convertidores de potencia conectados al bus DC de una Microrred híbrida de generación distribuida [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118658 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] En la actualidad, existe una creciente necesidad de cambiar el modelo energético global basado en combustibles fósiles por un modelo cien por cien renovable, proceso conocido como "transición energética". Sin embargo, la mayoría de los recursos de generación renovables no son gestionables y presentan una fuerte variabilidad en su producción de energía difícilmente predecible, lo que requiere de un sistema eléctrico más flexible para poder operarse de forma segura. Por otro lado, las tecnologías de la información y la comunicación han evolucionado rápidamente como resultado del proceso de digitalización y de los continuos desarrollos en este campo, permitiendo a sectores como el eléctrico evolucionar hacia nuevos modelos más avanzados como las "redes inteligentes". Todo esto hace que la respuesta de la demanda (capacidad de modificar la forma de consumir energía en función de una señal externa) pueda ofrecerse como un recurso valioso a los operadores del sistema eléctrico, permitiendo a los consumidores más activos reducir su coste energético, lo que aumenta su competitividad y ayuda a la transición energética. La presente tesis tiene como objetivo general el desarrollo de una metodología y de las herramientas de apoyo necesarias que permitan fundamentalmente plantear soluciones destinadas a la resolución de las barreras más importantes en relación con la participación de los recursos flexibles en la operación del sistema eléctrico. Asimismo, permiten determinar la estrategia óptima de participación de grandes y medianos consumidores en productos y mercados en los que los recursos flexibles sean económicamente competitivos y técnicamente fiables. Este objetivo se ha abordado mediante el cumplimiento de cuatro objetivos específicos, que se han traducido en la realización de un conjunto de modelos, metodologías y herramientas que dan cumplimiento a cada uno de ellos. En este sentido, la tesis se ha dividido en cuatro desarrollos interrelacionados a partir de sus resultados. En primer lugar, se ha propuesto una novedosa arquitectura conceptual del sistema eléctrico para integrar los futuros mercados de electricidad, destinada a establecer un marco de referencia más adecuado para la explotación de los recursos energéticos distribuidos y de demanda. En segundo lugar, se ha elaborado una metodología para la estandarización y validación de los recursos flexibles que pueden ofrecer los consumidores, y que podría servir como base para la creación de un proceso de certificación de productos de demanda. En tercer lugar, se ha desarrollado una primera herramienta de planificación a medio plazo que, partiendo de la caracterización y evaluación técnico-económica de los recursos flexibles obtenida con la metodología anterior, permite ayudar a los propios consumidores a evaluar la rentabilidad asociada a las diferentes estrategias de participación en un mercado de operación específico utilizando sus procesos de consumo flexibles. Por último, se ha llevado a cabo una segunda herramienta destinada a optimizar la programación de la operación para el día siguiente de los recursos de demanda de un determinado consumidor participando en un mercado previamente seleccionado a partir de los resultados de la herramienta anterior y, por tanto, ofreciéndole en definitiva el apoyo técnico y las herramientas necesarias para maximizar el beneficio asociado a dicha participación. Las metodologías y herramientas desarrolladas han sido validadas mediante su aplicación a un caso de estudio compuesto por tres consumidores industriales pertenecientes a segmentos con una elevada replicabilidad en Europa (industria papelera, industria cárnica y centro logístico de producto refrigerado). Los resultados de la tesis permiten afirmar que se ha dado un paso relevante dentro de la investigación en este campo para ayudar a la implantación de sistemas eléctricos sostenibles mediante una participación / [CA] En l'actualitat, existeix una creixent necessitat de canviar el model energètic global basat en combustibles fòssils per un model cent per cent renovable, procés conegut com a transició energètica. Per a dur-ho a terme, és important tindre en compte que la majoria dels recursos de generació renovables no són gestionables i presenten una forta variabilitat en la seua producció d'energia difícilment predictible, la qual cosa fa necessari que el sistema elèctric haja de ser més flexible per a poder operar-se de manera segura. D'altra banda, les tecnologies de la informació i la comunicació han evolucionat ràpidament a conseqüència del procés de digitalització i dels continus desenvolupaments en aquest camp, la qual cosa ha permés a sectors com l'elèctric evolucionar cap a nous models més avançats com les xarxes intel·ligents. Tots aquests canvis fan que la resposta de la demanda (capacitat de modificar la manera de consumir energia en funció d'un senyal extern) puga oferir-se com un recurs valuós als operadors del sistema elèctric, permetent als consumidors més actius tindre una oportunitat per a reduir el seu cost energètic, podent ser més competitius i ajudar en la transició energètica. La present tesi doctoral té com a objectiu general el desenvolupament d'una metodologia i de les ferramentes de suport necessàries que permet fonamentalment plantejar solucions destinades a la resolució de les barreres més importants en relació amb la participació dels recursos flexibles en l'operació del sistema elèctric. Addicionalment, permeten determinar l'estratègia òptima de participació de grans i mitjans consumidors en productes i mercats en els quals els recursos flexibles siguen econòmicament competitius i tècnicament fiables. Aquest objectiu general s'ha abordat mitjançant el compliment de quatre objectius específics, que s'han traduït en la realització d'un conjunt de models, metodologies i ferramentes que donen compliment a cadascun d'ells. En aquest sentit, la tesi s'ha dividit en quatre desenvolupaments interrelacionats a partir dels seus resultats. En primer lloc, s'ha proposat una nova arquitectura conceptual del sistema elèctric per a integrar els futurs mercats d'electricitat, destinada a establir un marc de referència més adequat per a l'explotació dels recursos energètics distribuïts i de demanda. En segon lloc, s'ha elaborat una metodologia per a l'estandardització i validació dels recursos flexibles que poden oferir els consumidors, i que podria servir com a base per a la creació d'un procés de certificació de productes de demanda. En tercer lloc, s'ha desenvolupat una primera ferramenta de planificació a mitjà termini que, partint de la caracterització i avaluació tecnicoeconòmica dels recursos flexibles obtinguda amb la metodologia anterior, permet ajudar als mateixos consumidors a avaluar la rendibilitat associada a les diferents estratègies de participació en un mercat d'operació específic utilitzant els seus processos de consum flexibles. Finalment, s'ha dut a terme una segona ferramenta destinada a optimitzar la programació de l'operació per a l'endemà dels recursos de demanda d'un determinat consumidor participant en un mercat prèviament seleccionat a partir dels resultats de la ferramenta anterior i, per tant, oferint-li en definitiva el suport tècnic i les ferramentes necessàries per a maximitzar el benefici associat a aquesta participació. Les metodologies i ferramentes desenvolupades han sigut validades mitjançant la seua aplicació a un cas d'estudi compost per tres consumidors industrials que pertanyen a segments amb una elevada replicabilitat a Europa (indústria paperera, indústria del sector carni i centre logístic de producte refrigerat). Els resultats de la tesi permeten afirmar que s'ha realitzat un pas rellevant dins de la investigació en aquest camp per tal d'ajudar a la implantació de sistemes d'energia elèctrica sosteni / [EN] The ever-increasing need for electricity in our global and advanced society, along with the requirements to preserve the environment, have forced a fast growth of the use of primary renewable sources to produce it. The process of replacing the current fossil primary sources with renewable ones to produce electricity is known as the "Energy Transition". This transition is conditioned for the highly volatile, intermittent, and unpredictable nature of renewable energy sources. In this sense, two options exist to ensure the security of supply in power systems with a high share of renewable generation: either very robust, redundant, and expensive electricity systems with overcapacity or an electricity system with new and enhanced flexibility resources. Fortunately, relevant and advanced parallel developments in the technology, mainly in the control, information and communication fields have allowed the digitalization of the electricity supply systems towards the "smart grid" paradigm. One of the pillars of smart grids is the opportunity that arises for energy consumers to reduce the cost of their energy bill by modifying the electricity consumption. According to external inputs (e.g. prices), consumers can provide to energy markets and system operators competitive "Demand Response Resources" (DRR) that will significantly enhance the required system flexibility to facilitate the transition to a decarbonized system. The thesis's main objective is to develop a new methodology as well as the necessary associated models and tools to overrun the main barriers that prevent the participation of large and medium electricity consumers in the electricity supply activities. Additionally, these tools allow determining the optimal strategy for the participation of large and medium electricity consumers in products and markets where flexible resources can be economically competitive and technically reliable. Four complimentary and correlated sub-objectives have been fulfilled to address the main objective. First, the thesis proposes an original conceptual architecture for future Smart-Markets in order to establish a more suitable framework for DRR trading and implementation. Second, the research aims to solve the need to have "firm" DRR in the way that DRR can be considered reliable resources. This has been dealt with in the second sub-objective where a new methodology to standardize and validate the DRR offered by the customers has been developed and justified. This methodology can be used to regulate a "certification" process for DRR. The two final sub-objectives are related to provide the customer with valuable knowledge and tools to make feasible the DRR offers generation in the long and short term. The third sub-objective is related to the need for the DRR provider to plan in the medium term (a few years ahead) the strategy for the demand participation and assess the necessary investments. A planning tool has been developed to meet that objective. Finally, the last sub-objective deals with the need of the customer to program the operation of their demand resources in the short term (one day ahead at most) by optimizing all the available resources and prices. Consequently, complementary to medium-term planning tool, a day-ahead optimization tool has been created for that purpose. All methodologies and tools researched in this Ph.D. have been validated through its application to three different industrial environments and customers in sectors with high replicability all over Europe: a paper factory, a meat processing factory, and logistic centres with high freezing and refrigerating needs. The results and justified conclusions allow stating that a relevant step in the research of the implementation of more sustainable energy systems has been produced by enhancing more committed and dynamic participation of the demand side resources. / Rodríguez García, J. (2021). Metodología para la optimización del beneficio de la respuesta de la demanda en consumidores industriales: caracterización por procesos y aplicación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/165574 / Compendio

Tesis por compendio / [EN] Energy services are crucial for eradicating poverty, improving human welfare and raising living standards. Thus, providing appropriate and reliable modern energy and sanitation services using secure and environmentally sound technologies, in conformity with socioeconomic needs and cultural values, is essential in the race for sustainable development. Autonomous systems based on the use of renewable energies (RE) have proven suitable for providing affordable, reliable, safe, and high-quality energy and sanitation services to isolated communities. Taking this into consideration, the objectives of this thesis are to investigate the contributions of the Human and Sustainable Development (HSD) approach to the analysis of RE projects in isolated rural areas in developing countries and understand how these projects to provide access to energy in impoverished rural areas should be developed according to the paradigm of HSD. Regarding the first objective, it is considered that, generally, these types of technology projects are designed, implemented and evaluated following strategies consistent with utilitarian approaches, focused on the generation of new resources. However, to analyze the impact of these projects on the lives of the people, in this thesis we use an approach that allows us to extend the analysis on several key dimensions of development that should be considered in the process of these projects. In particular, we have used the HSD approach, which considers that technological projects in rural areas should not only be aimed at increasing levels of access to affordable, reliable, secure and high quality energy, as well as improving the quality of the environment, including the immediate environment in homes, but also at strengthening the autonomy and empowerment of people, expanding their opportunities and freedoms. This approach has been used in six projects to provide access to energy in Andean communities in Peru, carried out by the NGO Practical Action, which consider only RE and community management models. To analyse these projects against the precepts of HSD approach, a special methodology has been designed, incorporating tools to collect data related to the context and individual conversion factors affecting people's capabilities, with particular emphasis on the gender component. Regarding the second objective, based on the results of the analyses, recommendations have been made to overcome barriers and difficulties identified for such projects to truly be catalysts of HSD. Additionally, a management model has been designed to handle any number of different technologies, considering the lessons learned from this research, which has been implemented in a project that includes 6 types of technologies simultaneously, and whose sustainability has proven satisfactory. / [ES] La energía es crucial para erradicar la pobreza, mejorar el bienestar y aumentar los estándares de vida de las personas. En este sentido, para lograr procesos de desarrollo es esencial dotar a la población de modernos servicios básicos energéticos, adecuados y fiables, utilizando tecnologías seguras y ecológicamente racionales, de conformidad con las necesidades socioeconómicas y los valores culturales. Para ello, los sistemas autónomos basados en el uso de las energías renovables (EERR) han demostrado ser adecuados para proporcionar servicios de energía y saneamiento en comunidades rurales aisladas. Tomando esto en consideración, los objetivos de esta tesis son investigar los aportes del enfoque de Desarrollo Humano Sostenible (DHS) al análisis de proyectos de EERR en zonas rurales aisladas de países en vías de desarrollo y entender cómo se deben desarrollar proyectos de EERR para el acceso a la energía en zonas rurales empobrecidas de acuerdo con el paradigma de DHS. En relación al primer objetivo, cabe considerar que, generalmente, este tipo de proyectos tecnológicos se han diseñado, implementado y evaluado siguiendo estrategias acordes con enfoques de cariz utilitarista, centrados en la generación de nuevos recursos. En cambio, para analizar el impacto de este tipo de proyectos en la vida de la personas, en esta tesis se promueve el uso de un enfoque que nos permita ampliar el análisis sobre varias dimensiones clave del desarrollo que deben ser consideradas en el proceso de estos proyectos. En particular, se ha utilizado el enfoque de DHS, según el cual los proyectos tecnológicos en las zonas rurales no sólo deben estar dirigidos a aumentar los niveles de acceso a una energía asequible, fiable, segura y de alta calidad, y a mejorar la calidad del medio ambiente, incluido el entorno inmediato en los hogares, sino también a fortalecer la autonomía y el empoderamiento de las personas, ampliando sus oportunidades y libertades. Este enfoque ha sido empleado en seis estudios de proyectos de acceso a la energía en comunidades rurales andinas del Perú, llevados a cabo por la ONG Practical Action, los cuales cuentan íntegramente con EERR y modelos de gestión comunitarios. Para realizar el análisis de estos proyectos en base a los preceptos del DHS se ha diseñado una metodología ad hoc, incorporando herramientas para obtener datos relativos al contexto y a los factores de conversión individual que afectan a las capacidades de las personas, haciendo especial hincapié a la componente de género. En relación al segundo objetivo, en base a los resultados de los análisis realizados, se han presentado una serie de recomendaciones con las que se pueden superar las barreras y dificultades identificadas para que este tipo de proyectos sean verdaderamente catalizadores del DHS. Además, se ha diseñado un modelo de gestión capaz de gestionar cualquier número de tecnologías distintas, considerando los aprendizajes adquiridos en las investigaciones anteriores, el cual ha sido puesto en práctica en un proyecto que incorpora 6 tipos de tecnologías simultáneamente, y cuya sostenibilidad ha demostrado ser satisfactoria. / [CA] L'energia és crucial per a eradicar la pobresa, millorar el benestar i augmentar els estàndards de vida de les persones. En aquest sentit, dotar la població de moderns serveis bàsics energètics, adequats i fiables, utilitzant tecnologies segures i ecològicament racionals, de conformitat amb les necessitats socioeconòmiques i els valors culturals, és essencial per aconseguir processos de desenvolupament. Per a això, els sistemes autònoms basats en l'ús de les energies renovables (EERR) han demostrat ser adequats per proporcionar serveis d'energia i sanejament en comunitats rurals aïllades. Prenent això en consideració, els objectius d'aquesta tesi són investigar les aportacions de l'enfocament de Desenvolupament Humà Sostenible (DHS) a l'anàlisi de projectes d'EERR en zones rurals aïllades de països en vies de desenvolupament i entendre com s'han de desenvolupar projectes d'EERR per a l'accés a l'energia en zones rurals empobrides d'acord amb el paradigma de DHS. En relació al primer objectiu, cal considerar que, generalment, aquest tipus de projectes tecnològics s'han dissenyat, implementat i avaluat seguint estratègies acords amb enfocaments de caire utilitarista, centrats en la generació de nous recursos. En canvi, per analitzar l'impacte d'aquest tipus de projectes en la vida de les persones, en aquesta tesi es promou l'ús d'un enfocament que ens permeta ampliar l'anàlisi sobre diverses dimensions clau del desenvolupament que han de ser considerades en el procés d'aquests projectes. En particular, s'ha utilitzat l'enfocament de DHS, segons el qual els projectes tecnològics a les zones rurals no només han d'estar dirigits a augmentar els nivells d'accés a una energia assequible, fiable, segura i d'alta qualitat, i a millorar la qualitat del medi ambient, inclòs l'entorn immediat a les llars, sinó també a enfortir l'autonomia i l'empoderament de les persones, ampliant les seves oportunitats i llibertats. Aquest enfocament ha estat emprat en sis estudis de projectes d'accés a l'energia en comunitats rurals andines del Perú, portats a terme per l'ONG Practical Action, els quals compten íntegrament amb EERR i models de gestió comunitaris. Per realitzar l'anàlisi d'aquests projectes en base als preceptes del DHS s'ha dissenyat una metodologia ad hoc, incorporant eines per obtenir dades relatives al context i als factors de conversió individual que afecten les capacitats de les persones, fent especial èmfasi a la component de gènere. En relació al segon objectiu, en base als resultats de les anàlisis realitzades, s'han presentat un seguit de recomanacions amb les que es poden superar les barreres i dificultats identificades perquè aquest tipus de projectes siguen veritablement catalitzadors del DHS. A més, s'ha dissenyat un model de gestió capaç de gestionar qualsevol nombre de tecnologies diferents, considerant els aprenentatges adquirits en les investigacions anteriors, el qual ha estat posat en pràctica en un projecte que incorpora 6 tipus de tecnologies simultàniament, i la sostenibilitat del qual ha demostrat ser satisfactòria. / Lillo Rodrigo, P. (2016). Acceso a la energía para el Desarrollo Humano Sostenible. Análisis de proyectos con Energías Renovables y modelos de gestión comunitarios en zonas rurales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68479 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

El concentrador solar Fixed Mirror Solar Concentrator (FMSC) apareció en los años 70 con la finalidad de reducir costes en la producción de energía termoeléctrica. Este diseño consiste en un concentrador de reflector estacionario y foco móvil, presenta buena integrabilidad en cubiertas, y es capaz de alcanzar temperaturas entre 100 y 200ºC manteniendo una eficiencia aceptable. En esta tesis se expone una metodología para determinar el comportamiento del FMSC. Se ha desarrollado una herramienta de cálculo basada en el método de ray-tracing, que simula el trazado de los rayos solares en el sistema óptico. Con esta herramienta se ha analizado el comportamiento óptico y térmico del FMSC, y de la versión con espejos curvos Curved Slats Fixed Mirror Solar Concentrator (CSFMSC). Se ha realizado un análisis paramétrico para conocer la influencia de los distintos parámetros en el modificador de ángulo (IAM), y para obtener los diseños óptimos a una temperatura de 200ºC para tres climas en diferentes latitudes. Se han comparado los valores teóricos obtenidos mediante ray-tracing con dos prototipos ensayados, obteniendo un buen ajuste en ambos casos. Los ensayos han sido utilizados para determinar la curva de rendimiento de uno de los prototipos. Se ha hecho uso del método propuesto en la norma EN-12975-2:2006, combinado con valores de IAM obtenidos mediante ray-tracing. Se prueba que esta combinación puede ser útil para obtener la curva de rendimiento de colectores complejos con un modelo biaxial para el IAM. / The Fixed Mirror Solar Concentrator (FMSC) appeared during the 70s with the aim of reducing costs in the production of electricity in solar thermal power plants. This design consists of a concentrator with fixed reflector and moving receiver, has a very good integrability into building roofs and can reach temperatures between 100 and 200ºC with an acceptable efficiency. In this Thesis a methodology is presented for the determination of the behaviour of the FMSC. A simulation tool based on the forward ray-tracing method has been developed. The optical and thermal behaviour of the FMSC and its curved mirror variation called the Curved Slats Fixed Mirror Solar Concentrator (CSFMSC), have been analyzed with this tool. A parametric analysis has been carried out in order to determine the influence of the different parameters on the Incidence Angle Modifier (IAM) and to determine the optimal designs at a temperature of 200ºC for three different climates at different latitudes. The theoretical values obtained from the ray-tracing code have been compared with two experimental prototypes. The experimental and numerical results obtained show a good fit. The efficiency curve of one of the prototypes has been determined from the experimental tests. The methodology proposed in the norm EN-12975-2:2006 has been used in combination with IAM values obtained by ray-tracing. It has been shown that this combination can be effectively used to obtain the efficiency curve of complex collectors with a bi-axial IAM model.

[ES] La gran mayoría de procesos del mundo real tienen incertidumbres inherentes, las cuales, al ser consideradas en el proceso de modelado, se puede obtener una representación que describa con la mayor precisión posible el comportamiento del proceso real. En la mayoría de casos prácticos, se considera que éstas tienen un comportamiento estocástico y sus descripciones como distribuciones de probabilidades son conocidas. Las estrategias de MPC estocástico están desarrolladas para el control de procesos con incertidumbres de naturaleza estocástica, donde el conocimiento de las propiedades estadísticas de las incertidumbres es aprovechado al incluirlo en el planteamiento de un problema de control óptimo (OCP). En éste, y contrario a otros esquemas de MPC, las restricciones duras son relajadas al reformularlas como restricciones de tipo probabilísticas con el fin de reducir el conservadurismo. Esto es, se permiten las violaciones de las restricciones duras originales, pero tales violaciones no deben exceder un nivel de riesgo permitido. La no-convexidad de tales restricciones probabilísticas hacen que el problema de optimización sea prohibitivo, por lo que la mayoría de las estrategias de MPC estocástico en la literatura se diferencian en la forma en que abordan tales restricciones y las incertidumbres, para volver el problema computacionalmente manejable. Por un lado, están las estrategias deterministas que, fuera de línea, convierten las restricciones probabilísticas en unas nuevas de tipo deterministas, usando la propagación de las incertidumbres a lo largo del horizonte de predicción para ajustar las restricciones duras originales. Por otra parte, las estrategias basadas en escenarios usan la información de las incertidumbres para, en cada instante de muestreo, generar de forma aleatoria un conjunto de posibles evoluciones de éstas a lo largo del horizonte de predicción. De esta manera, convierten las restricciones probabilísticas en un conjunto de restricciones deterministas que deben cumplirse para todos los escenarios generados. Estas estrategias se destacan por su capacidad de incluir en tiempo real información actualizada de las incertidumbres. No obstante, esta ventaja genera inconvenientes como su gasto computacional, el cual aumenta conforme lo hace el número de escenarios y; por otra parte, el efecto no deseado en el problema de optimización, causado por los escenarios con baja probabilidad de ocurrencia, cuando se usa un conjunto de escenarios pequeño. Los retos mencionados anteriormente orientaron esta tesis hacia los enfoques de MPC estocástico basado en escenarios, produciendo tres contribuciones principales. La primera consiste en un estudio comparativo de un algoritmo del grupo determinista con otro del grupo basado en escenarios; se hace un especial énfasis en cómo cada uno de estos aborda las incertidumbres, transforma las restricciones probabilísticas y en la estructura de su OCP, además de señalar sus aspectos más destacados y desafíos. La segunda contribución es una nueva propuesta de algoritmo MPC, el cual se basa en escenarios condicionales, diseñado para sistemas lineales con incertidumbres correlacionadas. Este esquema aprovecha la existencia de tal correlación para convertir un conjunto de escenarios inicial de gran tamaño en un conjunto de escenarios más pequeño con sus probabilidades de ocurrencia, el cual conserva las características del conjunto inicial. El conjunto reducido es usado en un OCP en el que las predicciones de los estados y entradas del sistema son penalizadas de acuerdo con las probabilidades de los escenarios que las componen, dando menor importancia a los escenarios con menores probabilidades de ocurrencia. La tercera contribución consiste en un procedimiento para la implementación del nuevo algoritmo MPC como gestor de la energía en una microrred en la que las previsiones de las energías renovables y las cargas están correlacionadas. / [CA] La gran majoria de processos del món real tenen incerteses inherents, les quals, en ser considerades en el procés de modelatge, es pot obtenir una representació que descriga amb la major precisió possible el comportament del procés real. En la majoria de casos pràctics, es considera que aquestes tenen un comportament estocàstic i les seues descripcions com a distribucions de probabilitats són conegudes. Les estratègies de MPC estocàstic estan desenvolupades per al control de processos amb incerteses de naturalesa estocàstica, on el coneixement de les propietats estadístiques de les incerteses és aprofitat en incloure'l en el plantejament d'un problema de control òptim (OCP). En aquest, i contrari a altres esquemes de MPC, les restriccions dures són relaxades en reformulades com a restriccions de tipus probabilístiques amb la finalitat de reduir el conservadorisme. Això és, es permeten les violacions de les restriccions dures originals, però tals violacions no han d'excedir un nivell de risc permès. La no-convexitat de tals restriccions probabilístiques fan que el problema d'optimització siga computacionalment immanejable, per la qual cosa la majoria de les estratègies de MPC estocàstic en la literatura es diferencien en la forma en què aborden tals restriccions i les incerteses, per a tornar el problema computacionalment manejable. D'una banda, estan les estratègies deterministes que, fora de línia, converteixen les restriccions probabilístiques en unes noves de tipus deterministes, usant la propagació de les incerteses al llarg de l'horitzó de predicció per a ajustar les restriccions dures originals. D'altra banda, les estratègies basades en escenaris usen la informació de les incerteses per a, en cada instant de mostreig, generar de manera aleatòria un conjunt de possibles evolucions d'aquestes al llarg de l'horitzó de predicció. D'aquesta manera, converteixen les restriccions probabilístiques en un conjunt de restriccions deterministes que s'han de complir per a tots els escenaris generats. Aquestes estratègies es destaquen per la seua capacitat d'incloure en temps real informació actualitzada de les incerteses. No obstant això, aquest avantatge genera inconvenients com la seua despesa computacional, el qual augmenta conforme ho fa el nombre d'escenaris i; d'altra banda, l'efecte no desitjat en el problema d'optimització, causat pels escenaris amb baixa probabilitat d'ocurrència, quan s'usa un conjunt d'escenaris xicotet. Els reptes esmentats anteriorment van orientar aquesta tesi cap als enfocaments de MPC estocàstic basat en escenaris, produint tres contribucions principals. La primera consisteix en un estudi comparatiu d'un algorisme del grup determinista amb un altre del grup basat en escenaris; on es fa un especial èmfasi en com cadascun d'aquests aborda les incerteses, transforma les restriccions probabilístiques i en l'estructura del seu problema d'optimització, a més d'assenyalar els seus aspectes més destacats i desafiaments. La segona contribució és una nova proposta d'algorisme MPC, el qual es basa en escenaris condicionals, dissenyat per a sistemes lineals amb incerteses correlacionades. Aquest esquema aprofita l'existència de tal correlació per a convertir un conjunt d'escenaris inicial de gran grandària en un conjunt d'escenaris més xicotet amb les seues probabilitats d'ocurrència, el qual conserva les característiques del conjunt inicial. El conjunt reduït és usat en un OCP en el qual les prediccions dels estats i entrades del sistema són penalitzades d'acord amb les probabilitats dels escenaris que les componen, donant menor importància als escenaris amb menors probabilitats d'ocurrència. La tercera contribució consisteix en un procediment per a la implementació del nou algorisme MPC com a gestor de l'energia en una microxarxa en la qual les previsions de les energies renovables i les càrregues estan correlacionades. / [EN] The vast majority of real-world processes have inherent uncertainties, which, when considered in the modelling process, can provide a representation that most accurately describes the behaviour of the real process. In most practical cases, these are considered to have stochastic behaviour and their descriptions as probability distributions are known. Stochastic model predictive control algorithms are developed to control processes with uncertainties of a stochastic nature, where the knowledge of the statistical properties of the uncertainties is exploited by including it in the optimal control problem (OCP) statement. Contrary to other model predictive control (MPC) schemes, hard constraints are relaxed by reformulating them as probabilistic constraints to reduce conservatism. That is, violations of the original hard constraints are allowed, but such violations must not exceed a permitted level of risk. The non-convexity of such probabilistic constraints renders the optimisation problem computationally unmanageable, thus most stochastic MPC strategies in the literature differ in how they deal with such constraints and uncertainties to turn the problem computationally tractable. On the one hand, there are deterministic strategies that, offline, convert probabilistic constraints into new deterministic ones, using the propagation of uncertainties along the prediction horizon to tighten the original hard constraints. Scenario-based approaches, on the other hand, use the uncertainty information to randomly generate, at each sampling instant, a set of possible evolutions of uncertainties over the prediction horizon. In this fashion, they convert the probabilistic constraints into a set of deterministic constraints that must be fulfilled for all the scenarios generated. These strategies stand out for their ability to include real-time updated uncertainty information. However, this advantage comes with inconveniences such as computational effort, which grows as the number of scenarios does, and the undesired effect on the optimisation problem caused by scenarios with a low probability of occurrence when a small set of scenarios is used. The aforementioned challenges steered this thesis toward stochastic scenario-based MPC approaches, and yielded three main contributions. The first one consists of a comparative study of an algorithm from the deterministic group with another one from the scenario-based group, where a special emphasis is made on how each of them deals with uncertainties, transforms the probabilistic constraints and on the structure of the optimisation problem, as well as pointing out their most outstanding aspects and challenges. The second contribution is a new proposal for a MPC algorithm, which is based on conditional scenarios, developed for linear systems with correlated uncertainties. This scheme exploits the existence of such correlation to convert a large initial set of scenarios into a smaller one with their probabilities of occurrence, which preserves the characteristics of the initial set. The reduced set is used in an OCP in which the predictions of the system states and inputs are penalised according to the probabilities of the scenarios that compose them, giving less importance to the scenarios with lower probabilities of occurrence. The third contribution consists of a procedure for the implementation of the new MPC algorithm as an energy manager in a microgrid in which the forecasts of renewables and loads are correlated. / González Querubín, EA. (2024). Scenario-Based Model Predictive Control for Systems with Correlated Uncertainties [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203887

[ES] El cambio climático es uno de los mayores desafíos del siglo XXI, requiriendo tecnologías que usen energías renovables y fuentes alternativas de carbono para generar y almacenar combustibles. Una solución es la tecnología Power-to-Gas (P2G), donde el H2, producido por electrólisis con energías renovables, reduce el CO2 para convertirlo en CH4, obteniendo biometano o gas natural sintético (GNS) según su pureza. Este combustible puede distribuirse a través de gasoductos existentes. La hidrogenación selectiva de CO2 a CH4, conocida como reacción de Sabatier o metanación de CO2, es la vía más eficiente para producir SNG en aplicaciones P2G. Sin embargo, lograr una metanación rentable requiere catalizadores activos que operen bajo condiciones moderadas de forma duradera. Para ello, se han investigado catalizadores de Ni soportados en diferentes materiales, caracterizados y probados en diversas condiciones para optimizar su rendimiento. El Capítulo 4 se centra en catalizadores soportados en materiales zeolíticos, ferrierita y su forma deslaminada correspondiente, ITQ-6, para evaluar el efecto de la deslaminación y la relación Si/Al. Los catalizadores basados en ITQ-6 presentaron una fase Ni0 más dispersa, con un tamaño óptimo de las nanopartículas de Ni entre 6 y 20 nm. Los catalizadores de la ITQ-6 exhibieron mayores valores de conversión de CO2 y TOFs, atribuibles a la mejor dispersión de la fase Ni0, y a una mayor concentración de grupos -OH superficiales. Además, los catalizadores con Si/Al = 30 exhibieron los mayores valores de conversión de CO2 y TOF, debido a la presencia de grupos Si-(OH)-Al, que incrementaron su capacidad de captura de CO2. El Capítulo 5 se centra en catalizadores basados en óxidos de La y Al. Los catalizadores basados en LaAlO3 exhibieron un rendimiento superior en comparación con los óxidos individuales, debido a una mayor concentración de centros básicos de fortaleza moderada. Los resultados de IR operando con resolución temporal revelaron que estos centros están involucrados en la formación de carbonatos monodentados, que son intermediarios activos en la reducción de CO2 a CH4. El Capítulo 6 presenta el estudio de catalizadores preparados sobre sepiolita y el efecto promotor del Ce en la reacción de metanación. Un catalizador con 10% de Ce en peso exhibió los valores óptimos de rendimiento de CH4 a bajas temperaturas, lo que se atribuyó al efecto del Ce sobre el aumento de la dispersión de la fase Ni0 para obtener nanopartículas con un tamaño medio de 6 nm, tamaño óptimo para alcanzar un buen comportamiento catalítico, así como de favorecer un incremento en la concentración de centros básicos de fortaleza moderada. Los estudios de IR operando resueltos en el tiempo revelaron que los catalizadores que contienen Ce presentaban un mecanismo mixto disociativo-asociativo. La adición de Ce condujo a la formación de especies intermedias participantes, como carbonatos monodentados y formiatos que explican estás diferencias mecanísticas. En el Capítulo 7, las mejores formulaciones catalíticas han sido estudiadas en para metanación de biogás simulado, es decir, se llevó a cabo la hidrogenación selectiva de CO2 en presencia del CH4 presente en el propio biogás. Entre todos los catalizadores probados, el soportado en sepiolita, con 15% en peso de Ni y 10% en peso de Ce (15Ni-10Ce-Sep), presentó los mejores resultados, demostrando buena estabilidad y minimizando la formación de coque. Este resultado se atribuyó al efecto del Ce de optimizar la dispersión de Ni0, aumentar la concentración de centros básicos de fortaleza moderada y favorecer la eliminación del coque por oxidación. Considerando el biogás simulado (mezcla de CH4 y CO2), las pruebas con el catalizador 15Ni-10Ce-Sep permitieron obtener una corriente de biometano (94.1% CH4/5.9% CO2), con una tasa de formación de CH4 de 1211,0 mL CH4 h-1. / [CA] El canvi climàtic és un dels majors desafiaments del segle XXI, requerint tecnologies que utilitzen energies renovables i fonts alternatives de carboni per a generar i emmagatzemar combustibles. Una solució és la tecnologia Power-to-Gas (P2G), on l'H2, produït per electròlisi amb energies renovables, redueix el CO2 per a convertir-lo en CH2, obtenint biometà o gas natural sintètic (GNS) segons la seua puresa. Aquest combustible pot distribuir-se a través de gasoductes existents. La hidrogenació selectiva de CO2 a CH2, coneguda com a reacció de Sabatier o metanació de CO2, és la via més eficient per a produir GNS en aplicacions P2G. No obstant això, aconseguir una metanació rendible requereix catalitzadors actius que operen en condicions moderades de forma duradora. Per a això, s'han investigat catalitzadors de Ni suportats en diferents materials, caracteritzats i provats en diverses condicions per a optimitzar el seu rendiment. El Capítol 4 se centra en catalitzadors suportats en materials zeolítics, ferrierita i la seua forma deslaminada corresponent, ITQ-6, per a avaluar l'efecte de la deslaminació i la relació Si/Al. Els catalitzadors basats en ITQ-6 van presentar una fase Ni2 més dispersa, amb una grandària òptima de les nanopartícules de Ni entre 6 i 20 nm. Els catalitzadors d'ITQ-6 van mostrar majors valors de conversió de CO2 i TOFs, atribuïbles a la millor dispersió de la fase Ni2 i a una major concentració de grups -OH superficials. A més, els catalitzadors amb Si/Al = 30 van presentar els majors valors de conversió de CO2 i TOF, a causa de la presència de grups Si-(OH)-Al, que van incrementar la seua capacitat de captura de CO2. El Capítol 5 se centra en catalitzadors basats en òxids de La i Al. Els catalitzadors basats en LaAlO2 van mostrar un rendiment superior en comparació amb els òxids individuals, a causa d'una major concentració de centres bàsics de fortalesa moderada. Els resultats d'IR operant amb resolució temporal van revelar que aquests centres estan involucrats en la formació de carbonats monodentats, que són intermediaris actius en la reducció de CO2 a CH2. El Capítol 6 presenta l'estudi de catalitzadors preparats sobre sepiolita i l'efecte promotor del Ce en la reacció de metanació. Un catalitzador amb 10% de Ce en pes va presentar els valors òptims de rendiment de CH4 a baixes temperatures, la qual cosa s'atribueix a l'efecte del Ce sobre l'augment de la dispersió de la fase Ni0 per a obtindre nanopartícules amb una grandària mitjana de 6 nm, grandària òptima per a aconseguir un bon comportament catalític, així com a afavorir un increment en la concentració de centres bàsics de fortalesa moderada. Els estudis d'IR operant resolts en el temps van revelar que els catalitzadors que contenen Ce presentaven un mecanisme mixt dissociatiu-associatiu. L'addició de Ce va conduir a la formació d'espècies intermèdies participants, com ara carbonats monodentats i formiats que expliquen aquestes diferències mecanístiques. En el Capítol 7, les millors formulacions catalítiques han sigut estudiades per a la metanació de biogàs simulat, és a dir, es va dur a terme la hidrogenació selectiva de CO2 en presència del CH4 present en el mateix biogàs. Entre tots els catalitzadors provats, el suportat en sepiolita, amb 15% en pes de Ni i 10% en pes de Ce (15Ni-10Ce-Sep), va presentar els millors resultats, demostrant bona estabilitat i minimitzant la formació de coc. Aquest resultat s'atribueix a l'efecte del Ce d'optimitzar la dispersió de Ni2, augmentar la concentració de centres bàsics de fortalesa moderada i afavorir l'eliminació del coc per oxidació. Considerant el biogàs simulat (mescla de CH2 i CO2), les proves amb el catalitzador 15Ni-10Ce-Sep van permetre obtindre un corrent de biometà (94,1% CH4 /5,9% CO2), amb una taxa de formació de CH4 de 1211,0 mL CH4 h-1. / [EN] Climate change, with its broad social impacts, is a critical 21st-century challenge. Addressing it requires technologies that use renewable energy and replace traditional carbon sources for fuel production and storage. Power-to-Gas (P2G) technology meets both goals by using H2, produced via renewable energy-driven electrolysis, to reduce CO2 into CH4. This fuel, as biomethane or synthetic natural gas (SNG), can be distributed through existing pipelines. The Sabatier reaction, or CO2 methanation, is the most competitive process for producing SNG via P2G. However, developing cost-efficient technology remains a challenge, necessitating catalysts that stay active under mild conditions for extended periods. To address this, Ni-based catalysts supported on three material families were studied, characterized through various techniques, and tested under different conditions to assess their performance. Chapter 4 is focused on catalysts supported on zeolitic materials, comparing ferrierite and its delaminated counterpart, ITQ-6, to evaluate the effect of the delamination and Si/Al ratio. ITQ-6-based catalysts exhibited a more dispersed Ni0 phase, presenting Ni NPs with the optimum size (6-20 nm) for catalytic performance. This had a consequence on the ITQ-6-based catalysts exhibiting higher CO2 conversion and TOF values attributed to the better dispersion of the Ni0 phase, and to a higher concentration of surface -OH groups. Regarding the effect of the Si/Al ratio, Si/Al = 30 catalysts exhibited higher CO2 conversion and TOF values than the pure Si/Al = ¿, which was attributed to the presence of Si-(OH)-Al groups, which increased their CO2 uptake. Chapter 5 is centered on oxide-based catalysts to evaluate the effect of the mixed oxide synergy on the CO2 methanation reaction. LaAlO3-based catalysts exhibited superior performance compared to the individual oxides, which was attributed to a higher concentration of moderate basic sites. Time-resolved operando IR results revealed that these sites are involved in the formation of monodentate carbonates, which are participating intermediates in the reduction of CO2 to CH4. Chapter 6 is focused on catalysts prepared over the porous phyllosilicate sepiolite and the effect of Ce addition as a promoter. A catalyst with 10% wt. Ce exhibited the optimum CH4 yield values at lower temperatures. This was attributed to the Ce effect to increase the dispersion of the Ni0 phase to obtain NPs with the optimum size (~ 6 nm) for catalytic performance and improve the concentration of moderate basic sites. Time-resolved operando IR measurements revealed that Ce-containing catalysts exhibited a mixed dissociative-associative mechanism, differently from the Ce-free one, which only exhibited the dissociative one. The Ce addition led to the formation of monodentate carbonate and formate, which were identified as participating intermediate species. Chapter 7 is focused on applying catalytic technologies to the biogas upgrade using the selective hydrogenation of CO2 to CH4. The catalysts with optimum Ni loading from each chapter were submitted to studies with different WHSV and stability tests with a sweetened synthetic sample biogas sample. Among all the catalysts tested, the one supported on sepiolite, with 15% wt Ni and 10 % wt. Ce, 15Ni-10Ce-Sep, exhibited the best performance, demonstrating good stability in conversion values throughout the experiment while minimizing coke formation. This was attributed to the effect of Ce to optimize the Ni0 dispersion, increase the concentration of moderate basic sites, and favor the elimination of coke via oxidation. Considering the CH4 and CO2 mixture, tests with 15Ni-10Ce-Sep catalysts upgraded a biogas mixture (60% CH4:40% CO2) to biomethane (94.1% CH4/5.9% CO2) with a CH4 rate formation of 1211.0 mL CH4 h-1. / The funding provided by the LaCaixa InPhiNIT Predoctoral Fellowship (ID 100010434), code LCF/BQ/DI19/11730019 for accomplishing this PhD project is acknowledged. / Machado Da Silva, RB. (2024). Novel heterogenous catalysts for the selective hydrogenation of CO2 to CH4 [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214024

Tesis por compendio / [ES] La creciente atención global hacia la sostenibilidad y la economía circular ha generado una necesidad urgente de modelos que faciliten la transición de las industrias hacia cadenas de valor más sostenibles y circulares. Esta tesis doctoral se centra en mejorar la sostenibilidad y la circularidad dentro de la cadena de valor fotovoltaica (FV) en España. El objetivo principal es desarrollar un modelo para evaluar y gestionar los impactos ambientales, sociales, económicos y de gobernanza asociados con el sector FV. Para lograr este objetivo, la investigación consta de ocho estudios, incluyendo cuatro artículos de revistas indexadas (tres publicados y uno en proceso), además de artículos académicos nacionales e internacionales y un capítulo de libro. Una contribución importante de esta investigación es el desarrollo del "Modelo Infinito", un modelo teórico-práctico diseñado para abordar las brechas de investigación en la literatura académica. Este modelo cambia el enfoque de los modelos económicos lineales tradicionales a un enfoque circular, integrando el pensamiento sistémico. Utiliza un proceso de tres fases ¿ diagnóstico, acción y evaluación¿ para facilitar la transición de las cadenas de valor. El modelo es ágil, permitiendo una adaptación y crecimiento continuos a medida que surgen nuevos conocimientos. Examina las relaciones entre los actores en los niveles micro, meso y macro, promoviendo soluciones sostenibles y circulares de manera integrada. El Marco Infinito fue validado dentro de la cadena de valor FV en España, donde el potencial de desarrollo circular y sostenible enfrenta desafíos significativos. A pesar de las condiciones favorables para el crecimiento, como la abundante irradiación solar y la estabilidad regulatoria, obstáculos como la oposición pública y la escasez de mano de obra calificada dificultan el progreso. La aplicación del modelo implicó un proceso de consulta en tres etapas con expertos en fabricación, instalación, distribución de energía y procesos de fin de vida. Esta validación proporcionó información útil a través de un análisis de puntos críticos basado en el ciclo de vida, con un enfoque en las dimensiones ambientales, de gobernanza, económicas y sociales. La investigación subraya la eficacia del método en la promoción de la sostenibilidad y la circularidad, validado por actores clave dentro de la cadena de valor FV. Los conocimientos obtenidos pueden orientar las decisiones políticas y las prácticas industriales, ayudando a las organizaciones a incorporar principios de sostenibilidad en sus operaciones, mejorando así su resiliencia y competitividad. Sin embargo, se identificaron varias limitaciones, como la dependencia de bases de datos específicas para la revisión sistemática de la literatura y la necesidad de una mayor validación empírica del Modelo Infinito en diferentes sectores. Las futuras líneas de investigación incluyen la ampliación de la revisión sistemática de la literatura a otros idiomas y bases de datos, el desarrollo de nuevos modelos para la creación de valor y la ampliación de la validación del modelo en organizaciones y sectores diversos. Además, la integración de conocimientos de otras disciplinas, como la sociología, la psicología y la ciencia política, podría enriquecer aún más el enfoque del modelo para promover la sostenibilidad y la circularidad. / [CA] L'èmfasi global creixent en la sostenibilitat i l'economia circular ha portat a una necessitat urgent de marcs comprehensius que faciliten la transició de les indústries cap a cadenes de valor més sostenibles i circulars. Aquesta tesi doctoral se centra en millorar la sostenibilitat i la circularitat dins de la cadena de valor fotovoltaica (FV) a Espanya. L'objectiu principal és desenvolupar un marc complet per avaluar i gestionar els impactes ambientals, socials, econòmics i de governança associats al sector FV. Per aconseguir aquest objectiu, la investigació consta de huit estudis, incloent-hi quatre articles de revistes indexades (tres publicats i un enviat), a més d'articles acadèmics nacionals i internacionals i un capítol de llibre. Una contribució important d'aquesta investigació és el desenvolupament del "Marc Infinit", un model teòric-pràctic dissenyat per a abordar les llacunes de la investigació en la literatura acadèmica. Aquest marc canvia l'enfocament dels models econòmics lineals tradicionals cap a un enfocament circular, integrant el pensament sistèmic. Utilitza un procés de tres fases ¿ diagnòstic, acció i avaluació¿ per a facilitar la transició de les cadenes de valor. El marc és àgil, permetent una adaptació i un creixement continu a mesura que sorgeixen nous coneixements. Examina les relacions entre els actors en els nivells micro, meso i macro, promovent solucions sostenibles i circulars de manera integrada. El Marc Infinit va ser validat dins de la cadena de valor FV a Espanya, on el potencial de desenvolupament circular i sostenible s'enfronta a desafiaments significatius. Malgrat les condicions favorables per al creixement, com l'abundant irradiació solar i l'estabilitat reguladora, obstacles com l'oposició pública i l'escassetat de mà d'obra qualificada dificulten el progrés. L'aplicació del marc va implicar un procés de consulta en tres etapes amb experts en fabricació, instal·lació, distribució d'energia i processos de final de vida. Aquesta validació va proporcionar informació útil a través d'una anàlisi de punts crítics basada en el cicle de vida, amb un enfocament en les dimensions ambientals, de governança, econòmiques i socials. La investigació subratlla l'eficàcia del mètode per promoure la sostenibilitat i la circularitat, validat per actors clau dins de la cadena de valor FV. Els coneixements obtinguts poden orientar les decisions polítiques i les pràctiques industrials, ajudant les organitzacions a incorporar els principis de sostenibilitat en les seues operacions, millorant així la seua resiliència i competitivitat. No obstant això, es van identificar diverses limitacions, com la dependència de bases de dades específiques per a la revisió sistemàtica de la literatura i la necessitat d'una validació empírica més àmplia del Marc Infinit en diferents sectors. Les futures línies de recerca inclouen l'ampliació de la revisió sistemàtica de la literatura a altres idiomes i bases de dades, el desenvolupament de nous models per a la creació de valor i l'ampliació de la validació del marc en organitzacions i sectors diversos. A més, la integració de coneixements d'altres disciplines, com la sociologia, la psicologia i la ciència política, podria enriquir encara més l'enfocament del marc per promoure la sostenibilitat i la circularitat. / [EN] The growing global emphasis on sustainability and circular economy has led to a pressing need for comprehensive frameworks that facilitate the transition of industries toward more sustainable and circular value chains. This PhD thesis focuses on enhancing sustainability and circularity within the photovoltaic (PV) value chain in Spain. The primary objective is to develop a comprehensive framework for assessing and managing the environmental, social, economic, and governance impacts associated with the PV sector. To achieve this goal, the research consists of eight studies, including four articles of indexed journals (three published and one under review), along with national and international academic papers and a book chapter. A major contribution of this research is the development of the "Infinite Framework," a theoretical-practical model designed to address research gaps in academic literature. This framework shifts the focus from traditional linear economic models to a circular approach, integrating systems thinking. It employs a three-phase process¿diagnosis, action, and evaluation¿to facilitate the transition of value chains. The framework is agile, allowing for continuous adaptation and growth as new insights emerge. It examines relationships between stakeholders at micro, meso, and macro levels, promoting sustainable and circular solutions in an integrated manner. The Infinite Framework was validated within the PV value chain in Spain, where the potential for circular and sustainable development faces significant challenges. Despite favorable conditions for growth, including ample solar irradiation and regulatory stability, obstacles such as public opposition and skilled labor shortages hinder progress. The framework's application involved a three-stage consultation process with experts in manufacturing, installation, energy distribution, and end-of-life processes. This validation provided actionable insights through a hotspot analysis grounded in life-cycle thinking, focusing on environmental, governance, economic, and social dimensions. The research underscores the method's effectiveness in promoting sustainability and circularity, validated by key stakeholders within the PV value chain. The insights gained can inform policy decisions and industry practices, helping organizations embed sustainability principles into their operations, thus enhancing resilience and competitiveness. However, several limitations were identified, such as the reliance on specific databases for the systematic literature review and the need for further empirical validation of the Infinite Framework across different sectors. Future research avenues include expanding the systematic literature review to other languages and databases, developing new models for value creation, and extending the validation of the framework across diverse organizations and sectors. Additionally, the integration of insights from other disciplines¿such as sociology, psychology, and political science¿could further enrich the framework's approach to promoting sustainability and circularity. / Esteban Amaro, RI. (2025). Enhancing Sustainability and Circularity in the Photovoltaic Value Chain in Spain: a comprehensive Framework for evaluating Environmental, Social, Economic and Governance impacts [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214641 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] En esta investigación se presenta una metodología, aplicable a cualquier cuenca hidrográfica del mundo o sistema de gestión de recursos hídricos, que permite, por un lado, detectar la existencia de cambios en el patrón hidrológico de alimentación al sistema, para detectar tendencias y mejorar la planificación, evaluar la influencia en la calidad del agua y ver necesidades de adaptación de los tratamientos de potabilización, y, por último, una metodología de implantación de energía fotovoltaica y gestión integrada con plantas de desalación, por ejemplo, para mitigar los efectos de estrés o déficit hídrico e incrementar el recurso disponible, optimizando el diseño. Además, se presenta un análisis específico a una de estas cuencas, como es la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DH Júcar), una de las cuencas hidrográficas del Mediterráneo español, que junto con otras como las cuencas internas de Cataluña, la DH del Segura, la DH Guadalete-Barbate o la DH del Guadalquivir, presenta una problemática de déficit hídrico con perspectivas negativas por efecto del cambio climático, realizándose un análisis de las posibles causas e impactos, y un estudio de posibilidades de adaptación. En una última fase, por otro lado, pretende analizar las alternativas existentes y proponer medidas directas de adaptación y mitigación de los efectos, y aumento de la resiliencia de los sistemas productivos relacionados con el agua, basadas en el desarrollo sostenible mediante el uso de nuevos recursos de agua y energías renovables. Como conclusiones obtenidas en la investigación, podemos destacar, en la primera parte o sección 1, que se evidencia la existencia de un punto de cambio en las series hidrológicas de la DH de manera que la disponibilidad de recursos hídricos, disminuye de media en torno a un 25 %, llegando a máximos en ciertas zonas de la DH de hasta un 42%, como consecuencia de cambios en los patrones de precipitaciones y temperaturas, disminuyendo las primeras, en torno entre un 10% y un 25% dependiendo de las zonas. Todo esto tiene grandes implicaciones en la gestión de los recursos hídricos y la atención a las demandas o usos, no sólo por la reducción absoluta en cantidad, sino también por los cambios en los patrones del clima y en la forma en la que se presentan estos recursos en cuanto a distribución espacial dentro de la DH. En segundo lugar, se analiza, en la sección 2 de la investigación, cómo estos cambios en la hidrología y el clima, afectan a la disponibilidad de agua así como a los procesos de tratamiento de agua para el consumo, no sólo en la cantidad de agua, sino también en la calidad de la misma. Todos estos cambios, se traducen en un empeoramiento de ciertos parámetros determinantes en los procesos de potabilización, como son la conductividad, la temperatura y la turbidez, que empeoran la calidad del agua para su consumo, y por lo tanto, implica modificaciones en los planes de explotación de los procesos de potabilización y en la necesidad de búsqueda de nuevas fuentes de recurso para poder satisfacer las demandas. Por último, en la sección 3, se presenta un caso concreto de medidas de adaptación a la escasez de recursos con una metodología de integración de fuentes de energía renovable como es la fotovoltaica, en la explotación de una estación o planta desaladora de agua del mar, EDAM de Mutxamel (Alicante), para incrementar la aportación de recursos hídricos en la zona de una manera eficiente y sostenible en el tiempo. Con ello, se reducen en torno a un 50% los costes energéticos de la producción de agua desalada, que suponen entre un 40-60% de los costes totales de producción, lo cual posibilita una inversión a largo plazo, factible técnica y económicamente, para hacer frente a la escasez de agua y a futuros escenarios de descenso de los recursos hídricos convencionales en la región. / [CA] En esta investigació es presenta una metodologia, aplicable a qualsevol conca hidrogràfica del món o sistema de gestió de recursos hídrics, que permet, d'una banda, detectar l'existència de canvis en el patró hidrològic d'alimentació al sistema, per a detectar tendències i millorar la planificació, avaluar la influència en la qualitat de l'aigua i veure necessitats d'adaptació dels tractaments de potabilització, i, finalment, una metodologia d'implantació d'energia fotovoltaica i gestió integrada amb plantes de dessalació, per exemple, per a mitigar els efectes d'estrès o dèficit hídric i incrementar el recurs disponible, optimitzant el disseny. A més, es presenta una anàlisi específica a una d'estes conques, com és la Demarcació Hidrogràfica del Xúquer (DH Xúquer), una de les conques hidrogràfiques del Mediterrani espanyol, que juntament amb altres com les conques internes de Catalunya, la DH del Segura, la DH Guadalete-Barbate o la DH del Guadalquivir, presenta una problemàtica de dèficit hídric amb perspectives negatives per efecte del canvi climàtic, realitzant-se una anàlisi de les possibles causes i impactes, i un estudi de possibilitats d'adaptació. En una última fase, d'altra banda, pretén analitzar les alternatives existents i proposar mesures directes d'adaptació i mitigació dels efectes, i augment de la resiliència dels sistemes productius relacionats amb l'aigua, basades en el desenvolupament sostenible mitjançant l'ús de nous recursos d'aigua i energies renovables. Com a conclusions obtingudes en la investigació, podem destacar, en la primera part o secció 1, que s'evidencia l'existència d'un punt de canvi en les sèries hidrològiques de la DH de manera que la disponibilitat de recursos hídrics, disminueix de mitjana entorn d'un 25%, arribant a màxims en unes certes zones de la DH de fins a un 42%, a conseqüència de canvis en els patrons de precipitacions i temperatures, disminuint les primeres, al voltant entre un 10% i un 25% depenent de les zones. Tot això té grans implicacions en la gestió dels recursos hídrics i l'atenció a les demandes o usos, no sols per la reducció absoluta en quantitat, sinó també pels canvis en els patrons del clima i en la forma en la qual es presenten estos recursos quant a distribució espacial dins de la DH. En segon lloc s'analitza, en la secció 2 de la investigació, com estos canvis en la hidrologia i el clima, afecten la disponibilitat d'aigua així com als processos de tractament d'aigua per al consum, no sols en la quantitat d'aigua, sinó també en la qualitat d'esta, veient com tots estos canvis, es tradueixen en un empitjorament d'uns certs paràmetres determinants en els processos de potabilització, conductivitat, temperatura i terbolesa, que empitjoren la qualitat de l'aigua per al seu consum, i per tant, implica modificacions en els plans d'explotació dels processos de potabilització i en la necessitat de busca de noves fonts de recurs per a poder satisfer les demandes. Finalment, en la secció 3, es presenta un cas concret de mesures d'adaptació a l'escassetat de recursos amb una metodologia d'integració de fonts d'energia renovable com és la fotovoltaica, en l'explotació d'una estació o planta dessaladora d'aigua de la mar, EDAM de Mutxamel (Alacant), per a incrementar l'aportació de recursos hídrics en la zona d'una manera eficient i sostenible en el temps. Amb això, es redueixen entorn d'un 50% els costos energètics de la producció d'aigua dessalada, que suposen entre un 40-60% dels costos totals de producció, la qual cosa possibilita una inversió a llarg termini, factible tècnica i econòmicament, per a fer front a l'escassetat d'aigua i a futurs escenaris de descens dels recursos hídrics convencionals a la regió. / [EN] This research presents a methodology applicable to any river basin or water resources management system in the world, which allows, on the one hand, to detect changes in the hydrological pattern feeding the system in order to detect trends and improve water management; secondly, the influence on water quality has been addressed and the need to adapt water treatments has also been identified; and finally, it provides a methodology for implementing photovoltaic energy and an integrated management with desalination plants, for example, to mitigate the effects of water stress or deficit and to increase the available resource by optimizing the design. In addition, a specific analysis is presented for one of these basins, such as the Júcar River Basin District (Júcar RBD), one of the RBD of the Spanish Mediterranean, which together with others such as the internal basins of Catalonia, Segura RBD, Guadalete-Barbate RBD or Guadalquivir RBD, presents a problem of water deficit with negative perspectives due to the effect of climate change, carrying out an analysis of the possible causes and impacts, and a study of possibilities of adaptation. In a final phase, on the other hand, it aims to analyze the existing alternatives and propose direct measures for adaptation and mitigation of the effects and increase the resilience of water-related production systems, based on sustainable development through the use of new water resources and renewable energies. As conclusions obtained in the research, we can highlight, in the first part or section 1, the evidence of existence of a change point in the hydrological series of the RBD, decreasing water resources availability on average by around 25%, reaching maximums in certain areas of the RBD of up to 42%, as a consequence of changes in the precipitation and temperatures patterns, decreasing the former by around 10% to 25% depending on the areas. All this has great implications in the management of water resources and attention to demands or uses, not only due to the reduction in absolute terms in quantity, but also due to changes in climate patterns and in the way in which these resources are presented in terms of spatial distribution within the RBD. Secondly, in section 2 of the research, it is analyzed how these changes in hydrology and climate affect the availability of water as well as the water treatment processes for consumption, not only in the quantity of water, but also in its quality, seeing how all these changes translate into a worsening of certain determining parameters in the purification processes, conductivity, temperature and turbidity, which worsen the quality of water for consumption, and therefore, imply modifications in the exploitation plans of the purification processes and in the need to search for new sources of resources to be able to satisfy the demands. Finally, in section 3, a specific case of adaptation measures to the scarcity of water resources is presented with a methodology of integration of renewable energy sources, such as photovoltaics, into the exploitation of a seawater desalination treatment plant (SWDTP) in Mutxamel (Alicante), to increase the contribution of water resources in the area in an efficient and sustainable way over time. This reduces the energy costs of producing desalinated water by around 50%, which account for 40-60% of total production costs, making possible a long-term investment that is technically and economically feasible to address water scarcity and future scenarios of declining conventional water resources in the region. / Gómez Martínez, G. (2025). Efectos del cambio climático en la disponibilidad de recursos hídricos y calidad del agua en cuencas mediterráneas. Aplicación en la Demarcación Hidrográfica del Júcar (España) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214823 / Compendio