Strategic planning of electricity systems: Integrating renewable energies

Tese de Doutoramento - Programa Doutoral em Engenharia Industrial e Sistemas (PDEIS)

Anàlisi i diagnosi ambiental dels refugis del PNAP

Els refugis de muntanya es troben situats en zones d’interès natural, sovint protegides, com és el cas dels deu refugis del Parc Natural de l’Alt Pirineu. En els darrers anys s’ha observat una diversificació en l’ús dels refugis de muntanya, originalment construïts per donar aixopluc als excursionistes, degut a l’augment del turisme i la popularització dels esports de neu i d’aventura. Els refugis estudiats es poden agrupar en tres tipologies diferents: refugis guardats, refugis alberg i refugis associats a pistes d’esquí, cadascuna de les quals presenta una realitat i unes problemàtiques diferents. Mitjançant una metodologia pròpia, es pretén fer una anàlisi i una diagnosi ambiental de cada cas d’estudi i de les diferents tipologies a partir dels vectors que poden generar un major impacte en l’entorn immediat dels refugis: aspectes socioeconòmics, arquitectura, paisatge i impacte visual, energia elèctrica i tèrmica, aigua potable i residual i residus sòlids. La diagnosi permet identificar els aspectes de cada refugi i tipologia que requereixen propostes de millora. Finalment es fa una proposta d’ecoetiqueta de serveis per a refugis guardats basada en el Distintiu de Garantia de Qualitat Ambiental de la Generalitat de Catalunya, ja aplicat amb èxit a altres establiments de serveis.

La revolución energética cubana en la UCLV: ¿un paso en el camino hacia la sostenibilidad?. Parte I: Análisis de los impactos ambientales

La Revolución Energética Cubana (REC) surge de las necesidades de resolver la situación social y económica de Cuba, sumergida en una crisis energética con constantes apagones que limitaban por completo todo desarrollo del país. La REC (2006) se basa en los principios de la autosuficiencia energética, el ahorro y uso racional de la energía, y el incremento de la eficiencia en todos los aspectos. En el presente trabajo se realiza el análisis de la sostenibilidad socio-ambiental de la REC en la Universidad Central Marta Abreu de Las Villas (UCLV), ubicada en Santa Clara (Cuba). La valoración se ha efectuado mediante el análisis de los impactos ambientales y sociales en dos estudios paralelos que se complementan aplicando la técnica de conmensurabilidad débil. El conjunto de los programas de la REC han propiciado mejoras en el suministro eléctrico y en el ahorro energético, disminuyendo en un 44% las emisiones de CO2, a pesar del incremento en la actividad docente y en la flota de equipos. Las medidas adoptadas han incidido en la calidad de la docencia, las condiciones de vida, la concienciación y la participación de la población, dando lugar a un impacto social positivo. De esta manera, el balance global de la REC es positivo ya que ha permitido el desarrollo de la UCLV sin incrementar los impactos ambientales, por lo que se puede considerar un paso en el camino hacia la sostenibilidad socio-ambiental.

La revolución energética cubana en la UCLV: ¿un paso en el camino hacia la sostenibilidad?. Parte II: Análisis de los impactos sociales

La Revolución Energética Cubana (REC) surge de las necesidades de resolver la situación social y económica de Cuba, sumergida en una crisis energética con constantes apagones que limitaban por completo el desarrollo del país. La REC (2006) es un conjunto de medidas basadas en los principios de la autosuficiencia energética, el ahorro y uso racional de la energía, y el incremento de la eficiencia en todos los aspectos. En el presente trabajo se realiza el análisis de la sostenibilidad socio-ambiental de la REC en la Universidad Central Marta Abreu de las Villas (UCLV), ubicada en Santa Clara (Cuba). La valoración se ha efectuado mediante el análisis de los impactos ambientales y sociales en dos estudios paralelos que se complementan aplicando la técnica de conmensurabilidad débil. El conjunto de los programas de la REC han propiciado mejoras en el suministro eléctrico y en el ahorro energético, disminuyendo en un 30% las emisiones de CO2, a pesar del incremento en la actividad docente y en la flota de equipos, en la universidad. Las medidas adoptadas han incidido en la calidad de la docencia, las condiciones de vida, la concienciación y la participación de la población, dando lugar a un impacto social positivo. De esta manera, el balance global de la REC se califica de positivo ya que ha permitido el desarrollo de la UCLV sin incrementar los impactos ambientales, por lo que se puede considerar un paso en el camino hacia la sostenibilidad socio-ambiental.

Eficiència energètica i consum de recursos: una estimació de l'efecte rebot a Catalunya

L’efecte rebot és aquell mecanisme a través del qual una millora de l’eficiència energètica no produeix el potencial estalvi d’energia esperat, o inclús pot fer que n’augmenti el consum. Això és degut a que una millora de l’eficiència energètica produeix un abaratiment del cost de proveir el servei energètic, que n’impulsa la demanda. Aquest treball realitza una revisió de la literatura existent sobre efecte rebot directe; analitza els principals aspectes teòrics i metodològics; i finalment estima, a partir de tècniques economètriques, la magnitud de l’efecte rebot directe per als serveis energètics que utilitzen energia elèctrica a les llars a Catalunya.

Modelització i control d'un reactor de producció d'hidrogen per a l'alimentació de piles de combustible

Les piles de combustible permeten la transformació eficient de l’energia química de certs combustibles a energia elèctrica a través d’un procés electroquímic. De les diferents tecnologies de piles de combustible, les piles de combustible de tipus PEM són les més competitives i tenen una gran varietat d’aplicacions. No obstant, han de ser alimentades únicament per hidrogen. Per altra banda, l’etanol, un combustible interessant en el marc dels combustibles renovables, és una possible font d’hidrogen. Aquest treball estudia la reformació d’etanol per a l’obtenció d’hidrogen per a alimentar piles de combustible PEM. Només existeixen algunes publicacions que tractin l’obtenció d’hidrogen a partir d’etanol, i aquestes no inclouen l’estudi dinàmic del sistema. Els objectius del treball són el modelat i l’estudi dinàmic de reformadors d’etanol de baixa temperatura. Concretament, proposa un model dinàmic d’un reformador catalític d’etanol amb vapor basat en un catalitzador de cobalt. Aquesta reformació permet obtenir valors alts d’eficiència i valors òptims de monòxid de carboni que evitaran l’enverinament d’una la pila de combustible de tipus PEM. El model, no lineal, es basa en la cinètica obtinguda de diferents assaigs de laboratori. El reformador modelat opera en tres etapes: deshidrogenació d’etanol a acetaldehid i hidrogen, reformat amb vapor d’acetaldehid, i la reacció WGS (Water Gas Shift). El treball també estudia la sensibilitat i controlabilitat del sistema, caracteritzant així el sistema que caldrà controlar. L’anàlisi de controlabilitat es realitza sobre la resposta de dinàmica ràpida obtinguda del balanç de massa del reformador. El model no lineal és linealitzat amb la finalitat d’aplicar eines d’anàlisi com RGA, CN i MRI. El treball ofereix la informació necessària per a avaluar la possible implementació en un laboratori de piles de combustibles PEM alimentades per hidrogen provinent d’un reformador d’etanol.

La integració de les energies renovables en un model energètic sostenible

La sostenibilitat del model energètic de Catalunya es veu condicionada per aspectes com la dependència energètica, la seguretat de subministrament, l’eficiència energètica, els impactes ambientals i la demanda creixent. D’altra banda, la incorporació d’energia renovable en el mix energètic implica una major autonomia energètica, seguretat de subministrament a llarg termini, i eficiència energètica, així com un menor impacte ambiental. Tanmateix, la contribució en el sistema elèctric d’un volum ja important i creixent d’energia renovable requereix una complexa tasca d’integració a nivell tècnic i econòmic. Per aconseguir-ho, és necessari desenvolupar una regulació estable que complementi el procés de liberalització del sector amb l’objectiu d’acomodar la generació renovable en un model energètic sostenible. La (in)formació i participació de la demanda es presenta com una condició clau per engegar el camí cap a una nova cultura energètica.

Uranium reserve, nuclear fuel cycle delusion, CO2 emission from the sea, and electricity supply: reflections after the fuel meltdown of Fukushima nuclear power units

The Great Tohoku-Kanto earthquake and resulting tsunami has brought considerable attention to the issue of the construction of new power plants. We argue in this paper, nuclear power is not a sustainable solution to energy problems. First, we explore the stock of uranium-235 and the different schemes developed by the nuclear power industry to exploit this resource. Second, we show that these methods, fast breeder and MOX fuel reactors, are not feasible. Third, we show that the argument that nuclear energy can be used to reduce CO2 emissions is false: the emissions from the increased water evaporation from nuclear power generation must be accounted for. In the case of Japan, water from nuclear power plants is drained into the surrounding sea, raising the water temperature which has an adverse affect on the immediate ecosystem, as well as increasing CO2 emissions from increased water evaporation from the sea. Next, a short exercise is used to show that nuclear power is not even needed to meet consumer demand in Japan. Such an exercise should be performed for any country considering the construction of additional nuclear power plants. Lastly, the paper is concluded with a discussion of the implications of our findings.

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Síntesi de nanopartícules de TiO2 fàcilment processables i el seu ús per a fabricar a baixa temperatura cel·les solars sensibilitzades

La gran demanda energètica i la problemàtica dels combustibles fòssils i d‟altres recursos per a obtenir energia posen de manifest la necessitat de desenvolupar tecnologies netes, sostenibles i econòmicament viables de generació d‟energia. En aquest àmbit, les cel·les solars sensibilitzades amb colorant (Dye Sensitized Solar Cells, DSSC), que transformen l‟energia solar a energia elèctrica, són una solució factible. A més, el desenvolupament de mètodes per a construir aquestes cel·les a baixa temperatura permetria fabricar-les sobre substrats plàstics, fet que els donaria un valor afegit i permetria una producció en continu, ràpida i amb baix cost tant, econòmic, com d‟impacte ambiental. Aquest treball presenta el desenvolupament d‟un mètode de producció a baixa temperatura (140 ºC) de DSSC, amb eficiència de 5,9 % sobre substrats FTO/vidre. Aquest valor és superior a la majoria de les eficiències reportades a la bibliografia de DSSC construïdes a baixa temperatura. Les capes mesoporoses que formen els elèctrodes de les DCCS es dipositen per doctor blade a partir d‟una pasta composta per nanopartícules de TiO2, de 4-8 nm, recobertes d‟àcid 3,6,9-trioxadecanoic, per nanopartícules de Degussa P25, de 20-25 nm, i com a dissolvents només s‟utilitza aigua i etanol. L‟aplicació d‟un tractament a 140 ºC permet eliminar la matèria orgànica de la superfície de les nanopartícules de 4-8 nm i unir-les a les de Degussa P25. Aquest fet permet obtenir capes mesoporoses sinteritzades de 6 μm de gruix. A més, l‟aplicació d‟un post-tractament, en el qual s‟utilitza l‟àcid hexafluoro titànic (IV), produeix un lleuger increment en l‟eficiència. Endemés, l‟obtenció de capes primes de TiO2 sobre substrats plàstics és un tema d‟actualitat a causa de la falta de mètodes de deposició a baixa temperatura. En aquest context, s‟ha sintetitzat, mitjançant processos respectuosos amb el medi ambient nanopartícules de TiO2 cristal·lí modificades superficialment amb lauril gal·lat i àcid 3,6,9-trioxodecanoic. Les nanopartícules poden ser dispersades en dissolvents orgànics i aigua respectivament, fet que permet obtenir suspensions estables i de fàcil manipulació. Aquestes poden ser utilitzades com a precursores per a obtenir capes primes a baixa temperatura de TiO2 cristal·lí. En concret, les capes primes formades per nanopartícules de TiO2 modificades amb àcid 3,6,9-trioxodecanoic s‟han utilitzat com a blocking layer en les DSSC construïdes a baixa temperatura.

Application for fault location in electrical power distribution systems

Fault location has been studied deeply for transmission lines due to its importance in power systems. Nowadays the problem of fault location on distribution systems is receiving special attention mainly because of the power quality regulations. In this context, this paper presents an application software developed in Matlabtrade that automatically calculates the location of a fault in a distribution power system, starting from voltages and currents measured at the line terminal and the model of the distribution power system data. The application is based on a N-ary tree structure, which is suitable to be used in this application due to the highly branched and the non- homogeneity nature of the distribution systems, and has been developed for single-phase, two-phase, two-phase-to-ground, and three-phase faults. The implemented application is tested by using fault data in a real electrical distribution power system

Projecte d’una instal•lació solar fotovoltaica per a un sistema de bombes de reg

Instal.lació d’una explotació agrícola amb funcionament per energia solar fotovoltaica a Torregrossa (Tarragona). Disseny i definició de les parts necessàries que conformaran la instal•lació solar fotovoltaica que subministrarà energia elèctrica a les bombes de reg

Monitorització de la qualitat de l'electricitat d'un edifici universitari mitjançant l'analitzador CM4000

Es va instal.lar un analitzador CM4000 a la Facultat de Ciències per tal de poder enregistrar en temps real les incidències en la xarxa elèctrica que s'estaven produint (caigudes de tensió i problemes amb els harmònics). El projecte vol monotoritzar la qualitat dels registres d'aquest analitzador que queden enregistrats a la base de dades Power Server. A partir d'aquestes dades es realitza un estudi sobre la freqüència de les incidències, buscant el patró dels dies i hores en què les incidències són màximes

Projecte d'infraestructures d'un sector residencial a Tossa de Mar

Projecte de millores d'infrastructures de la urbanització de Santa Maria de Llorell (Tossa de Mar

Projecte per la realització d’ una intal·lació solar fotovoltaica en règim especial als edificis de l’ Escola Politècnica Superior de la UdG

El present projecte té per principal odjectiu dur a terme el disseny d’ una instal·lació solar fotovoltaica de producció d’ energia elèctrica en règim especial sobre teulada instal·lada en un edifici de caràcter oficial de l’ Escola Politècnica Superior de la UdG amb l’ objectiu de generar energia elèctrica