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El aumento de la demanda energética que ha experimentado la humanidad en los últimos años, sumado al incesante avance del calentamiento global asociado al uso de combustibles fósiles como principal fuente de energía, han hecho que en la actualidad la humanidad se enfrente a uno de los mayores retos de su historia: la búsqueda de nuevas fuentes de energía más sostenibles. En la actualidad, el uso de sistemas de conversión electroquímica de energía, como electrolizadores y pilas de combustible, se postula como un buen candidato para solventar este problema. Tal es la importancia de estos dispositivos que ya se han planteado numerosas estrategias por los gobiernos de la Unión Europea para favorecer la transición energética hacia el H2 verde. En el caso de España, estrategias como las recogidas en "Hoja de Ruta del Hidrógeno: una apuesta por el hidrógeno renovable " o la "Estrategia de almacenamiento energético " recalcan la importancia de contribuir en el desarrollo de estas tecnologías para alcanzar un futuro más sostenible. El desarrollo de estas tecnologías tiene su principal limitación en las reacciones que implican al O2, como son la evolución (OER) y reducción de oxígeno (ORR), las cuales, debido a su alto potencial de equilibrio (1,23 V frente al electrodo reversible de hidrógeno), hacen que sea necesario el empleo de catalizadores basados en metales nobles que encarecen significativamente el coste de estos dispositivos. Para tratar de solucionar esto, en la última década se han centrado los esfuerzos en el uso de materiales carbonosos como catalizadores, en combinación con metales de la primera serie de transición, dando lugar a una nueva gama de materiales denominados composites o materiales compuestos, cuya alta conductividad, abundancia y estabilidad los han convertido en buenos candidatos para sustituir a los catalizadores basados en metales nobles como Pt o Ir que se emplean en la actualidad. Es por esto que el objetivo de esta tesis doctoral es el diseño y optimización de un método de síntesis que permita la obtención de materiales compuestos preparados mediante la combinación de grafenos dopados con nitrógeno y nanopartículas de óxidos de Ti y Co. El trabajo se ha centrado en la optimización de variables como la preparación del material precursor con el fin de obtener diferentes estructuras de grafeno dopado nitrógeno, así como, la temperatura y el tiempo de pirólisis durante el proceso de reducción térmica. En la primera parte de este estudio se ha llevado a cabo el diseño de un método de síntesis para la obtención de grafenos reducidos dopados con nitrógeno y modificado con nanopartículas de Ti o Co, con el fin de determinar tanto las propiedades físico-químicas, como catalíticas, de los composites monometálicos. En este estudio, además, se ha estudiado la influencia del tiempo (1 – 2 – 3 horas) en el método de síntesis empleado para la preparación de composites modificados con Ti, observándose algunas diferencias en la naturaleza de las fases de Ti encontradas. A continuación, se ha preparado un catalizador modificado con Co y sus propiedades han sido comparadas con el mejor de los catalizadores modificados con Ti. La parte central de la tesis doctoral se ha centrado en el estudio del efecto combinado de ambos metales en un mismo composite. Para ello, se ha modificado el método de síntesis para modificar el grafeno dopado con nitrógeno con Ti y Co en una sola etapa. Para optimizar el método de síntesis se han comparado distintos materiales preparados a dos temperaturas de reacción (700 – 800 ºC) y distintos tiempos de reacción (1 – 2 – 3 horas). La evolución de las fases encontradas en cada material ha sido estudiada a partir de técnicas físico-químicas, a través de las cuales se ha podido determinar la aparición de distintos óxidos metálicos en función de la temperatura de pirólisis empleada para la reducción de los materiales. Así mismo, al igual que ocurría en los materiales monometálicos, se ha podido determinar la evolución de las fases metálicas, así como la naturaleza de la fase grafénica en función del tiempo de pirólisis empleado. A partir de los estudios anteriores, se han tomado las condiciones en las que han obtenido los catalizadores con el mejor rendimiento electrocatalítico como base para la preparación de un nuevo método de síntesis que permita la obtención de estructuras tridimensionales de grafeno, denominadas criogeles de grafeno, con el objetivo de aumentar el área BET de los catalizadores. Además, a partir de esta síntesis se ha estudiado el efecto de la sal del Co utilizada como precursor en las propiedades de los catalizadores obtenidos. Los estudios llevados a cabo a partir de la determinación de las isotermas de absorción de los materiales, ha permitido confirmar un aumento significativo del área BET en todos los criogeles sintetizados. Así mismo, el estudio de las propiedades físico-químicas de los materiales ha revelado diferencias significativas en los materiales en función del precursor de Co empleado. El comportamiento electrocatalítico de los materiales, así como, su estabilidad y su bifuncionalidad para la OER y la ORR ha sido caracterizado mediante un sistema electroquímico de tres electrodos para determinar aquella combinación de materiales con mayor actividad electrocatalítica. Aquellos que han presentado el mejor comportamiento bifuncional han sido además caracterizados por técnicas electroquímicas avanzadas como el electrodo de difusión de gases (GDE) y un sistema prototipo de pila de combustible regenerativa. Comparando el comportamiento de los materiales basados en grafenos reducidos dopado con nitrógeno, se ha podido demostrar que el método de síntesis diseñado permite la obtención de materiales basados en Ti con una buena actividad catalítica hacia la ORR, en comparación con otros trabajos reportados en la bibliografía. Además, mediante la combinación ambos metales, se ha podido mejorar el rendimiento catalítico y la estabilidad de los materiales en comparación con los composites monometálicos. En el caso de los criogeles de grafeno dopado con nitrógeno, se ha podido observar una mejora del rendimiento catalítico frente a los grafenos reducidos, sobre todo, mediante el empleo de sistemas electroquímicos avanzados como el GDE. Así mismo, se ha conseguido un aumento significativo de la estabilidad de los materiales, permitiendo su uso a largos tiempos de operación. ; The increasing demand of energy that humanity had suffer in the last times, added to the global warming expanse associated to the fossil fuels used as main energy source, have made that the humanity has to afford one of its highest challenges: the search for new sources of sustainable energy. Currently, the use of electrochemical energy conversion systems like fuel cells (FC) and electrolysers (PEM) have been raised as good candidate to solve this problem. These kinds of devices are so important than some government agencies like European Union have proposed some strategies in order to develop the use of green H2 as alternative for the generation of electrical energy. In Spain, according with de UE guidelines, some strategies like the pickups on "Hoja de Ruta del Hidrógeno: una apuesta por el hidrógeno renovable " or "Estrategia de almacenamiento energético " remarks the importance of contribute to the improvement of these technologies in order to reach a more sustainable future. Development of these technologies have its main limitation in the oxygen electrode reaction, which are the oxygen reduction (ORR) and evolution (OER) reactions, whose high equilibrium potential (1.23 V vs RHE) make necessary the use of catalysts based on noble metals which increase significantly the cost of manufacture. To solve this, in the last decade the efforts have been focused in the use of carbon-based materials as catalysts combined with early transition metals, creating a new range of materials named composites, whose high conductivity, availability and stability make them good candidates to substitute actual noble metal-based catalysts as Pt or Ir. For this reason, the aim of this doctoral thesis is the design and optimization of a synthesis method which allow the obtention of composites prepared by combining nitrogen doped graphene with Ti and Co nanoparticles. This work has been focused in the optimization of some parameters as the precursor mixture preparation, in order to obtain different n-doped graphene structures, and the pyrolysis temperature and time for the thermal reduction step. In the first part of this study, a new synthesis method has been employed to prepare nitrogen doped graphene modified with Ti or Co nanoparticles. Prepared materials have been characterized by different techniques in order to determine the physicochemical and catalytic properties of monometallic composites. In addition, the influence of the pyrolysis time has been studied for 1, 2 and 3 hours in the Ti-based materials, finding some differences in the nature of the Ti found phases. A Co-based monometallic composite has been prepared and their properties have been compared with the monometallic Ti-based composites. The core part of this doctoral thesis has been focused on the study of the combined effect of Ti and Co in the same composite. To do this, synthesis method has been modified in order to introduce Ti and Co at the same time. In addition, to optimize the synthesis method, some parameters like pyrolysis temperature (700 – 800 ºC) and time (1 – 2 – 3h) have been compared. The evolution of the founded phases in each material has been studied through physicochemical techniques which have revealed the presence of different metal oxides according to the pyrolysis temperature employed for the thermal reduction procedure. However, the time pyrolysis influence has been determined. From these results, the best synthesis condition to obtain the best electrocatalytic performance have been selected as base for the preparation of a new synthesis method for the obtention of three-dimensional graphene structures, called graphene cryogels, with the aim of increase the specific BET area of catalysts. In addition, from this synthesis, the effect of Co precursor has been studied too. By these studies have been confirmed an increase of BET area in all synthetized cryogels. However, the physicochemical properties study has shown significant differences according to the employed Co precursor. Catalytic performance of synthetized materials, stability and bifunctionality towards OER and ORR have been measured by a three-electrode system in order to determine which catalysts have the best performance. Those which have shown the best bifunctional behaviour have been tested by advanced electrochemical techniques like gas diffusion electrode (GDE) and a prototype URFC system. The comparison between reduced graphene-based materials has been demonstrated that the designed synthesis method allows the obtention of Ti-based composites with good performance as catalysts for the ORR, compared with similar materials reported on literature. In addition, by combining both metals, some properties like catalytic performance of stability have been upgraded. Composites based on cryogels have shown a better performance in advanced electrochemical techniques like GDE, having a better behaviour as bifunctional catalysts and being more stable than reduced graphene-based catalysts.

RESUMEN: El crecimiento de la demanda, el cambio en los patrones de consumo y el aumento de la intermitencia por una mayor penetración de las energías renovables están sometiendo al sistema energético a una gran presión, cuya solución pasa, entre otras, por instalaciones de almacenamiento energético económicas, escalables y de larga duración. En la primera parte de este trabajo, la Memoria, se realiza una revisión de la política energética y climática adoptada en España y que viene definida en el PNIEC, la cual, expresa la necesidad de nuevas instalaciones que permitan hacer frente a la cada vez mayor brecha entre demanda y generación, dando un papel clave al almacenamiento energético. Se analiza por tanto el contexto político y legal del almacenamiento energético, así como los retos a los que se enfrenta el sector en España a la hora de tener una mayor implantación. Posteriormente se detallan las tecnologías disponibles de almacenamiento, estableciendo una comparativa entre las mismas, centrándose en las tecnologías de almacenamiento mecánico, por su potencia y duración. Dentro de las tecnologías mecánicas, se destaca el almacenamiento energético en aire criogenizado y para ello se analiza la instalación CRYObattery, propiedad de la empresa Highview Power, siendo esta última objeto del Análisis de Viabilidad. El Análisis de Viabilidad empieza definiendo los criterios de localización de la CRYOBattery, cercanía a los consumidores y a instalaciones de tipo renovable, e identificando un posible emplazamiento de esta en el polígono industrial de Llanos de San Isidro, Palencia. Una vez determinada la situación geográfica, el siguiente paso en el marco del Análisis de Viabilidad es realizar el análisis económico de la instalación de almacenamiento. Esta CRYOBattery se define como un módulo estándar de 50/50 MW, del que se conocen datos relativos a sus costes, y por tanto se pueden determinar una serie de parámetros caracterizadores del proyecto, así como una metodología, en este caso la de Lazard, para determinar los flujos de caja y poder establecer los criterios de rentabilidad. Se realiza por tanto un análisis pormenorizado de la estructura de capital, costes e ingresos de la instalación, de lo que se extrae una serie de conclusiones relacionadas con la viabilidad del proyecto a partir, en primer lugar, del VAN y el TIR, y en última instancia del análisis de sensibilidad y del análisis de riesgo. El valor positivo de los indicadores, así como el estudio de las variables críticas y de los riesgos a los que se enfrenta el proyecto, permite concluir la rentabilidad de este así como las características de la inversión a nivel de subvenciones, tasa de descuento, pago de la deuda… Este estudio aporta el valor de un anteproyecto, extrayendo interesantes conclusiones en relación a los riesgos y viabilidad del mismo, y analizando figuras como el contrato PPA cuya implantación sería de interés en este tipo de inversiones. Es trascendental por tanto valorar la implantación de este tipo de proyectos, que, como se afirma en la primera parte de este documento, van a tener una relevancia considerable en el camino hacia la neutralidad climática y la sostenibilidad del sistema eléctrico. Se pone en valor soluciones como la CRYOBattery que, partiendo de tecnologías ya maduras y existentes, son innovadoras y tienen grandes posibilidades. ; ABSTRACT: The growth in demand, the change in consumption patterns and the increase in intermittency due to a greater penetration of renewable energies are putting the energy system under great pressure, whose solution involves, among others, economic, scalable and long-lasting energy storage facilities. In the first part of this project, the Report, a review is made of the energy and climate policy adopted in Spain and defined in the PNIEC, which entails a need for facilities to address the gaps between demand and generation and gives a key role to energy storage facilities. Therefore, the political and legal context of energy storage is analyzed, as well as the challenges faced by the sector in Spain, at the time of having a greater implementation. Subsequently, an analysis of the available storage technologies is carried out, establishing a comparison between them, focusing on the mechanical storage technologies, since they are the largest in power and duration. Within the mechanical technologies, the study focuses on the cryogenic air energy storage technology, analyzing the CRYObattery facility, owned by the company Highview Power, whose implementation will be analyzed in the rest of the project. The next part, corresponding to the Feasibility Analysis, begins by defining the location criteria of the CRYObattery, proximity to consumers and renewable energy facilities, identifying it in the industrial area of Llanos de San Isidro, in Dueñas, Palencia. Once the geographical location has been analyzed, the next step in the feasibility analysis is to carry out an economic analysis of the storage installation. This CRYOBattery is defined as a standard module of 50/50 MW, and therefore, being aware of data related to its costs, a series of parameters characterizing the project can be determined, as well as a methodology, in this case of Lazard, to determine the cash flows and to be able to establish the profitability criteria. A detailed analysis of the capital structure, costs and revenues of a facility is therefore carried out, from which a series of conclusions related to the viability of the project are drawn based, firstly, on the NPV and IRR, and ultimately on the sensitivity and risk analysis carried out. The positive value of the indicators, as well as the study of the critical variables and the risks faced by the project, has allowed me to conclude the profitability of this type of facility as well as the characteristics of the investment at the level of subsidies, discount rate, debt repayment. Once concluded the feasibility and the actions to be taken to avoid risks, such as the establishment of PPAs with renewable energy producers and consumers, it is considered that the study carried out provides the value of a preliminary project for a CRYObattery. It is therefore transcendental to value the implementation of this type of projects, which, as stated in the first part of this document, will have a considerable relevance in the path towards climate neutrality and sustainability of the electricity system. The paper highlights solutions such as CRYOBattery which, based on existing and mature technologies, are innovative and have great potential. ; Máster en Ingeniería Industrial

Los inconvenientes medioambientales, sociales y económicos que presentan los combustibles fósiles y nucleares están propiciando un uso cada vez mayor de fuentes de energía renovables. El fuerte desarrollo tecnológico de los sistemas de generación basados en estas fuentes de energía, especialmente de los sistemas eólicos y fotovoltaicos, ha abaratado enormemente sus costes de producción, resultando ya tecnologías competitivas en relación con las plantas convencionales. Actualmente, el principal obstáculo que limita su integración masiva en la red eléctrica es su gestionabilidad, dada la naturaleza intermitente del recurso renovable. Los sistemas de almacenamiento energético distribuidos, y en particular las baterías de litio y los supercondensadores, surgen como una de las mejores alternativas para mejorar la gestión de esta energía y facilitar la operación de una red el ectrica cada vez más basada en sistemas renovables. Esta tesis analiza en profundidad ambas tecnologías de almacenamiento, especialmente cuando funcionan en entornos de generación renovable. Las principales líneas de trabajo de la tesis son: Análisis del estado actual de las tecnologías; Estudio de la influencia de los fenómenos termodinámicos, electroquímicos y térmicos en el funcionamiento de estos sistemas de almacenamiento; Modelado electroquímico y térmico de ambas tecnologías de almacenamiento; Estimación del estado de carga y del envejecimiento en baterías de litio; Validación experimental de los modelos propuestos ante diferentes condiciones de funcionamiento; Desarrollo de metodologías para el diseño y funcionamiento óptimo de sistemas de almacenamiento basados en baterías de litio en entornos renovables y particularización para centrales fotovoltaicas. ; Environmental, social and economic drawbacks of fossil and nuclear fuels are leading to an increased use of renewable energy sources. The strong technological development of renewable-based generation systems during the last years, especially in the case of wind and photovoltaic systems, has led to an impressive reduction of production costs and made these technologies competitive with conventional power plants. At present, the main barrier that limits their massive integration into the electrical grid is their reduced manageability due to the intermittent nature of renewable resources. Distributed energy storage systems, particularly lithium-ion batteries and supercapacitors, arise as one of the best options to provide manageability to these systems and help operate an electrical grid increasingly based and dependent on renewable power plants. This thesis analyses in depth both energy storage technologies, in particular when they operate in renewable generation systems. The main research lines of the thesis are: Analysis of the state of the art of lithium-ion battery and supercapacitor technologies; Study of the infuence of thermodynamic, electrochemical and thermal phenomena on the operation of these storage technologies; Electrochemical and thermal modelling of both technologies; Estimation of the state of charge and ageing of lithium-ion batteries; Experimental validation of the proposed models under different operating conditions; Development of methodologies for the optimal design and operation of storage systems based on lithium-ion batteries in renewable environments, and implementation in photovoltaic power plants. ; This thesis has been subsidised by the FPU Program of the Spanish Ministry of Education, Culture and Sport with the scholarship FPU 13/00542. Moreover, funding from the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness has been used under the research and development projects DPI2016-80641-R, DPI2016-80642-R and DPI2013-42853-R and from the Government of Navarre under the research and development project "Integration of renewable energy in the electricity grid by means of advance energy storage systems". ; Programa de Doctorado en Tecnologías de las Comunicaciones, Bioingeniería y de las Energías Renovables (RD 99/2011) ; Bioingeniaritzako eta Komunikazioen eta Energia Berriztagarrien Teknologietako Doktoretza Programa (ED 99/2011)

[Resumen] El almacenamiento de energía es vital en una economía global moderna, en la que las energías renovables, con un inherente carácter variable y estacional, adquieran un protagonismo mayoritario. Una opción para el almacenamiento de energía consiste en la producción de hidrógeno a través de la electrólisis del agua con excedentes de electricidad de origen renovable, que posteriormente se puede utilizar nuevamente para producir electricidad en una pila de combustible, un motor de combustión interna o una turbina de gas, entre otras numerosas aplicaciones. El almacenamiento de hidrógeno renovable, cada vez más cerca de alcanzar la competitividad económica, está disfrutando de un impulso político y empresarial sin precedentes, y se espera que la cantidad de proyectos y políticas favorables en el mundo aumenten rápidamente en los próximos años. El creciente interés en esta alternativa de almacenamiento está motivado por la urgencia de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, por la caída de los costes de las energías renovables y por los desafíos de integración de sistemas energéticos derivados de la creciente participación de las energías renovables no gestionables. Este libro trata de examinar las distintas tecnologías disponibles para la producción, almacenamiento y utilización final del hidrógeno como vector energético. ; [Abstract] Energy storage plays a key role in the modern global economy, in which variable renewable energies are growingly acquiring a major part. One option for energy storage is the production of hydrogen through electrolysis of water with renewable electricity, which can later be used again to produce electricity in a fuel cell, internal combustion engine or gas turbine, among other applications. Renewable hydrogen is quickly approaching economic competitiveness and enjoying unprecedented political and business momentum, with the number of favorable policies and projects worldwide expected to increase rapidly in the coming years. The rising interest in this storage alternative is driven by the urgency of greenhouse gas emission mitigation, by the falling costs of renewable power and by systems integration challenges due to rising shares of variable renewable power supply. This book aims at reviewing the different available technologies for hydrogen production, storage and final use as an energy vector. ; [Resumo] O almacenamento de enerxía é vital nunha economía global moderna, na que as enerxías renovables, cun inherente carácter variable e estacional, adquiran un protagonismo maioritario. Unha opción para o almacenamento de enerxía consiste na produción de hidróxeno a través da electrólise da auga con excedentes de electricidade de orixe renovable, que posteriormente pódese utilizar novamente para producir electricidade nunha pila de combustible, un motor de combustión interna ou unha turbina de gas, entre outras numerosas aplicacións. O almacenamento de hidróxeno renovable, cada vez máis preto de alcanzar a competitividade económica, está a gozar dun impulso político e empresarial sen precedentes, e espérase que a cantidade de proxectos e políticas favorables no mundo aumenten rapidamente nos próximos anos. O crecente interese nesta alternativa de almacenamento está motivado pola urxencia da redución das emisións de gases de efecto invernadoiro, pola caída dos custos das enerxías renovables e polos desafíos de integración de sistemas enerxéticos derivados da crecente participación das enerxías renovables non xestionables. Este libro trata de examinar as distintas tecnoloxías dispoñibles para a produción, almacenamento e utilización final do hidróxeno como vector enerxético.

El hidrógeno renovable es un vector energético que irrumpe confuerza como solución sostenible clave para la descarbonización de la economía.En este sentido, nuestro marco regulatorio debe reconocer su potencial, asumiendopara ello los retos y oportunidades que este vector energético arroja. Asípues, el presente estudio tiene por objeto hacer propuestas de regulación queentendemos adecuadas para lograr el impulso de la cadena de valor del hidrógenorenovable. En particular, examinamos aspectos jurídicos sobre el régimende actuación de los titulares de las instalaciones y la aplicación de los principiosde separación de sus actividades y de acceso de terceros a las redes, destacandotambién el necesario marco de cooperación transfronterizo que debe existir entretitulares de las instalaciones. Asimismo, abordamos los aspectos más relevantessobre el régimen retributivo que debe configurarse para los titulares de las instalaciones.Y, por último, exponemos el actual marco de fomento dirigido a financiarproyectos en materia de hidrógeno, construido sobre la base de convocatoriascompetitivas que seleccionarán los proyectos pioneros y más innovadores.
Hidrogeno berriztagarria gogor sartu den energia-bektorea da,ekonomiaren deskarbonizaziorako funtsezko soluzio jasangarri gisa. Ildo horretan,gure arau-esparruak bere potentziala aitortu behar du, eta, horretarako, energia-bektore horrek dituen erronkak eta aukerak onartu behar ditu. Beraz, azterlanhonen helburua da hidrogeno berriztagarriaren balio-katea bultzatzeko egokitzatjotzen ditugun erregulazio-proposamenak egitea. Zehazki, instalazioen titularrenjarduera-araubideari eta jarduerak bereizteko eta hirugarrenak sareetara sartzekoprintzipioen aplikazioari buruzko alderdi juridikoak aztertzen ditugu, instalazioen titularrenartean egon behar den mugaz gaindiko lankidetza-esparrua ere azpimarratuz.Era berean, instalazioen titularrentzat eratu behar den ordainsari-erregimenariburuzko alderdirik garrantzitsuenak aztertzen ditugu. Eta, azkenik, hidrogenoarenarloko proiektuak finantzatzera bideratutako egungo sustapen-esparrua azaltzendugu, proiektu aitzindari eta berritzaileenak hautatuko dituzten lehia-deialdietanoinarrituta eraikia.
Renewable hydrogen is an energy vector that appears as a keysustainable solution for the decarbonisation of the economy. In this sense, theregulatory framework must recognize its potential, assuming the challengesand opportunities that this energy vector has. Thus, the purpose of this study isto make regulatory proposals that we understand are adequate to achieve the promotion of the renewable hydrogen value chains. In particular, we examinelegal aspects regarding the actions of infrastructure owners and the applicationof the principles of unbundling and third-party access to the networks. We alsohighlight the necessary cross-border cooperation framework that must existbetween owners of the facilities. Likewise, we address the most relevant aspectsof the remuneration regime that must be configured for the owners of thefacilities. And, finally, we examine the current framework for promoting renewablehydrogen in Spain. This promotion framework is built on the basis of competitivecalls that select the pioneering and most innovative projects.

"La búsqueda de la energía ilimitada ha sido por años uno de los objetivos de la humanidad, ha creado y destruido fortunas, levantado y arrasado naciones, y ha transformado por completo la forma en que los seres humanos viven. El consumo energético va de la mano con los avances tecnológicos y por ende con la constante evolución de la civilización. Desde aquellos antepasados que descubrieron el fuego y que a través del consumo de la madera y el carbón vegetal dieron pie a las eras de los metales (cobre, bronce y hierro), periodos que se caracterizan por una deforestación y erosión significativa, pasando por Simon Stevin (1548 – 1620) matemático, ingeniero militar e hidráulico belga que, a través de la tecnología de los molinos de viento fomentó a los Países Bajos a crear el primer banco central y la primera bolsa de valores del mundo; seguido por los británicos James Watt (1736 – 1819) y Richard Trevithick (1771 – 1833) con sus máquinas de vapor impulsadas por carbón mineral que dieron pie a la revolución industrial, hasta uno de los más grandes descubrimientos tecnológicos a manos del italiano Alessandro Volta (1745 – 1827), la pila voltaica".

El Gobierno Nacional ha realizado un gran esfuerzo para llevar a cabo el proyecto de diversificación de la matriz energética, debido a la contaminación y a los altos costos fiscales que ésta implica; por lo anterior, se propone el diseño y control automático de una plataforma para una vivienda social sostenible que utilice el hidrógeno como vector energético, generado a partir del aprovechamiento de recursos renovables. Para ello, primero se estableció una ubicación geográfica conveniente para la vivienda (tomando en cuenta la radiación solar y recurso eólico), el número de personas a la que debe estar dirigida, el consumo energético promedio y cómo debe estar conformado el sistema de energía renovable (solar o eólico), el sistema de almacenamiento de energía (pilas de combustible de hidrógeno o baterías para sistemas estacionarios). Con la ayuda del software HOMER Energy se determinó que la mejor opción es una vivienda con un sistema de energía solar y con un sistema de almacenamiento por medio de baterías. Una vez definida la configuración energética de la vivienda se realizó el diseño y control de la plataforma de control para la vivienda social sostenible, con el fin de monitorear y controlar las variables de índole eléctrico. ; The National Government has made great efforts to carry out the project of diversification of the energy matrix, due to pollution and the high fiscal costs it entails; Therefore, the design and automatic control of a sustainable social housing that use hydrogen as an energy vector, generated from the exploitation of renewable resources is proposed. To do this, first a convenient geographical location of housing, the number of people that must be addressed, the average energy consumption and how it should be shaped the renewable energy system (solar or wind) and the storage system was established energy (hydrogen fuel cells or batteries for stationary systems). With the help of software HOMER Energy it was determined that the best option is a home with a solar power system with a ...

El autoconsumo es una herramienta fundamental para integrar energías renovables y fomentar la participación activa de los consumidores en el sector energético. Para ello, la regulación del autoconsumo debe expandirse, incorporando figuras como el autoconsumo compartido, las comunidades energéticas, el almacenamiento y los vehículos eléctricos. En este artículo se presenta un problema de optimización del coste energético de una comunidad que considera diferentes políticas de autoconsumo compartido y gestión del vehículo eléctrico. El problema se aplica a una comunidad de energía compuesta por cinco consumidores domésticos para escenarios de uso del vehículo eléctrico con diferentes horarios de trabajo y consumos diarios. Los resultados muestran que las políticas involucradas tienen mayor impacto en el precio de la comunidad que el uso dado a los vehículos eléctricos.

El abastecimiento de agua caliente para uso sanitario puede requerir más de la mitad del consumo energético térmico de un cuartel militar del ejercito mexicano. La principal fuente de combustibles para su calentamiento son los gases natural y LP, los cuales pueden ser sustituidos por energía solar si se diseñan adecuadamente los sistemas necesarios para la captación y almacenamiento térmico. Para diseñar dichos sistemas es necesario el uso de simulación dinámica, debido a la variabilidad intrínseca del recurso solar. La simulación en TRNSYS permite estimar el comportamiento de los sistemas termo-solares y con ello optimizar su diseño.

[SPA] El intenso cambio de conciencia medioambiental por el cual ha apostado la Unión Europea en los últimos años está provocando una revolución masiva en todos los sectores y, como no podía ser menos, especialmente en el industrial. Durante el presente trabajo de fin de estudios se pretenderá dar una solución coherente a un problema propuesto por dos grandes multinacionales del ámbito energético. El proyecto tiene su origen en el evento organizado por Endesa e Isover Saint-Gobain, "Premios Eficiencia Industrial Isover 2018", del cual se espera obtener propuestas de diferentes universidades nacionales para el aprovechamiento de parte de la energía derrochada en una de las centrales térmicas de las Islas Canarias. El presente trabajo, por tanto, hace constantes referencias al Trabajo de Fin de Máster "Modelización y simulación de un sistema integrado de recuperación, almacenamiento y valorización energética del calor de los gases de escape de los equipos de potencia de la Central Térmica de las Salinas", de Enrique Moya Tárraga, a través del cual recibe su sentido completo. El fin al que se pretende llegar es el de realizar un análisis económico de la propuesta de solución para la explotación del calor residual de los equipos generadores de la isla. Dicha solución, a su vez, dependerá de la misma viabilidad técnica, económica y ambiental que se está buscando, generando así un problema retroalimentado. [ENG] The severe environmental awareness for which the European Union has opted in recent years is causing a massive revolution in all business areas, especially in industrial sector. Along this Final Master Project, it will be intended to find a consistent solution to a problem purposed by two energetic multinational companies. The project has its origin in the event organized by Endesa and Isover Saint-Gobain, "Premios Eficiencia Industrial Isover 2018", through which it's possible to obtain submissions of different national universities in order to make use of part of the waste heat in one of the thermal power stations in Canary Island. Thus, the present work constantly alludes to Final Master Project "Modelización y simulación de un sistema integrado de recuperación, almacenamiento y valorización energética del calor de los gases de escape de los equipos de potencia de la Central Térmica de las Salinas" (Enrique Moya Tárraga, 2019) through which obtain its full meaning. The aim to achieve is to perform a financial analysis of the solution purposed to profit the waste heat of island diesel and gas generators. This solution will depend on technical, financial and environmental viability, so a feed-back problem is created. ; Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial ; Universidad Politécnica de Cartagena

International audience ; Energy transitions lead to new technologies, including new energy storage devices. The demand for the raw materials needed to manufacture them implies the opening of new mining frontiers. These move forward in Bolivia, Argentina and Chile in the lithium rich salt desert of the Andean highlands, accompanied by frontier socio-spatial processes. The mineral resource development strategy is different in the three countries. Chile, a leader in copper export, was the first to sell lithium on the global market. Argentina, with provincial nuances, seeks to increase its production and its value. Bolivia supports an industrialisation policy aiming at contributing both to the universal access to electricity and the exportation to world market. New socio-spatial dynamics set up micro-regions within the lithium triangle as well as alliances at other scales. This bottom-up integration process crosses the borders, mainly led by stakeholders, infrastructures development and flows of resources, modelling a still invisible regionalisation. ; Las transiciones energéticas abren lugar a nuevas tecnologías, entre ellas nuevos dispositivos de almacenamiento energético. La obtención de materiales para su fabricación promueven frentes mineros. En Bolivia, Argentina y Chile avanzan en los salares altoandinos, ricos en litio, cuya explotación, se acompaña de procesos socio-espaciales de frontera. En estos países las estrategias de desarrollo de recursos minerales son diversas. Chile, líder en exportación de cobre, apostó de forma pionera a vender litio a distintos mercados. Argentina, con matices provinciales, busca que crezca su producción y su puesta en valor. Bolivia, sostiene una política de industrialización para contribuir, al proyecto de universalización del acceso a electricidad y de exportación al mercado mundial. Las nuevas dinámicas socio-espaciales arman micro-regiones en el Triángulo del litio y alianzas a otras escalas. Se trata de un proceso de integración transfronterizo, de abajo hacia arriba, delineado por los actores, por las infraestructuras y los flujos de recursos. Modelan una regionalización, aún invisible. ; Les transitions énergétiques amènent de nouvelles technologies, notamment celles concernant les nouveaux dispositifs de stockage de l'énergie. La demande en matières premières nécessaires à leur fabrication entraîne à son tour l'ouverture de nouveaux fronts miniers. Ces derniers avancent en Bolivie, en Argentine et au Chili dans les hauts plateaux andins, dont les déserts de sels sont riches en lithium. Leur exploitation s'accompagne de processus socio-spatiaux frontaliers. Les stratégies de développement des ressources minérales sont différentes dans les trois pays. Le Chili, chef de file des exportations de cuivre, a été le premier à vendre du lithium sur le marché. L'Argentine, avec des nuances provinciales, cherche à accroître sa production et sa valeur. La Bolivie soutient une politique d'industrialisation visant à contribuer au projet d'accès universel à l'électricité, ainsi que sa valorisation sur le marché mondial. Les nouvelles dynamiques socio-spatiales conforment des microrégions dans le Triangle du lithium et des alliances à d'autres échelles. Il s'agit d'un processus d'intégration transfrontalière, de bas en haut, tracé par les acteurs, les infrastructures et les flux, modélisant une régionalisation encore invisible.

Las redes inalámbricas de sensores regularmente están formadas por numerosos nodos con baja capacidad de energía, comunicación, procesamiento y almacenamiento. El diseño de estas redes presenta desafíos relacionados con el consumo energético, latencia y modo de recolección de la información. La configuración de los nodos en clústeres y el uso de vehículo aéreo no tripulado como nodo recolector mejora el rendimiento energético de la red y facilita la recopilación de los datos. Sin embargo, se requiere de la selección de un nodo líder de clúster que concentre los datos recolectados por los otros nodos y los reenvíe al equipo móvil en el aire. El objetivo de este trabajo consiste en la selección del nodo líder de clúster que optimice el rendimiento de la red. Para la selección se aplica métodos de toma de decisiones multicriterio. Primero se emplea el proceso analítico jerárquico para identificar la prioridad de los criterios empleados en la toma de decisión. Posteriormente, se emplea la técnica para el orden de preferencia por similitud con la solución ideal para la selección del nodo líder. Como resultado se obtiene el vector de prioridades de los criterios: energía residual 56.51%; nivel de intensidad de señal recibida 27.2%, energía empleada en la transmisión 10.38%, y número de nodos vecinos 5.91%. Además, se propone el algoritmo para optimizar la selección del nodo líder en el clúster.

Polonia y Alemania se abastecen de fuentes de carbón similares, sin embargo, estos dos países desarrollan políticas completamente diferentes en el ámbito del marco energético y climático de la Unión Europea. Alemania, hasta el año 2080, se centra en una proporción energética del 80% en energías renovables. Esta política medioambiental parte de substituir el combustible fósil por un modelo más sostenible energéticamente y de baja emisión de carbono basado en un sistema descentralizado del suministro con mayor participación ciudadana. En otras palabras, la estrategia energética y climática de Alemania está en la línea con la política de la UE en este campo. Por lo contrario, Polonia está en el polo opuesto. Incluso con una perspectiva a largo plazo, hasta el año 2050, el carbón se prevé ser el combustible de energía primaria en el país. El modelo energético con bajas emisiones de carbono que promueve la UE se prevé por ahora costoso económicamente para lograr la aplicación de una nueva tecnología de captura y almacenamiento de carbono (CCS). Además, el modelo actual centralizado de generación de energía (con participación de las empresas energéticas estatales) está ganando peso respecto al modelo de producción de energía descentralizada que podría construirse utilizando el potencial y la voluntad de los consumidores y ciudadanos polacos. ¿Por qué Polonia desarrolla políticas diferentes a las de Alemania en el ámbito del marco energético y climático de la UE? Para entregar la respuesta más holística a la pregunta anterior se ha aplicado la llamada teoría del "constructivismo psicológico" de Richard N. Lebow (2008). El autor afirma que detrás de la decisión política de cada Estado hay diferentes motivos: espíritu, apetito y razón. También distingue el miedo como emoción. Sin embargo muchas investigaciones se han hecho en el campo de la seguridad energética con la política rusa siendo habitualmente la primera causa de la raíz de este miedo. Aunque el aspecto ruso también se discute, el siguiente trabajo analiza cómo ...

instalación fotovoltaica de autoconsumo en función de los parámetros de la instalación como son la potencia pico y la capacidad de la batería, del tipo de consumo y del emplazamiento. Para ello, se ha realizado un detallado análisis del funcionamiento de sistemas fotovoltaicos de autoconsumo en viviendas con y sin medidas de ahorro energético, para distintos perfiles de consumo y con y sin sistemas de almacenamiento y, como resultado, se ha propuesto un modelo para la estimación del tamaño óptimo de una instalación fotovoltaica en función del emplazamiento. También se ha propuesto un modelo que permite conocer cuál será la autosuficiencia de una instalación de autoconsumo. Los datos de entrada a este modelo están relacionados con la configuración de la instalación (potencia pico y capacidad de batería), el tipo de consumo (se han definido para ello cuatro tipos de consumo típicos) y el emplazamiento de la instalación (energía recibida y temperatura ambiente). Por último, se ha realizado un análisis y evaluación de la influencia de la resolución temporal utilizada en la estimación de los parámetros que evalúan el funcionamiento de una instalación fotovoltaica de autoconsumo. Los modelos propuestos y los resultados obtenidos permiten determinar los distintos escenarios que definen las condiciones de optimización de este tipo de sistemas. Fecha de lectura de Tesis Doctoral: 25 de junio de 2019. ; La autogeneración de energía eléctrica utilizando tecnología fotovoltaica es una oportunidad y una herramienta imprescindible para alcanzar los objetivos relacionados con el cambio climático a los que España se ha comprometido, reducir el impacto medioambiental de la generación eléctrica y democratizar el uso y gestión de la energía, situando al ciudadano en el centro del sistema. Así, los sistemas fotovoltaicos de autoconsumo se consideran prioritarios en la transición a un modelo energético sostenible centrado en el consumidor, son distribuidos, permiten la generación de electricidad en el punto de consumo, contribuyen a ...

[EN] Natural gas is not only the cleanest fossil fuel available today but, unlike other fossil fuels decline, still abundant in Europe and on other continents, so it is a vital component of the energy mix. The demand for energy continues to rise, so natural gas plays a crucial role in the current energy policy of the European Union (EU). Natural gas is a key player in the transition to a low carbon economy and a more sustainable energy system. The substitution of coal and oil to gas is necessary if we want to reduce emissions of greenhouse gases by 2030. In addition, the parallel development of techniques such as carbon capture and storage (CCS), will enable the gas to become a technology with carbon even lower in the near future. Moreover, the abundance of gas in their favor to complement renewables, covering their flashes that occur at sources such as wind or solar and allowing easy adaptation to peak demands. ; [ES] El gas natural no solo es el combustible fósil más limpio disponible en la actualidad sino que, a diferencia de otros combustibles fósiles en declive, sigue siendo abundante tanto en Europa como en otros continentes, por lo que constituye un componente vital del mix energético. La demanda de energía sigue aumentando, por lo que gas natural juega un papel crucial en la política energética actual de la Unión Europea (UE). El gas natural es un actor clave en la transición hacia una economía baja en carbono y un sistema energético más sostenible. La sustitución del carbón y del petróleo por el gas es necesaria si queremos reducir las emisiones de gas de efecto invernadero de aquí a 2030. Además, el desarrollo paralelo de técnicas como la captura y almacenamiento de carbono (CCS) , harán posible que el gas se convierta en una tecnología con una emisión de carbono todavía más baja en un futuro próximo. Por otro lado, la abundancia del gas juega a su favor como complemento de las energías renovables, cubriendo las intermitencias que se producen en fuentes como la eólica o la solar y permitiendo una fácil ...