Actividades de investigación en manejo de energías renovables mediante electrónica de potencia en la Universidad de Oviedo, Asturias, España

Transcripción

1 1 er TALLER DE APLICACIONES DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL MANEJO DE ENERGIAS RENOVABLES Actividades de investigación en manejo de energías renovables mediante electrónica de potencia en la Universidad de Oviedo, Asturias, España Speaker: Manuel Rico-Secades Dr Ingeniero Industrial EPI-GIJON Asturias Spain de junio de Hotel Quinta Las Flores Cuernavaca Morelos MEXICO Webpage:

2 1 er TALLER DE APLICACIONES DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL MANEJO DE ENERGIAS RENOVABLES INDEX 1. Universidad de Oviedo 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón 3. Grupo de I+D: ce3i2 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Lighting Smart Grids (Redes Inteligentes de Alumbrado) Renewable Oceanic Energies (Energías Renovables de Origen Marino) 5. Taller de Energías Renovables (WRE-Workroom on Renewable Energy): Una iniciativa educacional

3 1. Universidad de Oviedo Una de las universidades mas antiguas de España: 400 años de historia Universidad Oviedo (siglo XVI) Fernando de Valdés Salas Inquisidor general Consejo Real de Castilla

4 1. Universidad de Oviedo HERE EUROPE

5 1. Universidad de Oviedo ASTURIAS

6 1. Universidad de Oviedo La única Universidad de la Región AQUÍ Mar Cantábrico EPI-GIJON Ciencias básicas y Humanidades (Parte histórica) EPM Ingeniería de Minas, Forestal y Civil

7 1. Universidad de Oviedo Un entorno natural excepcional Región lluviosa de gran belleza natural Tres zonas bien diferenciadas: Zona de montaña (Picos de Europa) Zona interior con bosques, valles y gargantas. Zona de playa con acantilados, playas y arrecifes Población: personas Bebida regional: Sidra natural escanciada ( un culín )

8 1. Universidad de Oviedo Datos académicos: estudiantes de grado de Master y Doctorado profesores (PDI) personal auxiliar (PAS) Presupuesto 30 M /año 38 Departamentos 12 Facultades 2 Campus de Ingeniería (EPI & EPM)

9 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón GIJÓN Campus de Ingeniería EPI-GIJÓN

10 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón EPI GIJON GOLF UNIVERSIDAD LABORAL Parque Científico y Tecnológico (Empresas) HOSPITAL Jardín Botánico

11 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón MARINA CIVIL AULAS, ZONAS DE OCIO DEPARTAMENTOS AULAS, BIBLIOTECA, ZONAS DE OCIO DEPARTAMENTOS

12 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón DEPARTAMENTO DIEECS FUTURE UNIVERSITY RESIDENCE

13 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón 30% de la Universidad de Oviedo Centro de referencia Buque insignia de la Universidad TODOS LOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA UNIFICADOS EN UN MISMO CENTRO (Ingenieros Industriales, Eléctricos, Electrónicos, Mecánicos, Construcción, Fluidos, Telecomunicaciones, Informática Nivel Grado, Master y Doctorado)

14 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón Grados de Ingeniería (relacionados con las energías renovables) Ingeniero Industrial: Especializado en Electrónica Industrial y Automática Ingeniero Industrial: Generalista

15 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón Cursos MASTER en Ingeniería (relacionados con las energías renovables) Master de Ingeniería Industrial (profesional) Especialidad Electrónica y Automática Másteres de Especialización

16 2. Campus de Ingeniería: EPI-Gijón DIEECS Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Computadores y Sistemas Mas de 100 personas (PDI y PAS) Agrupados en 4 áreas de Conocimiento Docencia a nivel de grado, master y doctorado (Gijón, Oviedo, Mieres) Actividades de I+D (proyectos, contratos de transferencia de tecnología con empresas, seminarios, centralizado en la ciudad de Gijón). Organización de la I+D en grupos AREAS DE CONOCIMIENTO Ingeniería Eléctrica Tecnología Electrónica Ingeniería de Sistemas y Automática Teoría de la Señal y Comunicaciones

17 3. Grupo de I+D: ce3i2 Conversión Eficiente de Energía Electrónica Industrial Iluminación Conversão de Energia Eficiente Eletrônica Industrial Iluminação desde 1986 Efficient Energy Conversion Industrial Electronics Lighting

18 3. Grupo de I+D: ce3i2 Miembros 7 profesores doctores : Dr. Marcos Alonso (coordinador) Dr. Manuel Rico-Secades Dr. Emilio López Dr. Antonio Calleja Dr. Javier Ribas Dr. Jesús Cardesín Dr. David Gacio (NormaGrup) 2 Técnicos de Laboratorio Estudiantes de Grado, Master y Doctorado Colaboración active con otros grupos de I+D y empresa: Grupo de Ingeniería Hidráulica (Energías Renovables de Origen Marino) Grupo NormaGrup (powered by Normalux) Grupo TSK

19 3. Grupo de I+D: ce3i2 conversión eficiente de energía Power electronics Renewable energies electrónica industrial Automation Microcontrollers DSPs Instrumentation Communications ce3i2 Photometric Colorimetric Light sources Applications iluminación

20 3. Grupo de I+D: ce3i2 Equipamiento mas significativo Equipamiento singular específico del grupo Fotómetros y colorímetros (esfera integradora) Equipos para medida y generación de ozono Sondas de corriente y de alta tensión Sistemas de adquisición de datos Sistemas de desarrollo de MCU/DSP Equipamiento básico de un laboratorio de Electrónica Osciloscopios, polímetros, vatímetros, Fuentes de alimentación Generadores de formas de onda Pequeño taller mecánico Equipamiento compartido con otros grupos de I+D Cámara para ensayos térmicos (-20º hasta +70º) Medida de EMI radiado y conducido en cámara anecoica Fabricación de circuitos impresos Fabricación de elementos magnéticos (bobinadora) Unidad administrativa

21 3. Grupo de I+D: ce3i2 Colaboraciones externas (partners) Empresas Normagrup (Normalux) Duro Felguera ARCELOR-MITTAL Thyssen Norte S.A. Electrozemper S.A. Disyuntor Regulador ASD S.A. Duro Felguera S.A. Grupo de empresas Temper Inisel (Grupo INI) Alcatel Standard Eléctrica General Electric CGR Azafrán de España S.A. Supermercados Alimerka ELMA S.A. Estudio Desarrollos Eléctricos S.L. Hispanomontajes S.L. ENIA Zitron Grupo TSK Noliac (Dinamarca) Kelman ltd (Reino Unido) Ferreirolux Ltd (Portugal) U-Aerials & Communications (Reino Unido) Dunsmore Data & Information ltd (Reino Unido) PRC Krochmann GMBH (Germany) Universidades y Centros de Investigación Universidad Politécnica de Madrid (Spain) Universidad de Valencia (Spain) Universidad de Vigo (Spain) University Colleague Cork-NUI (Ireland) CENIDET (México) UFSM-Universidade Federal de Santa Maria (Brasil) Universidad Roma-La Sapienza (Italia) Chalmers University (Sweden) Universidad Politécnica de Cataluña (Spain) Universidad de Cantabria (Spain) Glasgow Caledonian University (UK) CPAT Toulouse University of Toulouse III (France) Instituto Tecnológico de Veracruz (Mexico) Instituto Tecnológico de Coimbra (Portugal) University of Nottingham (UK)

22 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Lighting Smart Grids Renewable Oceanic Energies

23 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables USO DE ENERGÍA EN ILUMINACIÓN Servicios 48% Alumbrado urbano 8% Industrial 16% 14,000 TWh Mundo 36 TWh Europa 5.34 TWh España Residencial 28%

24 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables

25 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Cortesía mexico.cnn.com

26 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables ASTURIAS de noche Mar Cantábrico GIJÓN AVILÉS OVIEDO ESPAÑA

27 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables CONSUMO DE ENERGÍA POR HABITANTE (ALUMBRADO PÚBLICO) Fuente: Instituto astrofísico de Canarias

28 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables POTENCIA PROMEDIO DE CADA LÁMPARA > 160 W!!!!! Fuente: Instituto astrofísico de Canarias

29 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables España: (PARA PENSAR) TENIENDO EN CUENTA LOS DATOS ANTERIORES 5 HABITANTES = 1 LÁMPARA DE 160 W (Datos año 2011)

30 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables

31 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables EL AHORRO DE ENERGÍA ES EL PRIMER PASO Power 3.1 MW Energy 11.5 GWh/year inhabitants lamps 160 W/lamp 10 hours/day 100% Power 1.9 MW Energy 7.2 GWh/year inhabitants lamps 100 W/lamp 10 hours/day 100% (a) INITIAL (b) LED lighting 37.5% energy savings Power 1.9 MW Energy 5.4 GWh/year inhabitants lamps 100 W/lamp 5 hours/day 100% 5 hours/day 50% (c) LED lighting & Regulation 53.1% energy savings

32 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables EJEMPLO Oviedo Asturias Spain The cleanest city in Spain in 2015 Partner:

33 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Ciudad de Oviedo New lighting (LED lamps) Old lighting (discharge lamps) Oviedo Asturias Spain The cleanest city in Spain in 2015 Partner:

34 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Por qué no: Almacenamiento de energía Generación de energía (granja urbana) Power 1.9 MW inhabitants lamps 100 W/lamp Power 1.9 MW During 20 hours Energy stored 2 days operation 10 hours/day at 100% 39.4 GWh

35 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables LED LAMP INTERNAL DC BUS LED DRIVER MAINS POWER SUPPLY (PFC STAGE) UN EQUIPO DE ILUMINACIÓN CLÁSICO

36 + 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables LED LAMP INTERNAL DC BUS ALUMBRADO DE EMERGENCIA LED DRIVER MAINS POWER SUPPLY (PFC STAGE) BI-DIRECTIONAL CONVERTER BATTERY BMS SYSTEM

37 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables INTERNAL DC BUS LED LAMP SOLAR PV LED DRIVER MPPT SYSTEM ALUMBRADO AISLADO Incorpora energías renovables WIND GENERATOR BI-DIRECTIONAL CONVERTER + BATTERY BMS SYSTEM MPPT SYSTEM

38 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables INTERNAL DC BUS LED LAMP SOLAR PV MPPT SYSTEM LED DRIVER UN SISTEMA DE ILUMINACIÓN Con energías renovables Con respaldo de red WIND GENERATOR BI-DIRECTIONAL CONVERTER + BATTERY BMS SYSTEM MPPT SYSTEM POWER SUPPLY (PFC STAGE) MAINS

39 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables SOLAR PV MPPT SYSTEM INTERNAL DC BUS LED DRIVER LED LAMP NUEVO CONCEPTO RED INTELIGENTE DE ALUMBRADO Energías renovables Almacenamiento distribuido Capacidad de almacenar y de entregar energía WIND GENERATOR BI-DIRECTIONAL CONVERTER BMS SYSTEM + BATTERY CARGA INTELIGENTE ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO GRANJA URBANA MPPT SYSTEM BI-DIRECTIONAL CONVERTER ENERGY RECOVERY CAPABILITY AC GRID

40 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables SOLAR PV INTERNAL DC BUS LED DRIVER LED LAMP RED INTELIGENTE DE ALUMBRADO Energías renovables Almacenamiento distribuido Capacidad de almacenar y de entregar energía (distribuido) Bus de continua WIND GENERATOR MPPT SYSTEM BI-DIRECTIONAL CONVERTER + BATTERY CARGA INTELIGENTE ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO GRANJA URBANA BMS SYSTEM MPPT SYSTEM EXTERNAL DC BUS BI-DIRECTIONAL CONVERTER ENERGY RECOVERY CAPABILITY DC GRID

41 Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables LED LAMP LED LAMP INTERNAL DC BUS INTERNAL DC BUS SOLAR PV MPPT SYSTEM LED DRIVER SOLAR PV MPPT SYSTEM LED DRIVER RED INTELIGENTE DE ALUMBRADO Energías renovables Almacenamiento centralizado Capacidad de almacenar y de entregar energía centralizado Bus de continua WIND GENERATOR BI-DIRECTIONAL CONVERTER WIND GENERATOR BI-DIRECTIONAL CONVERTER MPPT SYSTEM ENERGY RECOVERY CAPABILITY MPPT SYSTEM ENERGY RECOVERY CAPABILITY CARGA INTELIGENTE ALMACENAMIENTO CENTRALIZADO GRANJA URBANA EXTERNAL DC BUS DC GRID BI-DIRECTIONAL BI-DIRECTIONAL CONVERTER AC GRID CONVERTER BATTERY ENERGY BMS SYSTEM RECOVERY CAPABILITY

42 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables MODULES FOR A SMART CITY Street Lamppost LIGHTING SMART GRID URBAN FORNITURE Path Lights Traffic Lights Street Signs Publicity Zebra Crossing Bus Shelter Recreational Area SMART GRID Grid interconnection EV charger (bicycle, Bike, car,.) Energy Storage NEW SERVICES Efficient use of Water (recycling, energy generation) Solar Energy Wind Energy Energy Harvesting RENEWABLE ENERGY IN CITY CONTEXT

43 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Public Lighting Systems with energy generation capability Partner: Previous Project: ENERLIGHT Actual Project: LITCITY and DCLIT

44 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables POWER ELECTRONICS Aproximadamente el 71% de la tierra el mar km 2 RENEWABLE ENERGY

45 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Reacciones nucleares en el sol Gravedad (Luna y Sol) Otros (p.e. gradiente salino) RENEWABLE ENERGY Salinity Gradient Power DE DONDE VIENE LA ENERGÍA DE LOS OCEANOS?

46 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Energía Power 174 PW 18 E exa P peta 10 Durante 365 dias aprox 5, EJ 1 Wh = 3600 J Tierra 6% se refleja en la atmosfera 16 % lo absorbe la atmosfera 20% lo reflejan las nubes 3% lo absorben las nubes 51% absorbido por tierra y océanos Tierra 14.8 % Océanos 36.2%

47 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Power 73 PW Annual energy aprox EJ Comparaciones con energía Consumo de toda la tierra en combustibles fósiles = 380 EJ (5000 veces este valor) Un huracán = 38 EJ La bomba atómica mas grande probada = 0.24 EJ Oceans 36.2% CONSUMOS DE ESPAÑA 44 GW 260 TWh Una planta de generación de 1GW que trabaje 7000 horas al año = EJ La bomba de Hiroshima = EJ = 84 TJ Comparaciones con potencia Un terremoto de magnitud 8 Ritcher = 1.6 PW Una gran erupción volcánica = 0.1 PW

48 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Energy from ocean current Energy from Waves Thermal Energy Energy from Wind Solar Energy 73, GW

49 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables MAREAS (Tidal energy) SOL LUNA Potencia estimada de 3 TW (800 GW indican los expertos que puede ser utilizada) TIERRA 800 GW

50 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables 951 GW Salinity Gradient Power España Rio Ebro

51 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables

52 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables

53 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables

54 4. Líneas de I+D relacionadas con las energías renovables Partner: Engineering Hydraulic Group

55 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional

56 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional

57 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Una nueva forma de aprendizaje

58 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Fomento de nuevas habilidades Presentaciones Artículos Trabajo en equipo Idiomas Public Presentation

59 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Brochure Nuevas habilidades Elevator Pitch Short summary used to quickly and simply define the product or service and its value proposition.

60 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Lanzamiento de una nueva publicación asociada al taller WRE

61 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional IEEE SmartMILE 2013 Conference & Exhibition Webpage: V i c t o r S u á r e z PHOTOGRAPHY A joint initiative of: SmartMILE 2013 International Conference on New Concepts in Smart Cities Fostering Public and Private Alliances December 11-13, 2013 Gijon Asturias Spain Technically Co-Sponsored by: IEEE Conference record number: 32577

62 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Orientada a todos los niveles

63 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Colaboración empresarial

64 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Integración de distintas actividades del estudiante Electrónica de Potencia (6 ECTS) Trabajo Fin de Grado (12 ECTS) Electrónica para las Energías Renovables (6 ECTS) Prototipos (6 ECTS) Laboratorio (6 ECTS) Prácticas de Empresa (6 ECTS) Otros

65 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Aprendizaje en abierto Webpage:

66 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Fomento de la colaboración internacional

67 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2011-BT-004 Technical, economic and financial study of an offshore wind farm Student: José Ignacio Sánchez Barco Degree: Mechanical Engineering (3 year) Adviser: Manuel Rico Secades, José Manuel Cano Rodríguez, Silvia Gómez Ansón

68 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2011-BT-002 Solar-Wind powered lamppost: Structural design and mate Student: Noelia Suarez Álvarez Degree: Mechanical Engineering (3 year) Adviser: Gonzalo Valiño Riestra, Manuel Rico Secades

69 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2011-BT-011 Fully Renewable LED Zebra Crossing Student: Aida Vijande Veiga, David López Pérez Degree: Industrial Electronics and Control Engineering (3 year) Adviser: Manuel Rico Secades, Antonio Javier Calleja Rodríguez External adviser: Luis Fernández Nicolás (Ingeneral Energías Renovables S.L.)

70 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2011-BT-007 Wave energy generation farm Student: Fernando Álvarez Gonzalez Degree: Industrial Electronics and Control Engineering (3 year) Adviser: Manuel Rico Secades, Antonio Javier Calleja Rodríguez

71 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional

72 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Bus Shelter or Recreational Areas based on Renewable Energy Intelligent ventilation LED lighting Solar Energy Wi-fi Phone charger point Eco friendly design Energy Storage E-bike charger point Heating film

73 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Proposed work lines

74 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2014 proposals Smart Cities: New generation of urban furniture Ciudades inteligentes. Nueva generación de mobiliario urbano Street Charge NOTE ABOUT A REAL PRODUCT: When Sandy hurricane decided to visit the city of New York, demonstrated the failure of emergency systems, and the tremendous dependence on the technology that exists. People gathering in corners and shops around power sources for charging mobile devices unexpectedly sent a postcard on which is considered as one of the most advanced and brilliant the globe. PFC-Henar Fernandez (2013) Thus arises, Street Charge, a series of poles equipped with solar panels on the top that can charge up to six mobile devices at a time.

75 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2014 proposals EV charging Station based on Renewable Energy Estación de carga para vehículos eléctricos basada en energías renovables TFG-Javier Escandón (2014)

76 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional WRE-2014 proposals Smart Cities: Collecting information using Power Supply based on Energy Harvesting strategies Ciudades inteligentes. Recogiendo información utilizando alimentación basada en estrategias de recolección de energía del entorno. Thermal gradient Vibration Movement Energy storage (ultra-capacitors, ) GOAL: No batteries

77 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional

78 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional TRAVELER.ES Ciudades que promueven una importante conciencia ecológica y llevan a cabo medidas claves para la protección de nuestro Planeta. La primera es una ciudad española: Vitoria. Reconocida como la Capital Verde Europea 2012, es una de las urbes con mayor superficie de espacios verdes y ajardinados por persona. Su riqueza natural se demuestra en el Cinturón Verde que bordea el centro de la ciudad. Foto: D.R. Texto: Almudena Martín La capital alavesa es además una de las ciudades españolas más sostenibles en gestión de residuos y consumo de agua. Su meta: alcanzar los 100 litros por persona y día

79 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Proposals WRE-2014 Renewable Oceanic Energy Energías Renovables de origen marino Energy from Waves Wind Energy Energy from Wind Energy from Ocean Currents Tidal Energy RENEWABLE OCEANIC ENERGY Energy Storage System + - ENERGY STORE Solar Energy MFP 2012 Wave Energy Solar Energy Salinity Gradient Power Thermal Energy Ocean Current Energy MFP - Multifunctional Floating Platform EDUCATIONAL TRAINING PURPOSE Energy Transmission Line (DC Bus 400 V) Grid Interconnection

80 5. WRE-Workroom on Renewable Energy: Una iniciativa educacional Proposals WRE-2014 Renewable Oceanic Energy Energías Renovables de origen marino Cardinal marks Underwater communications Navigation lights Optical to Radio communication & wave Harvester Underwater optical communications (LED) Buoy with renewabl e energy Wave energy Underwater Sensor & Energy Harvester (Pressure or ocean current) Floating offshore wind

81 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN Thank you for your kindly attention