Investigación y desarrollo de tecnología para el aprovechamiento de las energías renovables

Transcripción

1 Universidad Autónoma de Baja California Investigación y desarrollo de tecnología para el aprovechamiento de las energías renovables Desarrollo sustentable con energías renovables y tecnologías propias Dr. Nicolás Velázquez Limón Centro de Estudios de las Energías Renovables del Instituto de Ingeniería de la UABC Chih., México, Octubre, 2010 PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN APLICADA, DESARROLLO TECNOLÓGICO E INNOVACIÓN

2 Agenda Introducción Porque desarrollar tecnología propia para el aprovechamiento de las Energías Renovables? Problemática energética, ambiental y económica. Estrategias para el desarrollo de tecnología propia Ejes centrales en la operación y como se debe de enfocar el I+D+I Independencia económica y estrategias del Centro. Vinculación y gestión con los diferentes sectores. Planes de crecimiento a mediano y largo plazo del CDT. Metodología propuesta Áreas de investigación y desarrollo (Líneas de Investigación, Programas, Proyectos). Diagrama de flujo de la metodología propuesta. Planta Múltiple de Tecnología Aplicada. Proyectos de desarrollo de tecnología Estudio de disponibilidad de las Energías Renovables. Uso directo de las energías renovables. Generación distribuida de energía eléctrica y biocombustibles. Edificación sustentable. Algunos resultados del CEENER. Conclusiones

3 IMPORTANCIA DEL DESARROLLO TECNOLÓGICO PARA UN PAÍS Nuestro país tiene un retraso tecnológico importante en casi todos los campos del conocimiento. En México prácticamente no se desarrolla tecnología y lo que es peor tenemos una mentalidad consumidora de la misma. La pregunta es por que? La dependencia tecnológica es una debilidad del país y una fortaleza para los que la desarrollan (no somos autosuficientes y estamos conquistados tecnológicamente). Está demostrado que el desarrollo tecnológico es un factor detonante para el crecimiento de un país.

4 IMPORTANCIA DEL DESARROLLO TECNOLÓGICO PARA UN PAÍS Que podemos hacer para que en nuestro país se desarrolle tecnología y la utilicemos en nuestras necesidades y fortalezcamos nuestra economía al expórtala a otros países? Sobre quien cae la responsabilidad del desarrollo tecnológico en un país? Que papel jugamos los ingenieros en esta problemática? LA PREGUNTA ES: SI LA RESPONSABILIDAD ES DE NOSOTROS LOS INGENIEROS, QUE TENEMOS QUE HACER PARA NO SEGUIR FALLANDOLE A NUESTRO PAÍS?

5 PROBLEMATICA MUNDIAL El crecimiento de la población a nivel mundial se ha disparado en las ultimas décadas. Esto ha generado un incremento en la demanda de combustibles, energía eléctrica y paralelamente en la contaminación y cambio climático. Analizando nuestra trayectoria como sociedad, y conscientes del daño medioambiental que estamos causando, podemos decir que: URGE TOMAR MEDIDAS

6 CONSUMO ENERGETICO MUNDIAL (Quadrillion Btu) Los países de economías industrializadas contienen aproximadamente el 25% de la población mundial, sin embargo esos mismos países consumen el 75% de la energía. Los países en vías de desarrollo están aumentando su consumo y pretenden llegar al mismo nivel de vida To Date Projected Year

7 Problemática que justifica el desarrollo de TECNOLOGÍAS SUSTENTABLES CON ENERGÍAS RENOVABLES INDUSTRIA DEL PETROLEO TERMOELECTRICA NUESTRO DESARROLLO COMO SERES HUMANOS ESTA BASADO EN PROCESOS INEFICIENTES Y CONTAMINANTES LOS PATRONES ACTUALES DE GENERACIÓN ELÉCTRICA NO SON SUSTENTABLES DEBIDO A SUS GRANDES EFECTOS AMBIENTALES.

8 JUSTIFICACIÓN del desarrollo de tecnología propia para el aprovechamiento de las Energías Renovables RECURSOS OPORTUNIDADES PROBLEMATICA SOLAR TECNOLOGÍAS SUSTENTABLES Y PLAN ESTRATEGICO ENERGETICA EOLICA OCEANICA O MARITIMA GEOTERMICA E HIDRAULICA RENOVABLES TIERRA DISPONIBLE MERCADO POTENCIAL. Identificar y aprovechar las oportunidades que ofrecen las energías renovables BIOMASA TECNOLOGÍAS Las Energías Renovables como una alternativa para la conservación del Medio Ambiente CLIMA EXTREMOSO Y DEPENDENCIA COMBUSTIBLES FÓSILES SOCIAL AMBIENTAL ECONOMICA

9 ESTRATEGIAS PARA EL DESARROLLO DE TECNOLOGÍA PROPIA Aprovechamiento de los recursos energéticos renovables. Generación de oportunidades de negocio. ELEMENTOS CLAVE DEL CENTRO Líneas de Investigación Programas Proyectos Empresas Cámaras Universidades Institutos Centros Formación de recursos humanos especializados. Proveedores Tecnología Infraestructura Centro de Investigación Organismos Nacionales e Internacionales Mercado de conocimientos Fuentes de financiamiento Venta de servicios de ingeniería de calidad. Proyectos a la medida. Capital Intelectual Terrenos Edificios Equipos Instrumentos Desarrollo de tecnologías energéticas sustentables vendibles.

10 Hay que cambiar el enfoque de las instituciones OBJETIVO GENERAL Convertir al CDT en una fuente generadora de alternativas tecnológicas sustentables, con lo cual se creen nuevas empresas nacionales o fortalezcan las ya existentes y se contribuya en la resolución de nuestros problemas energéticos, ambientales y económicos, impulsando el desarrollo económico y sustentable de la entidad. Realizar innovación y desarrollo de tecnología en diferentes fuentes energéticas, tales como: solar (fototérmica y fotovoltaica), eólica, geotérmica, biomasa, oceánica o marítima, mini y micro hidráulica, arquitectura

11 Hay que cambiar el enfoque de las instituciones Impulsar las pequeñas y medinas empresas regionales que fabriquen y comercialicen equipos para el aprovechamiento de las energías renovables. Satisfacer demandas específicas de investigación aplicada, desarrollo tecnológico e innovación para contribuir a aumentar el nivel de competencia internacional de las empresas nacionales. Tener una vinculación directa con las empresas y gobierno para solucionar problemas energéticos en el ámbito de la competitividad internacional y requerimientos o problemática de la sociedad. Formar recursos humanos especializados altamente calificados en investigación aplicada, desarrollo de tecnologías energéticas limpias e innovación en el ámbito energético, así como en la transferencia tecnológica de los productos de la investigación.

12 INVESTIGACIÓN BÁSICA PURA ORIENTADA Avanzar el conocimiento sin intención de su aplicación o transferencia Generar conocimiento que permita resolver problemas o aprovechar áreas de oportunidad. I+D+I INVESTIGACIÓN APLICADA PROCESOS DE MADURACIÓN TECNOLÓGICA Adquirir nuevos conocimientos dirigidos hacia un objetivo práctico específico (desarrollo de tecnología) Proyectos demostrativos de las tecnologías, desarrollo de unidades comerciales, producción en línea, aprovechar los conocimientos y/o experiencias en la producción de nuevos materiales, entre otros.

13 Sostenibilidad económica CONCEPTO (PLAN ESTRATEGICO) PROYECTO SOLUCIONES IMPLEMENTACIÓN OTRAS CONV. CONACYT SUBSIDIOS A LA ENERGÍA Apoyos del Gobierno a Proyectos Específico s FOMIX Gobierno/ CONACYT PROYECTOS DE DESARROLL O TECNOLÓGI CO (CIER-II-UABC) APORTACIO NDE LA INICIATIVA PRIVADA CENTRO DE I+D+I Generador de soluciones TECNOLOGÍA Las Energías Renovables como una alternativa para resolver los problemas de la sociedad. PLAN CREACIÓN DE LA EMPRESA (Generación de empleos) ESTRATÉGICO DE IMPLEMENTACI ÓN DE LAS TECNOLOGÍAS BENEFICIOS AMBIENTAL ES (Bonos de Carbono) CONVENIO: Empresa, Gobierno y UABC Implementació n Masiva de las Tecnologías SOCIEDAD

14 ESTRATEGIAS Hay que consolidar un PORTAFOLIO DE PROYECTOS de inversión que promueva los usos productivos y las aplicaciones industriales de las energías renovables. Se debe pasar de la GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO a la creación de un PORTAFOLIO DE INVERSIÓN para la creación de nuevas empresas. CREACIÓN DE REDES de colaboración a través de la plataforma de conocimiento. Hay que introducir al CIER a un círculo virtuoso, que le de sostenibilidad económica. Prácticas Operativas Avanzadas en Investigación y Desarrollo, Invención e Innovación Tecnológica

15 Líneas de Investigación, Programas, Proyectos Lineas de Investigación Programas Proyectos Recursos renovables Desarrollo y aplicaciones de las fuentes alternas Tópicos especiales en fuentes alternas Evaluación de recursos Energéticos Energía Solar Sistemas Térmicos Agua Fotovoltáico Energía Eólica Agua Microhidráulica Valle de Mexicali Biomasa Biodiesel Biogas Geotermia Usos no eléctricos Electricidad Vehículos híbridos Materiales de construcción Distritos de enfriamiento Uso eficiente y calidad de energía Refrigeración no convencional

16 LINEAS GENERALES DE INVESTIGACION, INNOVACION Y DESARROLLO TECNOLOGICO Líneas de investigación Energía Solar Fotovoltaica Energía Solar-Térmica Biomasa (Bioenergía) Sublíneas 1-Desarrollo de partes y componentes de sistemas fotovoltaicos (inversores, módulos, reguladores, baterías) 2-Diseño, ejecución y optimización de instalaciones fotovoltaicas autónomas y conectadas a la red. 3-Desarrollo de materiales para celdas fotovoltaicas. 4-Certificación de partes y componentes de sistemas fotovoltaicos. 1- Investigación y desarrollo tecnológico en el área de colectores solares. 2- Investigación y desarrollo tecnológico en el área de secado solar 3- Investigación y desarrollo tecnológico en el área de destilación solar 4- Investigación y desarrollo tecnológico en el área de refrigeración solar 5- Investigación y desarrollo tecnológico en el área de concentración solar 6- Estudio del recurso solar en zonas de interés 7- Certificación de colectores solares 1- Investigación y desarrollo tecnológico en biodiesel 2- Investigación y desarrollo tecnológico en bio-alcoholes 3- Investigación y desarrollo tecnológico en biogás 4- Investigación y desarrollo tecnológico bio- hidrogeno

17 LINEAS GENERALES DE INVESTIGACION, INNOVACION Y DESARROLLO TECNOLOGICO (cont.) Energía Eólica Hidrógeno y Celdas de Combustible 1- Investigación y desarrollo tecnológico de sistemas eólicos de pequeña y mediana potencia para generación distribuida. 2- Diseño, ejecución y optimización de instalaciones eólicas. 3- Investigación y desarrollo tecnológico de partes y componentes de máquinas eólicas 1- Desarrollo de tecnologías para la producción y almacenamiento de hidrógeno. 2- Investigación y desarrollo tecnológico en celdas de combustible. 3- Desarrollo de Tecnologías para el usos en sistemas de celdas de combustible móviles y estacionarias. Energía Hidráulica 1- Diseño, ejecución y optimización de instalaciones hidráulicas de pequeña y mediana potencia. 2- Estudio de los potenciales hídricos de sitios de interés. 3- Investigación y desarrollo tecnológico de partes y componentes de sistemas hidráulicos. Ahorro y Uso Eficiente de Energía 1- Diagnósticos y evaluación de sistemas energéticos.

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19 PLANTA MULTIPLE El concepto de Planta Múltiple de Tecnología Aplicada nace en España en Su creador, Benito Prieto Toni, se ve en la necesidad de fabricarse sus propios equipos, pues los que necesita no existen en el mercado. Es así como nace la primera P.M.T.A. metalmecánica. Con tan solo 7 personas, entre ingenieros y personal, se fabricaron tractocamiones capaces de arrastrar 300 toneladas, plataformas de carga con un recorrido hidráulico de 1 metro, camiones para la minería capaces de cargar 50 toneladas, así como muchos otros proyectos civiles y militares. Este es el espíritu de la planta múltiple, un punto multidisciplinar en el que se puedan fabricar todo tipo de elementos que sean necesarios para no solo aprender su diseño y propiedades, sino que poder entregar unidades funcionales, sumar experiencias de fabricación, incluso encubar el nacimiento de una nueva empresa. La P.M.T.A. permitirá que el ingeniero que este investigando y diseñando un equipo lo pueda fabricar, llegando a integrar la fabricación en su creatividad.

20 Desafíos para el grupo del trabajo Formar o contratar el recurso humano que permita lograr las metas y compromisos del CDT. Definir la Líneas de Investigación, Programas, Proyectos del CDT, más adecuadas para la región. Definir un proceso general de trabajo de acuerdo al proyecto y a las líneas de investigación. Establecer un plan de trabajo y cronograma de avance en proyectos Lograr una verdadera vinculación con los empresarios y posibles inversionistas. Generar tecnología innovadora patentable, que sea una oportunidad de negocio y que se pueda convertir en empresas que generen empleos y activen la economía.

21 CENTRO DE ESTUDIOS DE LAS ENERGIAS RENOVABLES PROYECTOS EN PROCESO: PROYECTOS (Líneas de investigación) Avance (%) Inversión requerida (pesos $) Beneficio Social (1-5) Beneficio Ambiental (1-5) OBSERVACIONES USO DIRECTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES: 1. Desarrollo de un sistema de aire acondicionado solar por absorción avanzado. 2. Enfriamiento evaporativo con desecante y regeneración solar para el acondicionamiento de aire en la vivienda de Mexicali. 3. Desarrollo de un sistema de enfriamiento solar intermitente para zonas remotas o alejadas de la red eléctrica. 4. Desarrollo de sistemas de automatización inteligentes para unidades de refrigeración por absorción avanzadas activadas con energía solar. 5. Desarrollo de un sistema de generación directa de vapor solar con tecnologías de concentración avanzadas. 6. Desarrollo de un banco de pruebas de colectores solares térmicos multipropósito, estandarizado con normas internacionales. 7. Desarrollo de un sistema de calentamiento solar para aplicaciones Industriales 8. Transporte de la energía solar con fibra óptica ,350, , , , , , , , Los resultados de los proyectos pueden ser aplicados en los diferentes sectores de la sociedad. Todos los proyectos son de desarrollo de tecnologías limpias, con innovación como para que puedan ser patentables.

22 CENTRO DE ESTUDIOS DE LAS ENERGIAS RENOVABLES PROYECTOS EN PROCESO: PROYECTOS (Líneas de investigación) Avance (%) Inversión requerida (pesos $) Beneficio Social (1-5) Beneficio Ambiental (1-5) OBSERVACIONES GENERACIÓN DISTRIBUIDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y BIOCOMBUSTIBLES: 1. Desarrollo de un sistema de generación eléctrica mediante colector solar de disco parabólico y motor Stirling. 2. Desarrollo de un concentrador solar con foco estacionario y sistema de seguimiento robusto para aplicaciones de generación eléctrica 3. Diseño, construcción y estudio experimental de biodigestores anaeróbicos para la producción de biogás ,290, , , Proyectos con aplicación en los sectores residencial, comercial, industrial y agrícola. EDIFICACIÓN SUSTENTABLE: 1. Diseño y evaluación de una vivienda energéticamente sustentable. TOTAL: 90 1,650, ,650, Pendiente desarrollar un proyecto demostrativo. Aprovechamiento de los recursos energéticos renovables, así como el desarrollo de tecnologías limpias.

23 NUEVAS TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS SUSTENTABLES (Deben de integrarse a la arquitectura urbana) CD CA CD Concepto de GENERACIÓN DISTRIBUIDA

24 PROPUESTA DE EDIFICACIONES SUSTENTABLES Y ENERGÉTICAMENTE AUTOSUFICIENTES Formación de recurso humano especializado y entrenamiento técnico Investigación aplicada y desarrollo tecnológico, Aire Acondiciona do Solar Edificación Energéticamente Sustentable Estufas Solares Refrigerador Solar Aire caliente para secado de ropa Diseño de vivienda con arquitectura de bajo consumo energético.

25 Desarrollo de sistemas de enfriamiento solar GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA PRODUCCION DE BIOGAS DESARROLLO DE COLECTORES SOLARES SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO SOLAR DESARROLLO DE VIVIENDAS EFICIENTES Y SUSTENTABLES

26 Generador de disco parabólico para un sistema de aire acondicionado solar (Banco de pruebas de colectores solares con seguimiento en dos ejes)

27 Diagrama de Tuberías e Instrumentación de SAAS

28 Distribución espacial del sistema de concentración solar y unidad de enfriamiento solar

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30 Sistema de aire acondicionado solar

31 SISTEMA DE A/A SOLAR-GAX

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33 Concentrador reflector Fresnel de espejos curvos

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35 Ingeniería inversa en el desarrollo de tecnología Vista en perspectiva de la unidad de AAS

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37 TECNOLOGÍA DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO CON DESECANTE Casa

38 Desarrollo de un sistema de enfriamiento pasivo para aplicaciones de conservación de productos perecederos

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40 DISEÑO DE VIVIENDA ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE FACHADA PRINCIPAL PLANTA DE CONJUNTO PLANTA BAJA PLANTA ALTA

41 SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN SOLAR YAZAKI Aire acondicionado, calefacción y agua caliente solar. Planeación, desarrollo y financiamiento de edificaciones residenciales y comerciales sustentables.

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43 DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR TIPO CPC PARA SUMINISTRAR ENERGÍA TÉRMICA A UN BIODIGESTOR ANAERÓBICO PARA OBTENCIÓN DE BIOGÁS

44 DIGESTION ANAEROBIA EN EL CEENER DE LA UABC

45 Investigación en el CEENER de la UABC

46 PLANTA PILOTO DE BIODIGESTION EL METANO ES PRODUCIDO POR BACTERIAS QUE DEGRADAN LOS DESECHOS El residuo puede ser utilizado como fertilizante

47 PLANTA PILOTO DE BIODIGESTION

48 Sistemas y equipos desarrollados en el CEENER Sistema de enfriamiento evaporativo fotovoltaico.

49 SISTEMA DE GENERACION ELECTRICA TERMOSOLAR UNIDADES DE DISCO PARABÓLICO CON GENERADOR DE MOTOR STIRLING EL DISCO/STIRLING CONSISTE DE UN CONCENTRADOR SOLAR CON FOCO PUNTUAL ACOPLADO A UN MOTOR/GENERADOR. CAPACIDAD DE 7 A 25 KW e

50 Sistema de generación eléctrica termosolar.

51 UNIDADES DE DISCO PARABÓLICO CON GENERADOR DE MOTOR STIRLING Concentrador Q útil (Qen,mot) Q enfriamiento Q radiación E. reflejada Q convección Regenerador Enfriador Receptor/ Absorbedor Potencia ventilador E. Solar Q conducción Potencia motor Diagrama esquemático del sistema MULTIPLES USOS: - SECTOR RURAL: BOMBEO DE AGUA, COMUNIDADES, AGRICULTURA, AGROINDUSTRIA, ENTRE OTROS.

52 TRANSPORTE DE ENERGÍA SOLAR CON FIBRA OPTICA Hybrid solar lighting system.

53 EVALUACION DE COLECTORES SOLARES Colectores planos y Tubos Evacuados para calentamiento de agua solar. Certificación de colectores solares para hipotecas verdes de INFONAVIT

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55 CENTRO SOLAR DE ALMERÍA, ESPAÑA Este es el ejemplo de un Centro Solar. Nosotros lo podemos hacer adecuado a nuestras posibilidades económicas, clima extremo y fuentes renovables disponibles en el estado.

56 CONCLUSIONES MUCHAS EMPRESAS EXTRANJERAS YA ESTAN BUSCANDO EL APROVECHAMIENTO DE NUESTRAS FUENTES DE ENERGIA RENOVABLES y si no hacemos un plan estratégico para su aprovechamiento, nos vamos a quedar con las migajas del pastel. Es posible y necesario afrontar el reto de ofrecer a la sociedad un crecimiento sustentable con energías renovables y tecnologías propias. Uniendo fuerzas las Universidades/Centros, Gobierno y Sector Privado, se puede dotar a las instituciones de toda la infraestructura requerida; los terrenos, el edificio, la PMTA y el equipamiento de los laboratorios especializados son elementos básicos para tener un buen desempeño y dar resultados de alta calidad. Con la formación de Centros de Desarrollo Tecnológico se lograra obtener una fuente generadora de alternativas tecnológicas nacionales y la comercialización de las mismas creará empleos, fortalecerá la economía nacional y contribuirá en la

57 CONCLUSIONES (CONT.) Queremos que los empresarios participen en el CDT y lo perciban como un fuerte apoyo para resolver sus problemas energéticos y ambientales, pero principalmente como un socio que puede darles posibilidades de nuevos y mejores negocios.

58 GRACIAS

59 Gracias por su atención Octubre 2010 Dr. Nicolás Velázquez Limón Profesor-Investigador Jefe del Centro de Estudio de las Energías renovables Jefe del Departamento de Tecnologías Limpias y Medio Ambiente,Instituto de Ingeniería Universidad Autónoma de Baja California Dirección: Edif. Instituto de Ingeniería, UABC Campus Universitario Blvd. Benito Juárez y Calle de la Normal s/n Col. Insurgentes Este 21280, Mexicali, B. C., México Tel/Fax (686) Dirección Postal en USA: Po Box 3439 Calexico, California, USA nicolasvelazquez@iing.mxl.uabc.mx nicolasvelazquez@uabc.mx