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El objetivo principal de este trabajo de fin de máster es el diseño de un modelo matemático de una pila de combustible, sus controles mediante un algoritmo MEPT y otro MPPT, y su convertidor DC-DC para dar a la salida del sistema la potencia solicitada por la carga. En primer lugar, se realiza un estado del arte como punto de partida para conocer la tecnología y las distintas técnicas de control técnicas de control. A continuación, se realiza un modelo matemático de la PEMFC, así como sus algoritmos de control, y la etapa de adaptación de la tensión de salida, estos bloques se implementan en el entorno Matlab-Simulink. El principal objetivo del algoritmo MPPT será obtener el punto de máxima potencia de la pila de combustible. Además, habrá otro algoritmo, que no sólo proporcionará el punto de máxima potencia, sino también el valor de potencia máxima con la mayor eficiencia posible (MEPT). Por último, habrá una etapa de adaptación de la tensión, el convertidor Boost, para poder alimentar en todo momento independientemente de la variación de la carga, un sistema a tensión constante de salida. El modelo matemático se simula con los diferentes bloques de control en el entorno Matlab-Simulink presentando los resultados y validando el modelo matemático.

Los objetivos principales de este proyecto son entonces, el rediseño, impresión y montaje de una prótesis 3D OpenSource, el estudio e implementación de diferentes sensores para dotar a la prótesis de mayor capacidad de interacción con el entorno, el diseño e implementación del control de diferentes tipos de agarre y el diseño del control de la prótesis mediante redes neuronales.

La necesaria investigación sobre reducción de costes de la tecnología de producción de electricidad a partir del recurso eólico debe partir de los elementos que más impactan la formación del precio de esa energía. Por ello, el objetivo de este estudio doctoral es explorar e investigar algunos de los aspectos tecno-económicos que más influyen en el desarrollo y la comercialización de la energía eólica, y evaluar su impacto en la misma tecnología.Mi trabajo sigue dos líneas principales, una tecnológica y otra sobre la comercialización global. La primera incluye un análisis de la reducción de tiempo en la instalación de plantas eólicas en el mar, y otro sobre los efectos tecnológicos de la repotenciación de parques eólicos en tierra. La línea sobre comercialización se centra en el análisis de la globalización del sector y en particular de sus dos principales actores, los promotores de parques eólicos y los fabricantes de turbinas, para terminar explorando en profundidad cómo se internacionalizaron estos últimos.Esta investigación se ha basado en datos públicos o proporcionados por entidades que los comercializan, y de una pequeña cantidad de datos comunicados privadamente al autor por su red de contactos en el sector. Diversos modelos han sido usados dependiendo de la necesidad de cada investigación individual. La investigación sobre tiempo de instalación en el mar se modeló con macros de Visual Basic (VB) en MS Excel aplicados a los diferentes hitos de la instalación, de esta forma descubriendo la reducción en tiempo de instalación lograda en el periodo 2000-2017. La investigación sobre el impacto tecnológico de la repotenciación de turbinas eólicas se modeló con VB, Excel y el software de análisis de regresión estadística Minitab. La investigación sobre globalización se basó en contrastar series de datos de forma innovativa, extrayendo conclusiones y descubriendo tendencias que no se habían publicado hasta entonces. Finalmente, el análisis de internacionalización de los fabricantes de turbinas utilizó indicadores ampliamente utilizados en la literatura sobre internacionalización pero que tuvieron que ser adaptados a las particularidades del sector - por ejemplo, el uso de capacidad instalada en lugar de volumen de ventas.Las recientes subastas y licitaciones de electricidad eólica y/o renovable han revelado reducciones de costes muy significativas que se justifican en parte por la reducción en el tiempo de instalación (en el mar) y por el aumento de la producción eléctrica en el caso de la repotenciación (en tierra). Con respecto a comercio internacional y la globalización, esta investigación mostró que los fabricantes europeos de turbinas lideran el mercado global a la vez que están más diversificados y protegidos contra los vaivenes de los diferentes mercados. Es más, han sido capaces de formar cadenas de suministro en muchos países a la vez que mantenían la mayor parte del empleo en Europa. Research supporting cost reduction in wind energy technology benefits from the study of certain elements with strong impact on the formation of the cost of energy. In this context, the objective of this doctoral research is to explore some of the techno-economic aspects influencing wind energy development and deployment and to assess their impact on the technology. The research follows two strings of work: a technology and a deployment string. The former included an analysis of time reduction in the installation of wind farms offshore and another on the technological effects of repowering wind farms onshore. The later focused on globalisation of the sector with a focus on wind farm developers and turbine manufacturers, and then more specifically on the process of internationalisation of the latter. The research collected data from public and commercial sources, and a small amount of confidential data was used that originated from the network of contacts of the author. Varied modelling tools were applied depending on the needs of each of the four individual pieces of research. The article exploring the reduction of the installation time in offshore wind farms used Visual Basic (VB) macros in MS Excel applied to the key milestones of project installation in order to unveil to what extent time reduction had been realised during the period 2000-2017. In the article on the technological impact of repowering, Excel, VB models and statistical regression analysis with Minitab were used in turn. The article on globalisation focused on contrasting data publicly available but not normally investigated together thus unveiling trends not seen previously. Finally, the analysis of internationalisation of wind turbine manufacturers resourced to indicators that, while widely used in the literature, needed to be adapted to the wind turbine manufacture sector. The very significant cost reductions in electricity from wind energy that have surfaced following recent auctions and tenders is justified in part by (offshore) the reduction in the time of installation and (onshore) the increased production from repowering. Regarding trade and globalisation, the research found that European wind turbine manufacturers lead globally while they are more diversified and protected against the ups and downs of the different markets. Moreover, they have been able to grow supply chains in many countries while still maintaining the bulk of the employment at home.

Desde la apertura del mercado eléctrico a compañías privadas, las redes de transmisión y distribución de potencia se han visto afectadas en la calidad de onda, perfil y/o estabilidad de voltaje, armónicos, desbalances, entre otros. En un principio, la localización de generación distribuida a lo largo del sistema de potencia ayudó a los operadores a mantener la estabilidad, aunque el uso excesivo puede provocar saturación y por tanto, problemas a la hora de operar la red eléctrica. La combinación de las unidades de generación distribuida y FACTS ha demostrado en esta investigación que es capaz de reducir el costo total del sistema de potencia, mejorando la estabilidad de voltaje y los límites térmicos de las líneas. Aquí se presenta un modelo multi-objetivo basado en búsqueda tabú para la localización y dimensionamiento óptimos de generación distribuida y FACTS considerando la inversión mínima en dispositivos, incluyendo el coste de instalación, operación y mantenimiento, anualizando los costes mediante un factor de recuperación de capital a 25 años de vida útil. Las soluciones se han evaluado con un código abierto de flujo de cargas (PSAT, Power System Analysis Toolbox), el algoritmo heurístico se ha programado en lenguaje Matlab. La validación del modelo propuesto se lleva a cabo en una red de 300~nodos perteneciente a la IEEE, donde la generación distribuida es simulada como un generador diésel y los FACTS considerados son el HVDC, SSSC, STATCOM, SVC, TCSC y el UPFC. Los resultados son comparados con las soluciones de la frontera óptimo de Pareto para dos variables: costo de inversión y costo de generación de potencia. Los resultados obtenidos consideran tres metodologías: concatenación de atributos, indicadores predictivos y la combinación de ambos; tres estrategias de instalación: solo generación distribuida, solo FACTS y la combinación de los dispositivos. Los resultados demuestran que la adición de generación distribuida es la más económica, mientras que añadir solo FACTS no representa una mejora de la estabilidad en los nodos y, combinar los dispositivos reduce el costo total de la red eléctrica.

Se ha realizado una herramienta informática en basada en Scilab, que utiliza un algoritmo genético de optimización para obtener el valor optimo de Caudal de Equipamiento y el tipo de turbina, con los cuales se obtendría la máxima producción de energía eléctrica para unos datos de caudales en un año hidrológico. Asi mismo, la herramienta se encarga de realizar una pre-valoración económica de la configuración.

In this thesis we will discuss and explain the different types of wave energy technologies, we will see the different existing projects of wave energy and the technology used in each case. Then, we will start in our investigation in three specific technologies which are; the Point Absorber which is the Buoy WEC (Wave Energy Converter), second the Attenuators which is The Pelamis WEC, finally we will discuss the Oyster WEC which is a hydro-electric wave energy device. We will have a full mechanical, hydraulic and electrical simulation for each case with the results of each simulation and we will have a comparison between the different technologies discussed.

La sociedad actual es testigo de una paulatina transición en la forma de generar y distribuir la energía eléctrica. El sistema tradicional cuya generación de electricidad se concentra en grandes instalaciones centralizadas está dando paso a otro en el que la generación se integra de forma distribuida en la red eléctrica. Uno de los principales motores de este cambio es la progresiva implantación de las energías renovables. Las ventajas de este tipo de energías son de sobra conocidas: se trata de energías respetuosas con el medio ambiente y virtualmente inagotables. Sin embargo, su integración en la red eléctrica entraña nuevos desafíos de control. Para afrontar estos desafíos, las redes eléctricas deberán incorporar elementos de monitorización, comunicación y control; que consigan un balance óptimo entre generación, demanda y almacenamiento energético y, además, reaccionen con rapidez ante los cambios. Nacen así los conceptos de “Red Inteligente” y de “Smart City”. Este PFC ha sido realizado gracias a una beca de iniciación a la investigación de la fundación CIRCE y aborda el control distribuido de una microrred inteligente por medio de un sistema multiagente. Para ello se ha implementado un emulador mediante la tecnología de agentes JADE (desarrollada en Java) que reproduce los flujos de potencia en la microrred, y se han ideado diferentes estrategias para su control. La validación del emulador se ha llevado a cabo con numerosos ensayos y simulaciones, obteniéndose resultados de gran utilidad a la hora de dimensionar de forma óptima los sistemas de almacenamiento eléctrico con los que cuenta la microrred. Finalmente, se ha estudiado la posibilidad de interconectar la tecnología de agentes con el entorno de simulación MATLAB-Simulink. En concreto, se ha diseñado un sistema multiagente que optimiza el despacho económico de potencia de una microrred, modelada de forma gráfica en Simulink.

La generación distribuida parece ser el futuro al que se encaminan nuestras redes eléctricas actuales. La gestión de dicha generación se quiere conseguir con el desarrollo del concepto de micro-red, que mediante una operación flexible permitiría la integración de las energías renovables. Debido a sus características, se necesitan nuevos sistemas de gestión distribuidos y escalables. El objetivo de este proyecto ha sido la creación de un sistema de gestión distribuido demicro-redes eléctricas que permita controlar los flujos de potencia y las tensiones en dichas redes. La plataforma multi-gente utilizada ha sido JADE y el simulador PSAT. Se ha usado JADE por ser una librería creada en Java y, por tanto, ser fácilmente portable a cualquier hardware con el intérprete adecuado. El simulador PSAT se ha elegido por ser de libre distribución. La comunicación entre el simulador y el sistema de control se hará a través de una versión ampliamente modificada de GridIQ, también de libre distribución. Finalmente se ha evaluado el sistema de gestión desarrollado en varias redes de prueba y se han analizado los resultados obtenidos.

Debido a los avances tecnológicos, a los cambios en la legislación o aspectos de tipo económico, social u otros, los sistemas de suministro eléctrico están en posibilidad de integrar cada vez más a las fuentes de energía renovable. Esta integración debe seguir manteniendo la rentabilidad y fiabilidad del sistema. Por ello, dentro de la extensa gama de investigaciones que hay respecto a la planificación de instalaciones de generación eléctrica, algunas abordan la integración de energías renovables evaluando con métodos probabilísticos la variabilidad de sus fuentes. La simulación Monte Carlo ha sido ampliamente usada para calcular índices de fiabilidad, aunque es un proceso que por lo general tiene requerimientos computacionales elevados cuanto mejores resultados se pretenden. Por ello, en el presente trabajo se profundiza en el uso de la Función Generadora Universal (UGF) como una opción para el cálculo de los índices de fiabilidad, ya que permite modelar elementos como sistemas multi-estados. El interés de emplear la UGF es disminuir los tiempos requeridos por los cálculos de los índices de fiabilidad, manteniendo resultados aceptables, además de apoyarse en tales resultados para optimizar las combinaciones de distintas fuentes de generación que se pueden presentar. Estas combinaciones pueden incluir: fuentes de energía eólica, solar, grupos electrógenos y la red eléctrica; todos ellos modelados como sistemas multi-estado. Ya que es importante que los sistemas o combinaciones de fuentes de energía cumplan ciertos requisitos de rentabilidad y fiabilidad, se optimizan las posibles combinaciones de fuentes de generación en tres objetivos fundamentales: el coste de la energía, la fiabilidad del suministro y el porcentaje de integración de las energías renovables. El resultado obtenido a través del uso del algoritmo evolutivo multi-objetivo es un grupo de distintas posibilidades de instalaciones eléctricas que interactúan con la demanda propuesta, optimizando los tres objetivos planteados. Las posibilidades u opciones encontradas son cercanas o incluyen a los óptimos reales, con lo cual pueden servir de base para una evaluación más exhaustiva en la planificación de una instalación. Además, al calcular los índices de fiabilidad utilizando la UGF, se logra una reducción en el tiempo y los resultados obtenidos soportan la idea de la sustitución de esta metodología por la otra, para el caso donde la evaluación es a largo plazo. Finalmente, se presentan las simulaciones hechas con este sistema y se evalúan los resultados que arrojaron, para sustentar el trabajo realizado. A su vez, estos mismos resultados permiten visualizar las mejoras o cambios que en un futuro pueden probarse para fortalecer la metodología propuesta.

El objetivo de este Proyecto Fin de Carrera es la evaluación de distintos métodos estadísticos de modelos autorregresivos integrados de media móvil (ARIMA) para la realización de ensayos de predicción de velocidades del viento en territorios marinos cercanos a la costa. Una vez seleccionado del método que más se aproxime a la realidad se realiza un estudio temporal durante un año y otro estudio espacio- temporal del que se han extraído datos, gráficas e imágenes que hacen más fácil la comprensión de lo expuesto en el proyecto. Los datos de partida del estudio han sido obtenidos del satélite orbital QuickSCAT, el cual ha proporcionado información meteorológica a nivel planetario de la superficie de los océanos y mares a lo largo de la última década. Todos las operaciones del proyecto han sido realizadas utilizando el código R language, herramienta muy potente a la hora de trabajar con grandes bases de de datos. Una de las razones de por las que se ha decidido realizar el proyecto acerca de la energía eólica es por el gran potencial de desarrollo que posee este tipo de energía, ya que a corto plazo la eólica offshore será una de las energías más representativas del planeta y se necesitarán técnicas predictivas para obtener el máximo rendimiento.