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Universidad Autónoma de Baja California
Investigación y desarrollo de tecnología para el
aprovechamiento de las energías renovables
Dr. Nicolás Velázquez Limón
Centro de Estudios de las Energías Renovables
del Instituto de Ingeniería de la UABC
Chih., México, Octubre, 2010
Desarrollo sustentable con energías
renovables y tecnologías propias
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN APLICADA, DESARROLLO TECNOLÓGICO E INNOVACIÓN
AgendaIntroducción
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
Nuestro país tiene un retraso tecnológico importante encasi todos los campos del conocimiento.
En México prácticamente no se desarrolla tecnología y loque es peor tenemos una mentalidad consumidora de lamisma. La pregunta es por que?
La dependencia tecnológica es una debilidad del país yuna fortaleza para los que la desarrollan (no somosautosuficientes y estamos conquistados tecnológicamente).
Está demostrado que el desarrollo tecnológico es un factordetonante para el crecimiento de un país.
IMPORTANCIA DEL DESARROLLO
TECNOLÓGICO PARA UN PAÍS
Que podemos hacer para que en nuestro país sedesarrolle tecnología y la utilicemos en nuestrasnecesidades y fortalezcamos nuestra economía alexpórtala a otros países?
Sobre quien cae la responsabilidad del desarrollotecnológico en un país?
Que papel jugamos los ingenieros en estaproblemática?
IMPORTANCIA DEL DESARROLLO
TECNOLÓGICO PARA UN PAÍS
LA PREGUNTA ES:SI LA RESPONSABILIDAD ES DE NOSOTROS LOS INGENIEROS, QUE TENEMOS QUE HACER PARA
NO SEGUIR FALLANDOLE A NUESTRO PAÍS?
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”
CONSUMO ENERGETICO MUNDIAL
800
600
400
200
0
1970 1990 2010 2030 2050
Projected
To Date
Year
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.
(Quadrillion Btu)
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.
Problemática que justifica el desarrollo deTECNOLOGÍAS SUSTENTABLES CON ENERGÍAS RENOVABLES
TERMOELECTRICAINDUSTRIA DEL PETROLEO
JUSTIFICACIÓN del desarrollo de tecnología propia
para el aprovechamiento de las Energías Renovables
PROBLEMATICA
RENOVABLES
TIERRA DISPONIBLE
MERCADO POTENCIAL.
BIOMASAGEOTERMICA E HIDRAULICA
OCEANICA O
MARITIMA
EOLICA
SOLAR
SOCIAL
CLIMA EXTREMOSO
Y
DEPENDENCIA COMBUSTIBLES
FÓSILES
ECONOMICA
AMBIENTAL
ENERGETICA
RECURSOS
TECNOLOGÍAS
TECNOLOGÍAS SUSTENTABLES
Y PLAN ESTRATEGICO
OPORTUNIDADES
Las Energías Renovables
como una alternativa para
la conservación del
Medio Ambiente
Identificar y aprovechar las
oportunidades que ofrecen las energías
renovables
Líneas de
Investigación
Programas
Proyectos
Proveedores
Tecnología
Infraestructura
Mercado de
conocimientos
Capital
Intelectual
Terrenos
Edificios
Equipos
Instrumentos
Fuentes de
financiamiento
Organismos
Nacionales e
Internacionales
Universidades
Institutos
Centros
Empresas
Cámaras
Centro de
Investigación
ELEMENTOS CLAVE DEL CENTRO
ESTRATEGIAS PARA EL DESARROLLO DE TECNOLOGÍA PROPIA
Aprovechamiento de los
recursos energéticos
renovables.
Desarrollo de tecnologías
energéticas sustentables
vendibles.
Formación de recursos
humanos especializados.
Venta de servicios de
ingeniería de calidad.
Proyectos a la medida.
Generación de
oportunidades de
negocio.
OBJETIVO GENERALConvertir 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
bioclimática, entre otras.
Hay que cambiar el enfoque de las instituciones
Hay que cambiar el enfoque de las instituciones
• Impulsar las pequeñas y medinas empresas regionalesque fabriquen y comercialicen equipos para elaprovechamiento de las energías renovables.
•Satisfacer demandas específicas de investigaciónaplicada, desarrollo tecnológico e innovación para contribuir aaumentar el nivel de competencia internacional de lasempresas nacionales.
• Tener una vinculación directa con las empresas ygobierno para solucionar problemas energéticos en el ámbitode la competitividad internacional y requerimientos oproblemática de la sociedad.
•Formar recursos humanos especializados altamentecalificados en investigación aplicada, desarrollo de tecnologíasenergéticas limpias e innovación en el ámbito energético, asícomo en la transferencia tecnológica de los productos de lainvestigación.
I+D+I
INVESTIGACIÓN BÁSICA
INVESTIGACIÓN APLICADA
PROCESOS DE MADURACIÓN TECNOLÓGICA
PURA
ORIENTADA
Avanzar el conocimiento sin intención de su aplicación o transferencia
Generar conocimiento que permita resolver
problemas o aprovechar áreas de oportunidad.
Adquirir nuevos conocimientos dirigidos hacia un objetivo práctico específico (desarrollo de tecnología)
Proyectos demostrativos de las tecnologías, desarrollo de unidadescomerciales, producción en línea, aprovechar los conocimientos y/o experiencias en la producción de nuevos materiales, entre otros.
CONCEPTO (PLAN ESTRATEGICO)
IMPLEMENTACIÓN
PROYECTOSDE
DESARROLLO
TECNOLÓGICO
(CIER-II-UABC)
APORTACIONDE LA
INICIATIVAPRIVADA
Apoyos del
Gobierno a Proyectos Específico
s
SUBSIDIOS
A LA
ENERGÍA
OTRAS CONV.
CONACYT
FOMIX
Gobierno/
CONACYT
BENEFICIOS
AMBIENTALES
(Bonos de Carbono)
PLAN
ESTRATÉGICODE
IMPLEMENTACIÓN DE LAS
TECNOLOGÍAS Implementación Masiva de
lasTecnologías
SOCIEDAD
CONVENIO:
Empresa, Gobierno y
UABC
CREACIÓNDE LA
EMPRESA
(Generación de empleos)
PROYECTO
TECNOLOGÍA
CENTRO DE “I+D+I”
Generador de soluciones
SOLUCIONES
Las Energías Renovables
como una alternativa para
resolver los problemas de
la sociedad.
Sostenibilidad económica
ESTRATEGIAS
Hay que consolidar un PORTAFOLIO DEPROYECTOS de inversión que promueva los usosproductivos y las aplicaciones industriales de lasenergías renovables.
Se debe pasar de la GESTIÓN DEL CONOCIMIENTOa la creación de un PORTAFOLIO DE INVERSIÓNpara la creación de nuevas empresas.
CREACIÓN DE REDES de colaboración a través de laplataforma 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
Lineas de Investigación Programas Proyectos
Energía SolarSistemas Térmicos
AguaFotovoltáico
Energía EólicaAgua
MicrohidráulicaValle de Mexicali
BiomasaBiodieselBiogas
GeotermiaUsos no eléctricos
ElectricidadVehículos híbridosMateriales de construcciónDistritos de enfriamientoUso eficiente y calidad de energíaRefrigeración no convencional
Tópicos especiales en
fuentes alternas
Desarrollo y
aplicaciones de las
fuentes alternas
Recursos renovables Evaluación de recursos Energéticos
Líneas de Investigación, Programas, Proyectos
Líneas de investigación Sublíneas
Energía Solar Fotovoltaica
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.
Energía Solar-Térmica
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
Biomasa (Bioenergía)
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
LINEAS GENERALES DE INVESTIGACION, INNOVACION Y
DESARROLLO TECNOLOGICO
Energía Eólica
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
Hidrógeno y Celdas de Combustible
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.
LINEAS GENERALES DE INVESTIGACION, INNOVACION Y
DESARROLLO TECNOLOGICO (cont.)
PLANTA MULTIPLE
El concepto de Planta Múltiple de Tecnología Aplicada nace en España en
1980. 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 tracto-
camiones 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.
Desafíos para el grupo del trabajo
• Formar o contratar el recurso humano que permitalograr las metas y compromisos del CDT.
• Definir la Líneas deInvestigación, Programas, Proyectos del CDT, másadecuadas para la región.
• Definir un proceso general de trabajo de acuerdo alproyecto y a las líneas de investigación. Establecer unplan de trabajo y cronograma de avance en proyectos
• Lograr una verdadera vinculación con los empresarios yposibles inversionistas.
• Generar tecnología innovadora patentable, que seauna oportunidad de negocio y que se pueda convertir enempresas que generen empleos y activen la economía.
CENTRO DE ESTUDIOS DE LAS ENERGIAS RENOVABLESPROYECTOS 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
60
80
20
40
50
85
40
25
1,350,000.
990,000.
950,000.
500,000.
990,000.
750,000.
950,000.
780,000.
5
4
5
4
3
3
2
4
5
3
5
4
5
4
5
4
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.
CENTRO DE ESTUDIOS DE LAS ENERGIAS RENOVABLESPROYECTOS 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.
60
30
70
1,290,000.
880,000.
970,000.
5
4
3
5
5
5
Proyectos con
aplicación en
los sectores
residencial,
comercial,
industrial y
agrícola.
EDIFICACIÓN SUSTENTABLE:
1. Diseño y evaluación de una vivienda
energéticamente sustentable.
TOTAL:
90 1,650,000.
11,650,000
5 5
Pendiente
desarrollar un
proyecto
demostrativo.
Aprovechamiento de los recursos energéticos renovables, así como el desarrollo de tecnologías limpias.
NUEVAS TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS SUSTENTABLES
(Deben de integrarse a la arquitectura urbana)
CD
CA
CD
Concepto de
GENERACIÓN DISTRIBUIDA
Edificación
Energéticamente
Sustentable
Estufas
Solares
Aire caliente
para secado
de ropa
Refrigerador
Solar
Aire
Acondiciona
do Solar
Investigación aplicada y
desarrollo tecnológico,
Diseño de vivienda con arquitectura de bajo consumo energético.
Formación de
recurso humano
especializado y
entrenamiento
técnico
PROPUESTA DE EDIFICACIONES SUSTENTABLES Y
ENERGÉTICAMENTE AUTOSUFICIENTES
Desarrollo de sistemas de enfriamiento solar
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
SOLAR
DESARROLLO DE
COLECTORES SOLARES
GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA
PRODUCCION DE BIOGAS
DESARROLLO DE VIVIENDAS EFICIENTES Y
SUSTENTABLES
Generador de disco parabólico para un sistema de aire acondicionado solar
(Banco de pruebas de colectores solares con seguimiento en dos ejes)
Diagrama de Tuberías e Instrumentación de SAAS
Distribución espacial del sistema de concentración solar y unidad de
enfriamiento solar
Sistema de aire acondicionado solar
SISTEMA DE A/A SOLAR-GAX
Concentrador reflector Fresnel de espejos curvos
Ingeniería inversa en el desarrollo de tecnología
Vista en perspectiva de la unidad de AAS
TECNOLOGÍA DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO
CON DESECANTE
Casa
Desarrollo de un sistema de enfriamiento pasivo para
aplicaciones de conservación de productos perecederos
DISEÑO DE VIVIENDA ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE
FACHADA PRINCIPAL PLANTA DE CONJUNTO
PLANTA BAJA PLANTA ALTA
SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN SOLAR
Aire acondicionado, calefacción
y agua caliente solar.
YAZAKI
Planeación, desarrollo y financiamiento de edificaciones residenciales y
comerciales sustentables.
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO SOLAR TIPO CPC PARA SUMINISTRAR
ENERGÍA TÉRMICA A UN BIODIGESTOR ANAERÓBICO PARA OBTENCIÓN DE BIOGÁS
DIGESTION ANAEROBIA EN EL CEENER DE LA UABC
Investigación en el CEENER de la UABC
PLANTA PILOTO DE BIODIGESTION
EL METANO ES PRODUCIDO
POR BACTERIAS QUE
DEGRADAN LOS DESECHOS
El residuo puede ser
utilizado como fertilizante
PLANTA PILOTO DE BIODIGESTION
Sistema de enfriamiento evaporativo fotovoltaico.
Sistemas y equipos desarrollados en el CEENER
UNIDADES DE DISCO PARABÓLICO CON GENERADOR DE
MOTOR STIRLING
CAPACIDAD DE 7 A 25 KWe
SISTEMA DE GENERACION ELECTRICA TERMOSOLAR
EL DISCO/STIRLING CONSISTE
DE UN CONCENTRADOR SOLAR
CON FOCO PUNTUAL ACOPLADO
A UN MOTOR/GENERADOR.
Sistema de generación eléctrica termosolar.
MULTIPLES USOS:
- SECTOR RURAL: BOMBEO DE
AGUA, COMUNIDADES, AGRICULTURA,
AGROINDUSTRIA, ENTRE OTROS.
UNIDADES DE DISCO PARABÓLICO CON
GENERADOR DE MOTOR STIRLING
Q enfriamiento
Q radiación
Q convección
E. reflejada
Q conducción
Q útil (Qen,mot)
Regenerador
Receptor/ Absorbedor
Enfriador
Potencia motor
Concentrador
E. Solar
Potencia ventilador
Diagrama esquemático del sistema
TRANSPORTE DE ENERGÍA SOLAR CON FIBRA OPTICAHybrid solar lighting system.
Colectores planos y
Tubos Evacuados para
calentamiento de agua
solar.
EVALUACION DE COLECTORES SOLARES
Certificación de
colectores solares para
hipotecas verdes de
INFONAVIT
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.
CONCLUSIONES
MUCHAS EMPRESAS EXTRANJERAS YA ESTANBUSCANDO EL APROVECHAMIENTO DE NUESTRASFUENTES DE ENERGIA RENOVABLES y si no hacemos unplan estratégico para su aprovechamiento, nos vamos aquedar con las migajas del pastel.
Es posible y necesario afrontar el reto de ofrecer a la sociedad uncrecimiento sustentable con energías renovables y tecnologíaspropias.
Uniendo fuerzas las Universidades/Centros, Gobierno y SectorPrivado, se puede dotar a las instituciones de toda lainfraestructura requerida; los terrenos, el edificio, la PMTA y elequipamiento de los laboratorios especializados son elementosbásicos para tener un buen desempeño y dar resultados dealta calidad.
Con la formación de Centros de Desarrollo Tecnológico se lograraobtener una fuente generadora de alternativas tecnológicasnacionales y la comercialización de las mismas crearáempleos, fortalecerá la economía nacional y contribuirá en laresolución de nuestros problemas.
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.
GRACIAS
Octubre 2010
Gracias por su atenciónDr. Nicolás Velázquez Limón
Profesor-Investigador
Jefe del Centro de Estudio de las Energías renovablesJefe del Departamento de Tecnologías Limpias y Medio
Ambiente ,Instituto de IngenieríaUniversidad Autónoma de Baja California
Dirección:
Edif. Instituto de Ingeniería, UABC
Campus UniversitarioBlvd. Benito Juárez y Calle de la Normal s/n
Col. Insurgentes Este 21280, Mexicali, B. C., México
Tel/Fax (686) 5664150Dirección Postal en USA:
Po Box 3439 Calexico, California, 99232 USA
E-Mail: nicolasvelazquez@iing.mxl.uabc.mxnicolasvelazquez@uabc.mx
http://insting.mxl.uabc.mx
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