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