Colibri Colección : Reúne las tesis de maestría y doctorado de los Institutos de Agrimensura, Ensayo de Materiales, Estructuras y Transporte, Física.Reúne las tesis de maestría y doctorado de los Institutos de Agrimensura, Ensayo de Materiales, Estructuras y Transporte, Física.https://hdl.handle.net/20.500.12008/94402024-03-24T16:58:14Z2024-03-24T16:58:14ZViabilidad del uso de energías renovables en latitudes superiores a los 60º : Caso particular, Base Científica Antártica ArtigasGuigou Griot, Gabrielhttps://hdl.handle.net/20.500.12008/430542024-03-13T13:42:40Z2023-01-01T00:00:00ZTítulo: Viabilidad del uso de energías renovables en latitudes superiores a los 60º : Caso particular, Base Científica Antártica Artigas
Autor: Guigou Griot, Gabriel
Resumen: En este estudio, se investigaron las posibilidades de aumentar el uso de energías renovables en latitudes superiores a los 60°, focalizándose en la región Antártica, aunque no específicamente. Teniendo como objetivo comprobar la viabilidad de desarrollar sistemas energéticos renovables, considerando las condiciones climáticas extremas y las limitaciones logísticas de esta área remota. Se llevó a cabo un análisis de los recursos disponibles, centrándose en la energía Solar Fotovoltaica, la energía Eólica y, en menor medida, la energía
geotérmica y otras fuentes marinas. Se evaluaron las características y viabilidad de cada recurso en función de las condiciones locales y los fenómenos atmosféricos específicos de la región. Como resultado de este análisis, se estableció que la energía Solar Fotovoltaica y la energía Eólica son las tecnologías más adecuadas y maduras para la región. A pesar de las variaciones estacionales y las condiciones extremas, estas tecnologías ofrecen una solución práctica y efectiva para aprovechar los recursos presentes en el área. La combinación de energía Solar Fotovoltaica con módulos planos y energía Eólica a través de diversos dispositivos se presenta como un modelo viable, marcando un paso hacia un futuro energético más sostenible en esta región. Además, se identificaron desafíos importantes, como la necesidad de alejarse de los combustibles fósiles, los altos costos asociados a la logística de transporte y mantenimiento, así como la importancia de una gestión cuidadosa de la demanda eléctrica. A pesar de estos desafíos, se observa una tendencia positiva hacia la adopción de energías renovables en la región, especialmente en la Base Científica Antártica Artigas, donde se están implementando con éxito tecnologías Eólicas y Solares Fotovoltaicas. Este estudio proporciona una hoja de ruta para avanzar hacia un futuro energético sostenible. La implementación de sistemas renovables, se presenta como una solución viable y práctica para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y promover un entorno más limpio y ecológicamente responsable en este tipo de territorio desafiante.; In this study, the possibilities of increasing the use of renewable energies at latitudes above 60° were investigated, focusing on the Antarctic region, though not exclusively. The objective was to assess the feasibility of developing renewable energy systems, considering the extreme climatic conditions and logistical limitations of this remote area. An analysis of available resources was conducted, with a focus on Photovoltaic Solar Energy, Wind
Energy, and, to a lesser extent, geothermal energy and other marine sources. The characteristics and viability of each resource were evaluated based on local conditions and specific atmospheric phenomena of the region.
As a result of this analysis, it was established that Photovoltaic Solar Energy and Wind Energy are the most suitable and mature technologies for the region. Despite seasonal variations and extreme conditions, these technologies offer a practical and effective solution to harness the resources in the area. The combination of Photovoltaic Solar energy with flat modules and Wind energy through various devices emerges as a viable model, marking a step towards a more sustainable energy future in this region. Furthermore, significant challenges were identified, such as the need to move away from fossil fuels, high costs associated with transportation and
maintenance logistics, and the importance of careful management of electrical demand. Despite these challenges, a positive trend towards the adoption of renewable energies is observed in the region, especially at the Antarctic Scientific Base Artigas, where Wind and Photovoltaic Solar technologies are being successfully implemented.
This study provides a roadmap for progressing towards a sustainable energy future. The implementation of renewable systems is presented as a viable and practical solution to reduce dependence on fossil fuels and promote a cleaner and environmentally responsible environment in this challenging area.2023-01-01T00:00:00ZEvaluación de modelos numéricos globales para la predicción de la radiación solar global en el sureste de SudaméricaTeixeira-Branco, Vívianhttps://hdl.handle.net/20.500.12008/426442024-02-26T19:21:40Z2023-01-01T00:00:00ZTítulo: Evaluación de modelos numéricos globales para la predicción de la radiación solar global en el sureste de Sudamérica
Autor: Teixeira-Branco, Vívian
Resumen: La precisión de las técnicas de pronóstico de la energía solar fotovoltaica se traduce en una mayor capacidad de gestión del sistema eléctrico para el despacho de energía y administración de las reservas. Dado que el recurso solar es una fuente de energía variable, disponer de pronósticos precisos es necesario para garantizar la integración eficiente de esta fuente de energía en las redes eléctricas. Existen una serie de técnicas para predecir la energía solar, cuya utilidad depende críticamente del horizonte de pronostico y la resolución espacial requerida. En general, estas técnicas se dividen en cuatro grandes grupos de formas de predicción: cámaras todo-cielo, nowcasting satelital, modelos numéricos de atmósfera (NWP, Numerical Weather Predictions) y pronóstico por la utilización de técnicas estadísticas o de aprendizaje automático. Esta tesis analiza el desempeño del pronóstico de la radiación solar provisto por diferentes NWP en varios sitios del sureste de Sudamérica durante el período de tres años. Se consideran las salidas de las primeras 24 horas del pronóstico de cada modelo, y se utilizan medidas registradas en tierra con calidad controlada como referencia para cuantificar la incertidumbre de predicción de los modelos. Se analiza la incertidumbre de predicción para el acumulado diario y para la escala horaria intra-día, considerando el período completo y la discriminación por cada estación del año. Además, en el análisis diario se incluye una evaluación del desempeño de los modelos según las condiciones de nubosidad del cielo. Los modelos aquí evaluados presentan un mejor desempeño para la región que el procedimiento de referencia de persistencia, tanto a escala horaria como diaria. No se observa variabilidad significativa de desempeño entre los sitios evaluados y tampoco en las diferentes estaciones del año. La discriminación por distintas condiciones de cielo muestra que el desempeño de los modelos empeoran con el aumento de la nubosidad. Entre los modelos NWP evaluados, el ECMWF se destaca por su alto rendimiento en la región, con un desvió cuadrático medio relativo a la media (rRMSD) de 17.0% a escala diaria. Sin embargo, se observa que subestima el recurso en condiciones de cielo despejado y el acceso a sus pronósticos es de uso restringido. Por otro lado, el modelo ICON también tiene un buen rendimiento y es de dominio público, con un rRMSD diario de 18.0 %. El modelo GFS con resolución de 0.5 km presenta resultados un poco peores, con un rRMSD diario de 21.9 %. Las predicciones GFS son también de dominio público, pero subestiman en mayor grado que los demás modelos la ocurrencia de nubosidad. Por último, el modelo NEMS30 es de especial interés por ser uno de los pronósticos utilizados en Uruguay para el despacho eléctrico. Este presenta un rRMSD diario de 21.0% y se muestra competitivo en días nublados, aunque se desconoce la técnica de postprocesamiento que utiliza la empresa propietaria.; The accuracy of photovoltaic solar energy forecasting techniques translates into enhanced capability for electricity system management, including energy dispatch and reserve handling. Given the variable nature of solar resources, having precise forecasts is essential to ensure the efficient integration of this energy source into
power grids. There are various techniques for solar energy prediction, the usefulness of which critically depends on the forecast horizon and required spatial resolution. Generally, these techniques fall into four major groups of prediction methods: allsky cameras, satellite nowcasting, numerical weather prediction models (NWP),
and forecasting using statistical or machine learning techniques This thesis analyzes the performance of solar radiation forecasting provided by different NWPs at various sites in southeastern South America over a three-year period. The outputs of the first 24 hours of each model’s forecast are considered, and quality-controlled ground measurements are used as a reference to quantify the models’ prediction uncertainty. The prediction uncertainty is analyzed for daily integrated values and for the intra-day hourly scale, considering the entire period and
discrimination by each season of the year. Additionally, the daily analysis includes an evaluation of the models’ performance based on sky cloudiness conditions. The models evaluated here show better performance for the region compared to the reference persistence procedure, both at hourly and daily scales. No significant
variability in performance is observed among the assessed sites or across different seasons of the year. Discrimination by different sky conditions shows that model performance deteriorates with increasing cloudiness. Among the evaluated NWPs, ECMWF stands out for its high performance in the region, with a root mean square
deviation relative to the mean (rRMSD) of 17.0% at the daily scale. However, it is noted that it underestimates the resource under clear sky conditions and its forecast access is restricted. On the other hand, the ICON model also exhibits good performance and is publicly available, with a daily rRMSD of 18.0 %. The GFS model with a resolution of 0.5 km shows slightly poorer results, with a daily rRMSD of 21.9 %. GFS predictions are also publicly available but underestimate the occurrence of cloudiness more than other models. Finally, the NEMS30 model is of particular interest as it is one of the forecasts used in Uruguay for electricity dispatch. It presents a daily rRMSD of 21.0% and is competitive on cloudy days, although the post-processing technique used by the owning company is unknown.2023-01-01T00:00:00ZHidrógeno a partir de residuos sólidos urbanos en el Uruguay : viabilidad técnica y económicaSchimchak, Marcelohttps://hdl.handle.net/20.500.12008/426422024-02-26T19:18:28Z2023-01-01T00:00:00ZTítulo: Hidrógeno a partir de residuos sólidos urbanos en el Uruguay : viabilidad técnica y económica
Autor: Schimchak, Marcelo
Resumen: La utilización de vectores energéticos alternativos a los combustibles fósiles, como el Hidrógeno, para resolver el transporte pesado es algo cada vez más cercano. Por otro lado, la generación de residuos urbanos a nivel global se encuentra en fuerte crecimiento y una gran parte se trata con métodos poco amigables con el medio ambiente. En este trabajo se estudió una solución circular para resolver el transporte de los residuos sólidos de la ciudad de Montevideo, incinerando los residuos sólidos, generando energía eléctrica y utilizando parte de la misma para generar Hidrógeno que impulsa los camiones recolectores de residuos. Este trabajo tiene como objetivo estudiar la viabilidad técnica y económica de dicha solución. Se contemplaron distintos escenarios, considerando la coexistencia de la incineración con otros tipos de valorizaciones de mayor jerarquía. Para estudiar la viabilidad técnica se realizó una revisión de las principales tecnologías de incineración así como una visión actual de las principales tecnologías del hidrógeno. Se verificó que la tecnología para la realización de una planta de generación de Hidrógeno a partir de residuos sólidos urbanos y la utilización en camiones recolectores se puede realizar con tecnología madura. Para el estudio de viabilidad económica, el trabajo se focalizó en el cálculo del costo nivelado de energía. Dentro de los escenarios estudiados, el escenario más favorable en cuanto a resultados económicos resultó aquel en el cual se consideró que toda la materia orgánica de los residuos sólidos urbanos se destinaba a un proceso de recuperación a través de digestión anaerobia, elevando el poder calorífico inferior del combustible. No se encontró una solución que sea económicamente viable sin la intervención de un apoyo al proyecto, incluso suponiendo la exoneración total de impuestos.2023-01-01T00:00:00ZHidrógeno como vector energético.Bouzas Urgal, Betianahttps://hdl.handle.net/20.500.12008/424492024-02-15T13:00:59Z2023-01-01T00:00:00ZTítulo: Hidrógeno como vector energético.
Autor: Bouzas Urgal, Betiana
Resumen: La demanda energética, al igual que la población mundial, siguen en aumento: el consumo energético final mundial en 1990 alcanzaba los 6.262 Mtoe, mientras que para 2016 llegó a 9.555 Mtoe y para 2021 alcanzó los 14.221 Mtoe . Para 2030 se proyecta que 1 la demanda alcance los 15.755 Mtoe, en un escenario mundial muy dinámico donde se hace cada vez más urgente la descarbonización global. Nuestro país no escapa a esa tendencia y en el mismo período la demanda energética creció de 1.940 ktoe en 1990 alcanzando los en 4.699 ktoe en 2016 y 5.644 ktoe 20212, respectivamente. La electricidad sigue afirmándose como el “combustible” del futuro, con un aumento de la demanda mundial del 1,3% en 2019 con respecto al año anterior, alcanzando más de 27.039 TWh, según la información de OLADE. En 2020 se registró un leve descenso, 26.951 TWh que se
atribuye a los efectos mundiales de la pandemia producida por el COVID-19 y ya en 2021 se alcanzaron los 28.433 TWh, de acuerdo a la tendencia de los últimos años1. Este escenario se repite tanto a nivel regional como a nivel mundial, sin embargo, aún existe un número importante de personas sin acceso a la energía eléctrica; esto representa aproximadamente el 13% de la población mundial, principalmente en poblaciones aisladas.
De esta forma las energías renovables representan una de las alternativas más viables y principales para afrontar muchos de los desafíos que se plantean para el futuro inmediato; como mitigar el cambio climático mediante la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), a la vez que solucionar la creciente demanda de energía y los problemas asociados a las poblaciones aisladas. Por otra parte poseen el potencial necesario para disminuir tanto el uso de combustibles fósiles, con las desventajas asociadas a su uso: ineficiencia operacional, reservas limitadas, acceso a las redes de distribución y el aumento de la contaminación ambiental que su uso supone. Para el caso de Uruguay, y los países que no son productores de petróleo, estas energías suponen al mismo tiempo, la valiosa oportunidad de reducir la dependencia energética con otros países. El aumento sostenido de la instalación de energías renovables a nivel mundial es un hecho; en 2021 se instalaron 295 GW, cifra récord, que se espera que sea nuevamente superada al alcanzar los 320 GW instalados en los siguientes años. Sin embargo, en los sistemas diseñados para el aprovechamiento integral de estas energías, en particular de la energía eólica y solar, surgen, por su propia naturaleza intermitente, diferentes dificultades. La generación de energía eléctrica a partir de la energía eólica y/o de la energía solar fotovoltaica depende de factores naturales como son la situación geográfica de las instalaciones de generación, la altura de instalación de los generadores eólicos, la velocidad del viento, la irradiación solar, nubosidad, entre otros. Depende también de factores técnicos, como son el factor de planta de cada instalación, (que representa la razón entre la energía que produce y la energía que podría producir operando continuamente a máxima capacidad, para la potencia instalada, durante un determinado periodo de tiempo), y de la conexión o no a la red de distribución (on-grid u off-grid). Debido a estas características, el perfil de generación de energía eléctrica así producido no coincide usualmente con el perfil de la demanda asociada. La generación no siempre coincide con la demanda, como sí sucede con la generación a partir de combustibles fósiles. Esto presenta la necesidad de buscar formas de almacenar y luego distribuir
esta energía eléctrica generada a partir de las fuentes renovables y así optimizar su aprovechamiento de acuerdo al perfil de demanda y no al perfil de generación asociado. En este escenario, el hidrógeno aparece como una buena alternativa, sino la mejor, para cumplir la función de almacenar y gestionar la energía generada a partir de fuentes renovables, reemplazando a los combustibles fósiles. El hidrógeno podría jugar un papel clave en el desarrollo de un nuevo sistema energético mundial a través de su uso como vector energético (un vector energético es un elemento que tiene la capacidad para almacenar la energía cuando se genera y posteriormente, según la necesidad, de liberarla), mediante su producción a partir de energías renovables, en particular de energía eólica y solar fotovoltaica a través de la electrólisis de agua. El hidrógeno producido de esta forma (ej, el hidrógeno verde) es un vector energético limpio, y de todos los combustibles conocidos, es el que tiene la máxima relación de energía/peso. Sin embargo, por otra parte, su relación energía/volumen es la mínima, lo que supone uno de los desafíos tecnológicos a resolver con respecto a su almacenamiento y transporte. En este trabajo se analiza el ciclo del hidrógeno, su uso como vector energético; en particular se estudia la generación de hidrógeno verde a partir de energías renovables y agua por la vía electrolítica en celdas con tecnología de membrana de electrolito polimérico (PEM). La electrólisis PEM es una tecnología madura que tiene como ventajas clave, su disponibilidad comercial creciente, su flexibilidad, su alta velocidad comparativa para el tiempo de encendido, la alta pureza del hidrógeno producido y el espacio requerido para la instalación de los stacks.
Se presenta el estado del arte de las tecnologías asociadas y un estudio técnico - económico actualizado de los costos nivelizados de producción de hidrógeno verde en Uruguay (LCOH: de su sigla en inglés, levelized cost of production of hydrogen). Este estudio se hace para la situación presente, y con distintas proyecciones con los valores del precio de la energía eléctrica en el sistema de generación actual, y con la posible instalación de
más potencia para generación de energía eléctrica por medio de energías renovables (eólica onshore y offshore, y solar fotovoltaica, respectivamente). En este presente escenario, Uruguay tiene la posibilidad histórica de situarse como productor y exportador neto de hidrógeno verde. Los resultados obtenidos muestran que para ello, si bien en la actualidad la matriz de generación eléctrica renovable en Uruguay es muy alta (alcanzando el 97% en 2020), es necesaria la instalación de más potencia en energías renovables, con el consiguiente ajuste en el precio de esta energía (el costo de la energía supone en todos los escenarios más del 40% del LCOH según
el modelo estudiado). Al mismo tiempo, la optimización de los costos asociados a los electrolizadores (que puede
superar el 30% del LCOH) para la electrólisis PEM es indispensable con el fin de situar al país en la posición de exportador neto de hidrógeno verde, lo que significa, según la bibliografía especializada actualizada, llegar a valores de LCOH (levelized cost of hydrogen) que no superen U$S 1,4/kg H22023-01-01T00:00:00Z