Aprovechamiento de la energía undimotriz
El océano ofrece una serie de posibilidades para la generación de energía eléctrica, siendo el aprovechamiento de la energía undimotriz uno de los más recientes. El término undimotriz se origina en la palabra onda; se aplica tanto a las ondas marinas en las zonas medianamente cercanas a la costa (middle shore) y alejadas de ella (off-shore) como a la extinción de la onda en la franja costera (on-shore).Este documento describe las principales características del desarrollo de un dispositivo electromecánico creado por los autores para transformar la energía undimotriz en energía eléctrica. El diseño básico consta de un cuerpo donde se aloja el sistema electromecánico unido a un par de brazos de palanca que tienen una boya adosada cada uno en su extremo. La boya captura la energía del movimiento de las ondas marinas que se transmite por medio del brazo de la palanca al sistema electromecánico donde se genera la corriente eléctrica.
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Aprovechamiento de la energía undimotriz
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Generating electricity using ocean waves , a renewable source of energy
En 2007, la Hong Kong Electric Company HEC (Hong Kong, República Popular China) inauguró un fondo de energía verde para la promoción y aplicación de la energía renovable, asignándose una suma de HK 19.000. El resultado final de tal proyecto fue la instalación de una unidad prototipo de demostración en el centro educativo de la Worldwide Fund for Nature (WWF) en Hoi Ha Wan. Parte de este proyecto también incluyó el diseńo y la construcción del equipo adecuado para medir y registrar las condiciones de las olas y los niveles de las mareas en esta localidad. Los prototipos 1 y 2 se produjeron entre octubre de 2006 y marzo de 2007.
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Cuantificación de energía de una planta mareomotriz
Este documento presenta una metodología que permite estimar de manera rápida y sencilla el potencial de energía que puede ser extraído a través de una planta mareomotriz. La evaluación se realiza utilizando un nomograma normalizado que es función del área del embalse versus la capacidad eléctrica instalada, para así obtener el potencial energético en una zona en particular. Los resultados contemplan dos formas de operación, una llamada en flujo y otra en flujo-reflujo, además de dos esquemas de embalse (sencillo y doble embalse). Para la elaboración del nomograma normalizado se utilizaron los resultados numéricos de la simulación de múltiples plantas mareomotrices bajo diferentes escenarios durante un año de operación.Los escenarios fueron establecidos variando la potencia instalada, las condiciones de aprovechamiento en flujo, reflujo o ambos, así como embalse sencillo o doble con información del nivel del mar cada quince minutos. Para validar el modelo se utilizó información de la mareomotriz de La Rance (Francia), que incluye datos sobre la producción, la potencia instalada, las propiedades de las turbinas y niveles de la marea, obteniéndose una muy buena correlación entre los resultados del modelo numérico y los reportados en varios reportes técnicos.
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Blue Energy , electricity production from salinity gradients by reverse electrodialysis
La energía del gradiente de salinidad o energía azul es una fuente de energía renovable reconocida alrededor de la década de los cincuenta del siglo XX. Además del potencial gravitacional, el aflujo (runoff) natural en las áreas costeras tiene asimismo un gran potencial físico-químico. Este último potencial es el resultado del gradiente de salinidad entre el aflujo de agua fresca proveniente de la desembocadura de los ríos y los reservorios receptores de mares y océanos compuestos principalmente de agua salada. Cuando un río desemboca en el océano, se da una mezcla espontánea de agua fresca y salada. Es un proceso natural irreversible del que no se puede obtener trabajo; no obstante, si la mezcla ocurre de forma parcialmente reversible, puede extraerse trabajo de allí.Existen dos técnicas para convertir la energía azul en electricidad: ósmosis de presión retardada (pressure-retarded osmosis) y electrodiálisis inversa (reverse electrodialysis). Esta investigación se enfocó en la última; a partir de una revisión, los autores concluyeron que tiene mejores prospectos para desembocaduras de ríos en cuanto a densidad y recuperación energéticas, comportamiento de las obstrucciones (fouling) y economía de proceso. Hasta el momento de realizar este estudio, las investigaciones se habían concentrado en general en la energía obtenida, sin tener en cuenta la recuperada. Esta tesis tiene en cuenta este último aspecto, siendo la opinión del autor que este es el factor de éxito más crítico. En el documento se reporta un porcentaje de recuperación de 80%. Otro tópico importante a tratar es el comportamiento del sistema en la práctica, es decir, cuando se aplique a aguas con composiciones químicas y actividad biológica distintas. Se examinan diferentes operaciones y diseños relacionados con las bioincrustaciones (biofouling). Con respecto a las operaciones, una inversión periódica del agua de alimentación dificulta de forma significativa la bioincrustación (extendiendo el periodo de operación en un factor de cuatro).
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Empowering blue energy , ionic responses to external fields and the application of this response to power generators based on capacitive double layer expansion
Esta investigación está dividida en tres partes que pueden leerse por separado, aunque contienen varias referencias cruzadas.En la primera parte se explica la teoría funcional de densidad dinámica y se generaliza para espacios de amplia configuración y especies múltiples.En la segunda parte se estudia en detalle la dinámica de los perfiles iónicos; en el capítulo cuatro se construyen las funcionalidades de energía libre para estos. Se utiliza un modelo iónico extendido que incluye los efectos estéricos y la polarizabilidad de los iones, ya que las distribuciones estándar Poisson-Boltzmann proporcionan concentraciones altas de iones cercanas al electrodo para cargas de superficie utilizadas en los experimentos. En los capítulos cinco y seis se derivan y se resuelven las ecuaciones en límites adecuados para los perfiles de equilibrio y dinámicos, respectivamente.En la tercera parte se brinda una mirada más cercana al ciclo usando los resultados de la dinámica de los iones en agua de las partes anteriores. Se profundiza en la termodinámica del sistema (capítulo siete), se muestran cuáles ciclos proporcionan la máxima salida de energía (capítulo ocho) y cómo tal energía debe cosecharse de los experimentos (capítulo nueve). Finalmente, se discute sobre las diferencias entre el modelo teórico y el experimental y se proponen los resultados válidos y no válidos arrojados por esta investigación.
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Empowering blue energy , ionic responses to external fields and the application of this response to power generators based on capacitive double layer expansion
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?Blue energy? from ion adsorption and electrode charging in sea and river water
Se produce una gran cantidad de entropía en lugares donde se da una mezcla de agua fluvial y agua marina, tales como las desembocaduras de los ríos. Tal proceso de mezcla es una enorme fuente potencial de energía sostenible siempre y cuando se aproveche adecuadamente, por ejemplo mediante un proceso cíclico de carga y descarga de electrodos porosos inmersos en agua salada y agua fresca, respectivamente. En este caso, se emplea una función de densidad modificada de energía libre de Poisson-Boltzmann para calcular la adsorción y desorción iónicas sobre y desde los electrodos cargados, desde la cual se deduce el trabajo eléctrico de un ciclo.En esta investigación se proponen ciclos óptimos (más eficientes) para dos baños de sal dados que incluyen dos rutas de carga canónicas y dos rutas de descarga grancanónicas, de forma análoga con el ciclo de Carnot de conversión calor-trabajo a partir de dos baños calientes que suponen dos rutas isotérmicas y dos adiabáticas. Asimismo, se sugiere un ciclo ligeramente modificado que puede aplicarse en casos donde sea limitada la corriente de agua fresca.
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Thermodynamic studies of osmotic flows and their application to energy conversion systems
En esta investigación se dedujo un modelo de transporte para un flujo de solución dentro de una fibra osmótica cilíndrica hueca. Con este modelo, se llevó a cabo una optimización de conversión de energía osmótica. Esto ilustra las posibilidades de la optimización de los módulos de membranas en donde las corrientes se conducen para fluir al interior de cavidades estrechas. Como resultado, se muestra que se pueden detectar varios parámetros importantes de operación óptima de los sistemas de generación de energía osmótica. Asimismo, se señala que puede encontrarse la posición de la velocidad de generación de entropía local mínima en el flujo de una solución dentro de una fibra osmótica hueca.También se estudia un convertidor de energía osmótica que trabaja de manera cíclica. Tal sistema emplearía la ósmosis para incrementar la presión de una solución colocada en un recipiente cerrado. Luego de un tiempo de carga adecuado, se libera parte de la solución presurizada en una turbina y comienza de nuevo la presurización del recipiente.Se analizan las capas límites de concentración interna y externa que aparecen en el fenómeno osmótico. Dicho análisis incluye suplementos a la solución de flujo laminar entre una pared permeable y otra impermeable. Con base en este análisis y en los experimentos, se sugirieron dos alternativas no lineales a las ecuaciones tradicionales de transporte lineal para flujo osmótico de agua. Asimismo, se consideró cuestionable la opinión común que la acumulación de la concentración al interior de la estructura de soporte (la llamada polarización interna) de una membrana asimétrica es la razón principal para el comportamiento no lineal que se encuentra de modo frecuente en los experimentos de flujo osmótico.
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Sistemas de almacenamiento de energía y su aplicación en energías renovables
Hoy en día la generación de energía mediante recursos renovables está siendo ampliamente investigada debido a que se considera una forma limpia de generación. Sin embargo, su naturaleza variable, intermitente e impredecible ocasiona que no se garantice la generación constante de energía, lo cual lleva a considerar que no son despachables. Los sistemas de almacenamiento de energía se presentan como respuesta a las fluctuaciones de potencia. Su implementación y selección se realiza teniendo en cuenta aspectos técnicos y económicos. Este trabajo presenta los dispositivos de almacenamiento de energía más comunes para mitigar los problemas de las fluctuaciones de potencia.
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Prospects for large-scale energy storage in decarbonised power grids
Este documento se enfoca en el papel potencial de los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala en los sistemas energéticos del futuro. El punto de partida y la base para las simulaciones es el documento llamado Energy Technology Perspectives (IEA, 2008). De acuerdo con lo planteado allí, el uso creciente de energía alternativas y nuclear puede jugar un rol importante en la disminución dramática de emisiones de dióxido de carbono en el sector energético. Las energías solar y eólica proporcionarán 11% y 12% de la generación global de electricidad para 2050.El documento se concentra en la estabilidad de la frecuencia. El balance constante entre demanda y oferta es esencial para lograr esto. El principal objetivo es investigar el crecimiento de almacenamiento y la capacidad total global de almacenamiento necesaria entre 2010 y 2050 para ayudar al balance de los sistemas energéticos con gran cantidad de energías renovables variables, las cuales están asociadas a variaciones de producción relacionadas con el clima. Dichas variaciones de producción pueden ser de corto plazo (escalas de segundos o varios minutos) o de largo plazo (varias horas). Como el cambio de frecuencia depende de las variaciones de corto plazo, este informe se enfoca en estas.
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The role of energy storage with renewable electricity generation
Para determinar el rol potencial del almacenamiento en las redes energéticas del futuro, es importante examinar los impactos económicos y técnicos de las fuentes energéticas renovables variables. Asimismo, es pertinente estudiar aspectos económicos de las tecnologías potencialmente competentes, tales como la respuesta a la demanda, la transmisión, la generación flexible y las prácticas operativas mejoradas. Adicionalmente, mientras existen beneficios evidentes del uso del almacenamiento energético para permitir una mayor penetración de las energías solar y eólica, es necesario considerar el papel potencial de tal almacenamiento en relación con las necesidades del sistema de energía eléctrica como un todo.En este documento se explora el papel del almacenamiento energético en la red eléctrica, especialmente en lo concerniente a los efectos del despliegue a gran escala de la fuentes renovables variables (principalmente solar y eólica). Comienza con el análisis de la red existente y el papel actual del almacenamiento en la satisfacción de demanda variable de electricidad, así como la necesidad de reservas operativas para lograr un servicio confiable. Asimismo, se discute el impacto de las fuentes renovables variables sobre la red, incluyendo la variedad de técnicas y tecnologías necesarias para lograr todo su potencial.
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