Maestría en Energías Renovables
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Estudio para el uso de hidrógeno verde en un sistema ferroviario en Colombia(2023-09-29) Tautiva Mancera, Andres Eduardo; Diazgranados Berenguer, Luis MiguelEl proyecto “Estudio para el uso de Hidrógeno Verde en un sistema Ferroviario en Colombia” abordará principalmente dos problemáticas, las cuales son: i) la falta de competitividad en la cadena logística del transporte y ii) la lucha contra el cambio climático. En ese sentido, se desarrolló un estudio a nivel de prefactibilidad, el cual analizó la competitividad del transporte Férreo de carga propulsado con Hidrógeno a partir de Fuentes No Convencionales de Energía Renovable – FNCER, dentro de un espectro de posibilidades que abarca la propulsión con combustible Diesel (el cual será nuestra línea base o caso Business as usual) y electrificación mediante catenaria. Para desarrollar este estudio, se propuso implementar una metodología de valoración multicriterio, en donde se seleccionaron diversos parámetros económicos, ambientales, tecnológicos y de mercado, los cuales evaluaron la factibilidad de cada una de las alternativas planteadas, obteniendo como resultado una sensibilidad de alto nivel para examinar la viabilidad de implementar un recambio tecnológico que contribuya a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero, sin sacrificar parámetros de competitividad. - ÍtemAcceso AbiertoAnálisis técnico económico para la electrificación de una flota de transporte público en la ciudad de Bogotá mediante celdas de combustible(2023-08-29) Meneses Zambrano, Cesar Julian; Rojas Ramos, Rafael Hernan; Jaimes Lizarazo, Cristian Leonardo; Parra Raffán, Luis Carlos; Gómez Galindo, María FernandaEl documento presenta el desarrollo de un análisis técnico económico para la implementación de buses de celda de combustible “Fuell Cell Electric Buses” (FCEB) por sus siglas en ingles aplicada en un caso de estudio en la ciudad de Bogotá como reemplazo de una flota de buses trocales de Transmilenio escogida. Uno de los resultados de este proyecto de grado fue la realización de una herramienta de cálculo para la estimación del valor de cada uno de los componentes de la cadena de valor de energía, que en este caso fueron el LCEO, LCOH y el TCO, obteniendo como resultado del estudio de viabilidad técnico-económica para la implementación de todos los componentes que conforman esta cadena. Como primera instancia se presenta el estado del arte de los argumentos generales a tratar en cada una de las etapas, con la finalidad de presentar y describir los sistemas de generación de hidrógeno verde, el cuál es generado a partir de la electrólisis mediante el uso de una fuente de energía renovable (sistema fotovoltaico), que garantiza la mitigación en la generación de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) al medio ambiente. Adicional se describe el funcionamiento de los FCEB en donde el funcionamiento del bus se presenta a partir de la conversión electroquímica del hidrógeno en electricidad, la cual se utiliza para alimentar el motor eléctrico del vehiculo. De acuerdo con lo anterior, se define el sistema fotovoltaico de acuerdo con el requerimiento en la demanda de energía eléctrica para el proceso de generación de hidrógeno mediante el sistema de electrólisis, servicios auxiliares y sistema de carga en tanques para el traslado hacia la hidrolinera, también conocido como “Hydrogen Recharge Station” HRS por sus siglas en ingles. Una vez se haya generado y almacenado el H2, este será transportado en camiones hasta la HRS en la cual se abastecerán los buses determinados con celda de combustible para la operación de las rutas escogidas, realizando el recambio de los tanques en la HRS de acuerdo con la logística definida para el almacenamiento de H2 en esta. Con base en el Plan de Acción Climática (PAC) 2020-2050, el cual presenta una ambiciosa hoja de ruta para los próximos 30 años con el objetivo de cumplir metas de mitigación y adaptación al cambio climático en la ciudad de Bogotá, este plan busca reducir las emisiones de GEI en un 15% para 2024 y hasta un 50% para 2030, lograr la neutralidad de carbono en 2050 y aumentar la resiliencia frente a cambios climáticos presentes y futuros. El PAC incluye 30 desafíos que involucran al sector público, empresas y ciudadanos para transformar la ciudad hacia un modelo más sostenible y contribuir a los objetivos globales del Acuerdo de París de 2015, que busca limitar el aumento de la temperatura global por debajo de 2°C con respecto a los niveles preindustriales.
- ÍtemAcceso AbiertoModelado de un sistema piloto de generación de hidrógeno verde mediante electrólisis de aguas residuales, utilizando energía solar fotovoltaica para el aprovechamiento de recursos hidricos en campos petroleros(2023-08-25) Rozo Cañón, Juan Carlos; Ruíz Rincón, Hayder Ramiro; Celeita Rodríguez, David FelipeLa búsqueda de energías alternas para la descarbonización global se caracteriza por tener variados frentes de acción. En este proyecto específico, presenta una fuerte carga y motivación de carácter ambiental que busca atacar el problema desde dos perspectivas: primera, la reutilización de desechos industriales, más específicamente aguas residuales de producción de campos petroleros, y segunda, la búsqueda de la obtención del hidrógeno verde como vector energético que actualmente no se capta de forma convencional. Este proyecto tiene como objetivo modelar por medio de un software (Matlab®), un sistema de producción de hidrógeno verde aplicando electrolisis al agua de producción de campos petroleros que se disponen en el entorno aledaño a la ubicación de estos o que se son recirculados para pozos de inyección, recurso actualmente desaprovechado, con la finalidad de plantear su prefactibilidad técnica y económica, para posteriormente utilizarlo como una herramienta base de redimensionamiento del proceso en diferentes proyectos que cuenten con aguas residuales como subproducto de sus operaciones, metodología que aplica varias etapas de profundización relatadas con detalle pasando por la selección del modelo apropiado, como de la instrumentación relacionada con el proyecto, hasta llegar a un análisis de sensibilidad que permitirá la selección final de un electrolizador con condiciones aproximadas a aquellas teóricas arrojadas por el modelo. Los sistemas que conforman el modelado inician desde la entrada de agua residual de la planta de tratamiento de aguas del campo, hasta la salida de la producción de hidrógeno verde, lo que constituye el sistema denominado “electrolizador”, el sistema fotovoltaico de generación de la electricidad, la planta de tratamiento de aguas residuales, los sistemas de almacenamiento y transporte del hidrógeno verde quedan propuestos para futuras fases del proyecto. La viabilidad económica del proyecto comprende la producción rentable de hidrógeno verde a partir de recursos antes desaprovechados, y de los que se dispone ampliamente en diferentes industrias compatibles con el modelo. El proyecto arroja interesantes resultados que demuestran la capacidad teórica de producción de hidrógeno del modelo, las cuales están por compararse con casos reales para verificar la proximidad de las variables mecánicas y ambientales aplicadas dentro del modelo matemático y su incidencia real en la producción del recurso, arrojando viabilidades económicas dependiendo de la selección de varios equipos disponibles en el mercado los cuales fueron analizados dentro del proyecto. Finalmente, este hidrógeno producido se pretende utilizar como sistema de generación en combinación con gas natural en los campos de producción, buscando un sistema de autogeneración que facilite el proceso de extracción de hidrocarburo de forma “verde” y sin la dependencia de combustibles externos y que impactan en la huella de carbono.
- ÍtemAcceso AbiertoEstudio de viabilidad técnica para la implementación de un sistema de almacenamiento térmico en un centro poblado de las zonas no interconectadas de la Región Caribe(2023-08-29) Pinzón Agredo, Genny Carolina; González Gómez, John Harvey; Pérez Gordillo, Andrés MauricioLos centros poblados de la región Caribe colombiana en su mayoría hacen parte de las Zonas No Interconectadas (ZNI) del país, es decir, no cuentan con conexión a la red de distribución eléctrica, por lo que no se tiene acceso continuo a la electricidad e incluso en muchos lugares no se cuenta con este servicio. Una de las soluciones a este problema es la puesta en marcha de proyectos de generación eléctrica a partir del uso de fuentes renovables no convencionales como el sol o el viento, aprovechando el potencial que tiene la región de estos recursos, sin embargo, existe una limitante en cuanto al tiempo de disponibilidad de la generación de energía eléctrica, por lo que es necesario para garantizar un suministro continuo de electricidad la incorporación de un sistema de almacenamiento. A través de este proyecto se busca analizar la viabilidad técnica de la implementación de un sistema de almacenamiento térmico de energía (TES) que garantice a los usuarios del centro poblado Nazareth el acceso continuo a la electricidad. Para el desarrollo de este análisis es necesario (i) definir la demanda de energía de la zona, (ii) identificar los tipos de TES con sus principales parámetros de operación, los avances que se tiene a nivel mundial de esta tecnología de almacenamiento a mediana y pequeña escala, (iii) seleccionar la mejor opción a ser usada en el sistema de generación de electricidad en este centro poblado, (iv) a partir de estas definiciones realizar el dimensionamiento del sistema de almacenamiento térmico
- ÍtemAcceso AbiertoModelo para la evaluación de la implementación de micromovilidad eléctrica en la ciudad de Bogotá, Colombia(2023-07-31) Florez Rojas, Johann; Becerra Fernández, MauricioLa ciudad de Bogotá presenta su sistema de movilidad compuesto por diferentes tipos de transporte para usuarios. Estos desplazamientos de usuarios se suministran mediante sistemas de transporte masivo o sistemas de transporte individual. La matriz de vehículos de transporte masivo está compuesta por más de 11 mil buses [Sistema Integrado de Transporte Público (SITP), 2022] lo que permite la movilidad masiva de usuarios y un componente de motos, taxis y vehículos particulares, participando en el desplazamiento de los usuarios de forma individual o compartida en menor escala. Este inventario de vehículos masivos e individuales generan emisiones producto del proceso de combustión y emiten toneladas de material particulado y monóxido de carbono en la ciudad de Bogotá. Esta matriz que desplaza los diferentes usuarios de la ciudad de Bogotá podría ser complementada con micromovilidad eléctrica unipersonal donde, este cambio de tecnología de movilidad permita a los usuarios que se desplazan en movilidad individual tradicional (motos y vehículos particulares), tener otra alternativa de desplazamiento que como beneficio a obtener sea la mitigación de las emisiones de material particulado y monóxido de carbono emitido en la ciudad de Bogotá. Además, promover el uso de sistemas de carga con sistemas fotovoltaicos que busquen una movilidad sostenible en la ciudad de Bogotá. La implementación de la micromovilidad eléctrica unipersonal en la matriz de movilidad de la ciudad de Bogotá se realiza mediante la aplicación de la metodología de dinámica de sistemas, donde se utilizaron caracterización de los diferentes inventarios de vehículos particulares, motos, emisiones de material particulado y monóxido de carbono para modelar el comportamiento de los mismos y contratarlos con los parámetros históricos registrados por las diferentes entidades que gestionan estos indicadores. El resultado del modelo presentado con dinámica de sistemas, permite analizar diferentes escenarios de comportamiento de usuarios transportados en micromovilidad eléctrica unipersonal, los resultados de las emisiones producto de los vehículos convencionales (motos y vehículos particulares), residuales circundantes en la movilidad de Bogotá, el inventario de vehículos que continúan formando parte del sistema de movilidad y la necesidad de sistemas de carga con sistemas fotovoltaicos. En el capítulo 1, se mencionan los objetivos del presente documento donde se orientan al resultado de la evaluación de implementación de micromovilidad eléctrica unipersonal en la ciudad de Bogotá. En el capítulo 2, se observa la problemática y justificación del proyecto donde se mencionan los inventarios de flota de transporte de Bogotá, población, costos de diferentes energéticos que permiten la operación de los vehículos entre otros factores que intervienen en la movilidad de la ciudad de Bogotá. En el capítulo 3, se presenta el marco teórico y estado del arte donde se contemplan la estructuración de los sistemas de mallas viales y diversidad de actores en un sistema de movilidad urbana. Por otro lado, se presentan las lecturas de documentos que permiten identificar la evolución y aportes de la micromovilidad eléctrica unipersonal a nivel internacional. En el capítulo 4, se presentan los resultados de las simulaciones de escenarios cuando la micromovilidad eléctrica unipersonal toma un papel relevante en la matriz de movilidad de la ciudad de Bogotá y finalmente, el capítulo 5, permite observar los resultados y conclusiones a las cuales se llega basado en el modelo de dinámica de sistemas implementado.
