Research projects

 

   

 

PROYECTO COFINANCIADO POR EL FONDO EUROPEO DE DESARROLLO REGIONAL

· Palabras clave: Energias renovables, Control, Optimización, Almacenamiento en Baterias, H2 Verde, Movilidad Sostenible

Resumen:

NET-MULTIGENERA es un proyecto para el diseño, control y optimización de una arquitectura multigeneración cero emisiones basada en energías renovables y H2 verde. Si bien el objetivo de NET-MULTIGENERA es desarrollar una solución general de arquitectura distribuida para la multigeneración de energía renovable, el proyecto, como demostrador científico-tecnológico, pretende desarrollar una planta piloto que pueda soportar las máximas necesidades de potencia (demandas y restricciones). Por este motivo, se ha elegido como caso de estudio un hospital por ser probablemente la arquitectura energética distribuida más compleja, en el sentido de que sus restricciones y el número de cargas críticas que contiene son las que plantean mayores exigencias de diseño y soluciones tecnológicas. En concreto, se eligió como modelo el Hospital Universitario Juan Ramón Jiménez de Huelva. En el contexto del proyecto coordinado, este subproyecto plantea el desarrollo de tareas críticas, como son:

SO4. Modelado teórico de la planta piloto y desarrollo de un simulador basado en la misma. Se desarrollarán modelos matemáticos basados en el análisis físico-químico, mecánico y eléctrico de la planta piloto. Dichos modelos son cruciales para el correcto dimensionado de detalle de la planta. Los modelos basados en primeros principios, tanto termodinámicos como eléctricos, servirán de base para el desarrollo de los lazos de control de bajo y medio nivel de la planta.

SO5. El problema de control de la planta piloto se aborda como un problema de control jerárquico multinivel, donde el nivel más bajo consta de controladores locales de los lazos más simples. Equipos más complejos, regidos en su dinámica por comportamientos no lineales requieren paradigmas de control específicamente diseñados para afrontar este tipo de problemas. En nuestro caso se propone el MPC no lineal (NMPC). Se afrontarán los problemas NMPC de diferentes formas (a investigar en el proyecto), entre otras: SQP (Programación Cuadrática Secuencial), combinación lineal de soluciones lineales, modelos lineales dinámicos junto con modelos estáticos. En la cima de la jerarquía se plantea el EMS, el sistema de control responsable de monitorear, controlar y optimizar el desempeño de la planta piloto en su conjunto. Se ensayarán estrategias de optimización multiobjetivo (MOO) así como técnicas de optimización basadas en datos. Partiendo de los sistemas de microcogeneración basados en pilas de combustible PEM y microrredes de energías renovables, se propondrá un enfoque de control tecnoeconómico que incluya la dinámica de los sistemas de acumulación de energía, tanto térmica como eléctrica, así como los balances energéticos de la planta, las limitaciones de funcionamiento de la pila de combustible y de las turbinas, etc.

SO10. Se ensayarán modelos adaptativos paramétricos y de control robusto para implementar los diferentes niveles de control, así como algoritmos intensivos en datos, una vez estos estén disponibles en las pruebas de operación de la planta. Finalmente, se procederá a la implementación del EMS y desarrollando algoritmos de optimización en múltiples escalas de tiempo que permiten acelerar el cómputo de las soluciones.

   

PROYECTO COFINANCIADO POR EL FONDO EUROPEO DE DESARROLLO REGIONAL

· Palabras clave: Energías renovables, Control, Optimización, Almacenamiento en Baterias, H2 Verde, Movilidad Sostenible

Resumen:

El principal objetivo de este proyecto es desarrollar un nuevo Hub de Energía Verde (GEH) para lograr más flexibilidad y un mayor nivel autosuficiencia en comunidades energéticas locales basadas en un sistema híbrido de almacenamiento compuesto por H2 verde, baterías y supercondensadores. Durante el proyecto, se construirá un demostrador de almacenamiento híbrido, logrando un TRL 6 al final de su período de ejecución, por lo que la tecnología será validada en un entorno relevante, en este caso, conectado a una comunidad de energía real de la Universidad de Sevilla, incluida la planta fotovoltaica.

La propuesta tiene como objetivos específicos:

1) Diseño y construcción de un nuevo sistema de almacenamiento basado en baterías, supercondensadores y H2 verde para dotar de flexibilidad a la red eléctrica en comunidades energéticas locales conectadas a la red eléctrica o aisladas.

2) Se diseñarán y desarrollarán nuevos convertidores de electrónica de potencia basados en semiconductores de alto Ancho de Banda para la conexión de equipos del GEH.

3) Para aumentar la versatilidad del enfoque propuesto, los generadores o cargas de la microrred externa podrían conectarse al GEH en DC o AC. El GEH incorporará un sistema de control que permitirá su actuación en microredes conectadas o aisladas, permitiendo el cambio automático entre ambos modos de operación.

4) El GEH incluirá una estrategia de control de energía de formación de red para proporcionar inercia virtual, fuerza del sistema y otros servicios. Esta tecnología puede eliminar el riesgo de la interconexión de plantas de energía renovable, desbloquear nuevas fuentes de ingresos y apoyar la transición más amplia de energía limpia.

5) Además, el GEH suministrará H2 verde directamente para ser utilizado en aplicaciones de movilidad sostenible y de calefacción urbana verde.

6) Asimismo, en esta propuesta se propone un sistema de trazabilidad de los intercambios de energía entre el GEH y el resto de los sistemas energéticos de la microrred (generadores, cargas y sistemas de almacenamiento) basado en tecnología Blockchain.

Un elemento clave a destacar es que el GEH se construirá como un contenedor llave en mano, modular y paralelizable, solución que se puede ampliar y personalizar para comunidades energéticas (EC) de diferentes tamaños. Diseñar una solución que encaje en contenedores estándar tiene ventajas relevantes: (i) El sistema se puede dividir en módulos cuya construcción se puede estandarizar. (ii) También se facilita el transporte y el despliegue, lo que reduce los costos. (iii) La seguridad de operación es también una preocupación general en los sistemas H2. Una solución en contenedores puede incorporar todas las medidas de seguridad requeridas en un módulo unificado con componentes listos para usar, lo que facilita los protocolos de certificación.

   

PROYECTO COFINANCIADO POR EL FONDO EUROPEO DE DESARROLLO REGIONAL

· Palabras clave: Modelado, Estimación y Control de Sistemas Solares, Optimización, Almacenamiento en Baterias.

Resumen:

Este proyecto propone un enfoque holístico para el diseño, implementación y explotación de las conocidas como estaciones de carga rápida y ultrarápida (UFCS) para vehículos eléctricos. Las UFCSs pueden demandar una cantidad significativa de energía de la red, provocando picos de tensión/corriente perjudiciales e impredecibles. El diseño propuesto en este proyecto pretende aliviar el impacto en la red de estas instalaciones, a la vez que se minimizan los costos de explotación a largo plazo y el impacto ambiental. Para ayudar a mejorar la huella medioambiental, se ha considerado el uso de energía solar fotovoltaica (PV) y almacenamiento de energía basado en baterí­as (BESS).

El proyecto toma un enfoque integral que abarca desde el diseño de la electrónica de potencia a nivel del inversor, pasando por el diseño, dimensionando y despliegue del campo fotovoltaico, el BESS y lógica de gestión de energí­a, hasta el nivel de toma de decisiones estratégicas de la estación. El subproyecto 2 (CONSOLVE) contribuirá a este objetivo proporcionando las herramientas para analizar dos cuestiones principales: el dimensionado de la infraestructura y la gestión integral de los flujos de potencia.

Tanto el sistema fotovoltaico como el BESS son componentes costosos, y un correcto dimensionamiento armonizado de ambos es fundamental para una explotación exitosa a largo plazo. CONSOLVE propone adoptar un enfoque ambicioso considerando un modelo dinámico de todo el ciclo de actividad y explotación de la instalación. El enfoque de diseño modular propuesto en este proyecto a todos los niveles nos permite abordar este problema de forma dinámica, con un diseño ajustable en tamaño y capacidades a medida que la planta opera a lo largo de los años. Un segundo objetivo de CONSOLVE es diseñar una estrategia óptima de gestión de los flujos de potencia de la instalación, sensible a los costes de explotación, la satisfacción de la demanda y mínimo impacto en la red. El problema abarca cuestiones complejas que deben abordarse, como el diseño de la política Óptima de carga/descarga del BESS, la naturaleza impredecible, tanto de la energí­a fotovoltaica como de los perfiles de demanda de los usuarios, y la interacción de todos estos elementos con la red.

La naturaleza multiobjetivo del problema de optimización adopta una estructura jerárquica que opera en diferentes escalas de tiempo, desde decisiones de fracción de segundo para hacer frente a sobretensiones de la red, pasando por decisiones de gestión energética operando en la escala de horas, a decisiones de nivel estratégico en el rango de semanas a meses. El modelado preciso de este problema da lugar a una descripción matemática no lineal de alto orden con restricciones estrictas, para el cual se requieren herramientas de optimización avanzada. En este sentido se propone el uso de algoritmos de optimización inteligente, entre otros, algunos enfoques recientes de Particle Swarm optimization y sistemas multiagente. Además, CONSOLVE propone emplear un control tolerante a fallos de última generación (FTC) para mejorar la confiabilidad y disponibilidad del sistema, permitiendo que el sistema detecte fallas de operación de manera autónoma y tome acciones para recuperar la mayor funcionalidad posible. Los algoritmos de control desarrollados se probarán mediante simulación y experimentalmente en un demostrador UFCS que se construirá como parte del proyecto.

 

   

 

PROYECTO COFINANCIADO POR EL FONDO EUROPEO DE DESARROLLO REGIONAL

· Palabras clave: Modelado, Estimación y Control de Sistemas Solares, Optimización, Almacenamiento en Baterias.

Resumen:

Esta propuesta se centra en la mejora de la eficiencia energética en la producción de frío para sistemas de refrigeración y aire acondicionado de grandes instalaciones. En concreto, se abordará la optimización energética para satisfacer la demanda de agua fría para abastecer a las dependencias de la instalación. Para la generación de frío, en este proyecto se propone estudiar la viabilidad de la producción híbrida utilizando instalaciones de frío solar, basadas en máquinas de absorción, e instalaciones convencionales de máquinas de refrigeración por compresión de vapor. Ambas instalaciones se conectarán por el circuito secundario de las mismas. Las instalaciones de producción de frío solar son sistemas cuya principal ventaja es que la fuente fundamental de energía es el Sol. Sin embargo, la utilización de estos sistemas no ha proliferado, entre otros motivos, debido a que tienen un rendimiento relativamente bajo (COP del orden de 0.7), necesitan de grandes superficies para la captación de energía solar, y que la radiación solar no es una fuente de energía manipulable. Esto provoca que normalmente estén sobredimensionadas, con el consecuente aumento de costes, y que incluyan además sistemas de aportación extra de energía, como quemadores auxiliares, para el caso en que no se disponga de radiación solar suficiente. Por otra parte, las instalaciones convencionales de máquinas de refrigeración por compresión de vapor son sistemas con mayor rendimiento (COP superiores a 2.5), y ocupan menor espacio. Sin embargo, su fuente de energía primaria es la electricidad, normalmente proveniente de materiales fósiles, con la consecuente huella ecológica. Con este proyecto se pretende avanzar en el uso de las fuentes renovables de energía, proponiendo estudiar la gestión y diseño conjunto de los dos tipos de sistemas generadores de frío mencionados anteriormente. Para la ejecución de proyecto se proponen una serie de objetivos específicos, que podrían resumirse en los dos siguientes:

– Gestión eficiente de un sistema híbrido de producción de frío para satisfacer la demanda de agua fría de una instalación. Se propone modelar, simular, controlar y desarrollar algoritmos de optimización MINLP de la gestión del sistema completo. Para ello, se utilizarán datos como capacidades frigoríficas, modos de operación y rendimientos parciales de cada subsistema, siempre teniendo en cuenta la restricción de que la demanda de energía frigorífica debe ser satisfecha.

– Una vez conocido cómo operar el sistema global de manera eficiente, se propone como segundo objetivo principal el estudio del diseño óptimo de una instalación conjunta. Para ello, se partirá de los requisitos de funcionamiento (potencia total instalada, predicciones de carga, predicciones de radiación, etc.), de los costes económicos de la instalación de los equipos (costes de inversión y de mantenimiento), además de atender a restricciones de espacio para la instalación de sistemas de captación de energía solar.

Por tanto, como objetivo último se trata de proporcionar una herramienta de optimización que proporcione la configuración y dimensionamiento óptimos del sistema conjunto, atendiendo a las restricciones de espacio disponible. Tras realizar un estudio bibliográfico, se considera que la propuesta es novedosa, ya que si bien en la literatura hay números artículos que abordan la gestión de ambos sistemas por separado, no se han encontrado publicaciones sobre la hibridación de los mismos.

 

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

This project aims to study the control problem of gyro-stabilized platforms, and provide concrete solutions for its implementation. The work team is made up of specialists in automatic control, mathematicians and specialists in mechanics. The former are in charge of proposing the control laws that will be applied, while the latter analyze the corresponding behaviors and the third parties advise on aspects of their specialty.

Platform control is a complex problem, especially due to the presence of friction and backlash effects in the gears that make it extremely difficult to achieve high levels of precision in platform positioning.

To solve the problem, the most modern techniques available are applied (Hamiltonian systems, LuGre model for friction, clearance models, etc.).
These techniques will be tested on a pedestal manufactured by the FABA company (see photo), to which gyroscopes and a mobile base will be incorporated to produce disturbances.

This project is a continuation of previous work carried out by the research teams integrated into the project, in collaboration with the company that acts as EPO for the project.

This project aims to provide concrete solutions to control robots. To do this, robust control techniques will be applied to the direct control of the different joints.

The results are being applied to the control of an industrial robot (RM10), and will be compared with the conventional control currently available. This with the aim of developing high-performance, faster and more precise robots in different work situations.

Controllers based on the robot dynamic feedback linearization technique are being developed, as well as others based on global non-linear control. The uncertainties will be taken into account in the robust linear controller located in the outer loop.
Work is being done on the development of controllers based on the LTR, H_2 and H_\infty methodologies, as well as on combined LTR-H_\infty approaches.
In all developments, the effects produced by non-linearities will be taken into account, bearing in mind the multivariable nature of the robot system in question.

For the execution of this project, the industrial controller of the RM10 robot (see photo) has been replaced by a system based on a dSpace firm card from where all the parts of the controller are being made.

The two-phase pomace or «alpeorujo» that is generated in current oil mills and which must be processed in pomace oil extractors presents very different drying problems than the traditional three-phase pomace. This has caused serious operational problems (blockages, fires, low thermal efficiency) and is forcing extractors to modify their drying systems on the fly. The high degree of humidity of the two-phase pomace (>65%) determines that the energy optimization of the drying process is a key aspect of it.

In this context, the two main objectives of the project are the identification of design and operation standards for rotary dryers for two-phase pomace and the development of an automatic system that optimally controls the drying process. The application of the project is guaranteed, since it responds to a real and urgent need of this industrial sector of great importance in Andalusia.

In our laboratories at the Escuela Superior de Ingenieros we have a drying facility (see photo), with a distributed control system that allows comprehensive control and monitoring of the dryer.

The objective to be achieved in this project is to facilitate the market penetration of central receiver solar thermal systems. This general objective is structured into the following specific objectives:

  • Significantly improve the overall profitability of central receiver solar thermal systems, by reducing the cost of their components, especially those that have a greater weight in the total cost of the plant (heliostat field, receiver), and simplifying the O+M associated.
  • Improve both the integration of central receiver systems in hybrid plants, through the development of advanced components that allow more efficient integration schemes to be addressed, as well as their suitability for use in high-performance pure solar plants.
  • Facilitate the development and consolidation of an industry of its own, through the transfer of technology, the preparation of appropriate market studies and the definition of actions aimed at eliminating non-technological barriers that hinder the penetration of this technology.

In relation to the heliostat, the objective to be achieved in this project is the development of heliostats with its own technology and moderate cost, with a significant reduction (around 40% of the cost per m2), a light and modular structure that is easy to transport, with integrated control system that could support a wireless communication system, and with easy installation and edging. The project includes the design, construction and testing of various prototypes at the facilities of the Plataforma Solar de Almería.

Regarding the receiver, the development of an advanced volumetric receiver is sought, as an essential element of centralization and radiative/convective transfer of the energy captured by the heliostat field. This development is structured according to the following criteria: High-flow receiver (2 MW/m2), with a more compact design, operating at higher temperatures (1,000 ºC), with a ceramic matrix, regulation system that will automatically adjust the air recirculation values ​​and local incident solar radiation flux values, and also with a modular cold air return system optimized for the specifics of the new high-flow receiver design, and integrated into the thermodynamic cycle to be used. The project contemplates the development of a prototype with a power of around 500 kWt that would be tested in the existing test-bed at the Plataforma Solar de Almería.

The project is completed with a conceptual design of a typical plant and a technical and economic feasibility analysis, as well as a technology commercialization study. The project is formed as an Integrated Project with the participation of two Research Centers (IAER and CIEMAT-PSA), a company (INABENSA) and the University of Seville, all of them through centers located in the Autonomous Community of Andalusia.

The objective of this project is to design and implement a controller for the stabilization of a pedestal on the deck of a ship, as well as the integration of the complete system within a monitoring subsystem. Robust, non-linear control techniques are being applied to control the two pedestal motors. Simulators for the mechanical part and the closed-loop system are also being carried out to be integrated into a local network of simulators for ground tests.

One of the clearest applications of solar energy is for the production of cold for the obvious reason that when cold is most needed is when there is more incident solar radiation and, therefore, it is hotter.

In Andalusia this situation is very evident and for this reason there are university groups that have been interested in this matter for some time. Specifically, one of the procedures to achieve the desired cold from solar energy is through absorption machines that, as is known, produce cold by consuming heat in their generator. This heat can be provided in many different ways and one of them is from solar radiation in its thermal option.

Previous studies led to knowledge of the situation and the great potential of these systems became clear. There was also knowledge of the favorable repercussions for the environment of using this cold system since the solar (or residual) energy used to produce cold is less conventional energy that must be produced with the consequent savings in environmental impact. .

The Andalusian Institutes of Automation and Robotics and Renewable Energies obtained funds for the acquisition and assembly, on the roof of the Workshops and Laboratories buildings of the Higher School of Engineers, of a complete installation of cold production by absorption with solar energy and supported by a natural gas boiler. The installation has been designed and built in such a way that it allows the testing of the supply and consumption subsystems jointly and separately in a context of automation and control, which is what can allow the optimization of the whole.

The objective of this project is to design and implement a controller for a pedestal that will act as a sun tracker. Said pedestal will carry high-concentration solar panels that need greater accuracy in tracking the sun than conventional photovoltaic panels. For this, the problem will be addressed by developing a precision solar tracking strategy adjusted to the angular opening of the system and its subsequent implementation on the real system. In addition, energy saving considerations must be taken into account. The developed strategy will be validated by simulation and field tests on a monitoring pedestal available in the laboratories of the Institute of Automation and Robotics. This project is financed by the company INSPIRA.

The purpose of this work is the realization of an automatic sealing system for section 18 of the A320 nacelle, using an ASEA IRB-2000 six-degree-of-freedom manipulator robot from the company EADS. This operation is carried out once the nacelle assembly has been completed, and consists of applying a paste-like sealant to the joints between the different components of the nacelle structure (stringers, clips and frames) to protect said joints against to corrosion. The function of the sealant is to prevent the entry of liquids into these joints. The idea is to have a supervision station from where, in a comfortable way, the gondola is defined with the help of a program. In this way, the system will store all the positions and sealing tasks of the basket and later the robot will carry out the operation in real time. For the operator, no operation will have to be carried out on the robot, since it will receive the orders directly from said supervision station. This project is financed by the company EADS-CASA.

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Contenido del acordeón

Technology transfer

Contenido del acordeón
Contenido del acordeón
Contenido del acordeón
Contenido del acordeón