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Desafíos de Innovación 2021

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¿Cómo generar energía descentralizada para autoconsumo, a partir de recursos renovables, mediante una solución tecnológica de diseño, desarrollo y fabricación local?


Dirigido a: Empresa Participante, Centro de Desarrollo Tecnológico y/o productivo, Alianza Interinstitucional, Instituciones de Educación Superior con sus Grupos y/o Centros de Investigación.
Premios disponibles: $ 45,000,000
Fecha apertura: 16 de abril de 2021
Fecha cierre: 13 de agosto de 2021
Resultados preliminares: 20 de agosto de 2021
Resultados definitivos: 30 de septiembre de 2021
Caracterización Desafío 2 Adenda N1 - Desafío 2 Términos de Referencia Desafío 2 Versión 2
Requisitos según participante
Empresa Participante Centro de Desarrollo Tecnológico y/o productivo Alianza Interinstitucional Instituciones de Educación Superior con sus Grupos y/o Centros de Investigación

Antecedentes

Los diversos acontecimientos a nivel mundial, tales como el calentamiento global, la contaminación, escasez de recursos no renovables, la gran demanda energética, o simplemente aquellos lugares que no poseen suministro de energía para consumo, ya sea por razones geográficas o por elevados costos de instalación, motivan a miles de personas y entidades por la búsqueda de alternativas energéticas limpias y eficientes.


La Ley 1715 de 2014 tiene por objeto promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales de energía, principalmente aquellas de carácter renovable, en el sistema energético nacional, mediante su integración al mercado eléctrico, su participación en las zonas no interconectadas y en otros usos energéticos como medio necesario para el desarrollo económico sostenible, la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y la seguridad del abastecimiento energético. [1]


Hoy en día se preveé una reducción gradual de la demanda de combustibles (gasolina, diésel, jet y combustóleos) con el avance de transición energética, que implica el uso cada vez mas amplio de energías más limpias y de origen renovable (viento, agua, sol, biomasa, biogas, etc) en lugar de las basadas en materias primas de origen fósil (carbón, petróleo y gas).


Las fuentes de energía renovables o limpias cada día toman mayor importancia y protagonismo produciendo continuamente nuevas formas de aprovechar estas fuentes. Entre las energías renovables o energías limpias encontramos [2]:


· Energía eólica: La energía que se obtiene a través del viento.

· Energía geotérmica: La energía calorífica contenida en el interior de la Tierra.

· Energía mareomotriz: La energía que se obtiene de las mareas.

· Energía undimotriz: La energía que se obtiene de las olas.

· Energía solar: La energía que se obtiene del sol.

· Energía hidráulica o hidroeléctrica: La energía que se obtiene de corrientes de agua.

· Biomasa y biogás: La energía que se extrae de materia orgánica.

· Bioetanol y biodiesel: Combustibles orgánicos que se logran a partir de aceites vegetales o mediante procesos de fermentación de productos vegetales.

· Energía del hidrógeno: Puede ser usado en motores de combustión o en células electroquímicas.

· Otras fuentes de energías renovables: Hay muchas otras que aprovechan los mismos componentes que los anteriores como la energía azul, gradiente oceánico, por hidrógeno e incluso la aero-térmica.


Los sistemas empleados como fuentes de energía descentralizada o también conocida como generación in-situ, generación embebida, generación dispersa o energía distribuida son plantas de generación de energía a pequeña escala, normalmente entre el rango de 3 kW a 10 MW usadas para proporcionar una alternativa o una ayuda a las tradicionales centrales de generación eléctricas y está muy presente las energías renovables ya que son las más adecuadas para ubicarse cerca de los puntos de consumo. [3]


Las principales ventajas de estos sistemas de generación de energía descentralizados, incluyendo los sistemas conectados a la red de distribución de energía eléctrica al igual que los sistemas aislados, son [4]:


· Ayuda a la conservación del medio ambiente al utilizar fuentes de energía renovables.

· Descongestionan los sistemas de transporte de energía.

· Aplazan la necesidad de readecuación de los sistemas de transmisión.

· Ayuda al suministro de energía en periodos de gran demanda.

· Mejora la fiabilidad del sistema.

· Mejora la calidad del servicio eléctrico.

· Evita costos de inversión en transmisión y distribución.


Como ejemplos de prototipos que usan las energías renovables se presentan los siguientes: 


Prototipos de soluciones a partir de energía hidráulica o hidroeléctrica: Prototipos de soluciones a partir de energía hidráulica o hidroeléctrica:


Generador hidroeléctrico de pequeña escala: Es un generador hidroeléctrico de pequeña escala construido en Japón cuyas dimensiones son de 1 metro por 28 centímetros y tiene un peso de 18 kg. Las aspas tienen forma de espiral y la característica más importante de este generador es que puede generar fácilmente energía eléctrica a partir de suaves corrientes de agua. [5]


       

Figura 1. Generador hidroeléctrico de pequeña escala. Fuente: https://ecoinventos.com/generador-movil-energia-hidraulica-ultrapequeno/


Microturbinas hidráulicas: Son pequeñas turbinas construidas para producir energía eléctrica aprovechando la presión de un fluido, teniendo en cuenta que existen poblaciones con calles de pendientes pronunciadas que generan elevadas presiones, por tal motivo, instalan válvulas reductoras de presión para evitar posibles rupturas de los conductos, de este modo, las microturbinas pueden realizar las mismas funciones de las válvulas y además recuperar energía. [6]



Figura 2. Microturbina hidráulica Fuente: https://ecoinventos.com/micro-hidraulica/


Hydrobox: es una pequeña central eléctrica estandarizada, en contenedores controlada remotamente. Este proyecto está equipado con sensores que usan inteligencia artificial y tecnología blockchain, el Hydrobox permite monitoreo y control remoto, así como operación y mantenimiento predictivo. [7]

 


Figura 3. Hydrobox. Fuente: https://www.hydrobox.africa/


Prototipos de soluciones a partir de energía proveniente del mar


Wave power station:: Es una tecnología desarrollada por Voith Hydro Wavegen que consiste en una estructura en forma de alcantarilla de hormigón, que usa las ondas de aire generadas por las olas del mar a través de la estructura para impulsar las turbinas del generador. [8]



Figura 4. Fuente: https://voith.com/corp-en/HyPower_20_final.pdf

Eco wave power: Es una tecnología innovadora para la producción de electricidad limpia a partir del océano y las olas del mar utilizando un diseño simple pero inteligente, que permite a unos flotadores unirse a estructuras artificiales existentes y, que simplifican la instalación, el mantenimiento y accesibilidad. Los flotadores extraen energía de las olas entrantes convirtiendo el movimiento ascendente y descendente de las olas en un proceso de generación de energía limpia. Más precisamente, el movimiento de los flotadores comprime y descomprime los pistones hidráulicos que transmiten fluido hidráulico biodegradable a los acumuladores ubicados en tierra. [9]

 

Figura 5. Eco wave power. Fuente: https://www.ecowavepower.com/our-technology/how-it-works/


Energía mareomotriz:  Esta energía es generada por las subidas y bajadas de las mareas, así la energía potencial de las mareas se convierte en energía eléctrica mediante el movimiento de una turbina mediante las centrales hidroeléctricas [10].