Justificación

El área objeto de este proyecto son los entornos costeros de Andalucía suroccidental, en los que están ubicadas infraestructuras, públicas o privadas, consumidoras de energía y que operan bajo la influencia del fenómeno mareal, que en ese entorno es de régimen mesomareal y semidiurno.  Este fenómeno natural, tiene una gran potencialidad energética, además de una gran predictibilidad, lo que lo hace muy atractivo de cara al aprovechamiento de esta energía para su uso por las citadas infraestructuras.

Asimismo, la necesidad creciente de instalaciones de energía que disminuyan la huella ambiental y la dependencia energética, junto con la potencialidad de la energía proveniente de las corrientes mareales en un país con unos 8000 km de costa, hacen imprescindibles acciones como la que aquí se presenta. En efecto, en el Golfo de Cádiz desembocan dos de los principales ríos de la provincia, así como otros menos importantes que hacen que un porcentaje considerable del litoral esté formado por rías, estuarios, esteros, etc., donde proliferan distintos tipos de infraestructuras. En el caso concreto de Huelva, la ciudad está situada en el arco suratlántico de Europa, próxima al Estrecho de Gibraltar, en el cruce de las rutas de navegación Norte-Sur y Este-Oeste. Huelva es una ciudad natural de estuario, cuyo Puerto está situado en una zona de aguas protegidas de 1.120 hectáreas. Todo esto favorece la instalación de equipos de aprovechamiento de energías marinas en dos sentidos. Por un lado, el litoral está regido por una estricta normativa y las barreras administrativas existentes para la incursión en el mismo son importantes. La instalación de las turbinas hidráulicas en esas infraestructuras que cuentan con cierta autonomía administrativa, como las Autoridades Portuarias, disminuye, por tanto, considerablemente esas barreras. Además, esas mismas infraestructuras se conforman como consumidores de la energía producida, y su futura experiencia en este sentido las postulan como los mejores agentes para lograr la continuidad del proyecto y la difusión de sus resultados.

Las posibles localizaciones de las plantas tienen que cumplir con una serie de requisitos, que se enumeran a continuación:

• Que esté ubicado en alguna infraestructura ya existente.
• Que se prevea cierta potencialidad energética.
• Que tenga más de 2 metros de calado con BMVE (bajamar mínima viva equinoccial).
• Que tenga a menos de 50 m una instalación eléctrica en la que llevar a cabo el punto de conexión a la red.
• Que la red interna del consumidor conectado a ese punto tenga consumo suficiente para poder rentabilizar la producción energética de la turbina (>500kWh/mes).
• Que la instalación, tanto de la turbina como del equipo medidor no presenten un impedimento para el uso del canal de navegación.

Durante reuniones celebradas en las jornadas donde se propuso la idea, enmarcadas dentro del proyecto REEMAA, [1], se realizó una primera criba de posibles regiones en las que construir las plantas piloto, dejando dos posibles emplazamientos, que son las instalaciones de la APH y el club náutico del Rompido en el río Piedras, Figura 1. Una de las primeras actividades del proyecto será determinar el punto exacto, apoyado en el correspondiente estudio hidrodinámico.

Figura 1. Localización de los posibles puntos de instalación de la turbina que convertirá la energía de la corriente de marea.

La construcción de la planta piloto, que por promocionar una tecnología renovable en auge ya tiene razón de ser, se aprovecha además en este proyecto como instalación de pruebas y ensayos de estrategias de control de microrredes eléctricas, con o sin conexión al sistema de potencia. Así, se incorporará a la planta piloto los dispositivos y mecanismos adecuados para que sirva de laboratorio de pruebas a aquellos investigadores y empresas que trabajan analizando los efectos que la generación distribuida puede tener en el sistema de potencia o en las microrredes eléctricas, que se perfilan como el núcleo de menor tamaño del nuevo sistema de potencia y en el que investigadores del proyecto llevan años trabajando, [2]-[5].

También se diseñará y construirá la planta piloto para demostrar las garantías de seguridad y control que ofrecen los nuevos desarrollos y configuraciones en los accesos remotos para la monitorización y el control de dispositivos industriales, que tantas posibilidades ofrece dentro del paradigma de la Industria 4.0, disciplina ésta en la que la investigadora principal del proyecto tiene experiencia contrastada, [6]-[7].

Las disciplinas introducidas en los dos párrafos anteriores están, al igual que el aprovechamiento de la energía de corrientes mareales, en el estadio de la investigación y el desarrollo, iniciándose, poco a poco, su adopción por parte de las empresas más agiles e innovadoras. Por ello, se pretende que esta planta:

• Demuestre la viabilidad de las tecnologías de aprovechamiento de la energía de corrientes mareales a nivel de generación distribuida.
• Muestre las ventajas y posibilidades que la monitorización y el control remoto le abre a las instalaciones industriales.
• Se postule como centro de ensayo de nuevas estrategias de integración de instalaciones renovables a la red eléctrica y de distintas configuraciones y estrategias de control de microrredes.
• Esté a disposición de investigadores de todo el mundo por medio de su monitorización y control remotos, y además muestre las ventajas del paradigma 4.0.

El proyecto cuenta para su desarrollo con un equipo de expertos que cubre todas las disciplinas involucradas en el mismo. Por una parte, los Dres. Morales y Borrego trabajan, dentro del grupo de investigación Geociencias Aplicadas (RNM276), en aspectos sedimentológicos del golfo de Cádiz, generando conocimiento valioso para la gestión de los espacios naturales, portuarios y urbanos situados en el entorno de los sistemas estudiados, [8]-[9]. Han desarrollado 13 proyectos del Plan Nacional de Investigación además de 1 proyecto financiado por el DG XII de la UE y 3 proyectos de Excelencia de la Consejería de Innovación, ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía. Participan actualmente en dos proyectos internacionales de cooperación en Marruecos y Senegal. Además, han participado en los últimos años en más de 30 convenios y contratos de investigación con empresas y organismos. Destacan los convenios: “Realización de la carta estratigráfica y geotécnica de la zona portuaria de Huelva” (Autoridad Portuaria de Huelva) y “Evolución morfo-dinámica de la desembocadura del río Piedras (Huelva, S.O. España). Modelo matemático calibrado” (Agencia Pública de Puertos de Andalucía), que son verdaderos proyectos de investigación, con presupuestos superiores a los 100 y 270 mil Euros respectivamente.

Estos doctores cuentan para desarrollar el presente proyecto con la ayuda inestimable de los investigadores del grupo RMN205, de la Universidad de Cádiz (UCA), vinculados al proyecto como asesores con una carta de compromiso. Este grupo ha estado trabajando en el proyecto propuesto en esta memoria desde el principio, [1]. Son expertos en Oceanografía Física e hidrodinámica de cuerpos de agua semicerrados, ingeniería naval, sistemas de control automático y diseño y cálculo de sistemas de fondeo de equipos en el mar. En los últimos años han participado en el proyecto Eurostars e*4409 – Q-SAILS: CERTIFICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA BASADA EN VELAS PARA LA EXTRACCIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS CORRIENTES MARINAS y actualmente el grupo participa en el proyecto europeo del VII Programa Marco TIDALSENSE-DEMO.

Con respecto a la conexión a red de las turbinas o al aprovechamiento de su producción en el suministro eléctrico que necesite la infraestructura que albergue las plantas piloto, esta propuesta cuenta con los investigadores de los grupos TEP964 (Grupo de Ingeniería Multidisciplinar Aplicada) y TEP192 (Grupo de Control y Robótica), de la Universidad de Huelva (UHU), ambos integrados en el Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES), que aglutina a investigadores de diferentes disciplinas complementarias en el ámbito de las ingenierías Eléctrica e Industrial, Electrónica y Comunicaciones. En efecto, en su seno trabajan expertos en la integración de las energías renovables en la red eléctrica, en microrredes eléctricas, en producción de energía eléctrica y térmica, en calidad del suministro eléctrico, en convertidores de potencia y en la configuración de accesos remotos seguros y controlados en la red de datos.

En concreto, los investigadores de este proyecto han coordinado/participado proyectos en esos temas para, por ejemplo, el estudio de redes MVDC integrando tecnologías de energías renovables, [2]-[4], calidad del suministro eléctrico y compensación de no conformidades mediante el diseño, construcción y puesta en marcha de filtros activos de potencia en sus distintas configuraciones, [10], o la construcción de dispositivos innovadores en el ámbito de la electrónica de potencia para la integración de energías renovables en la red eléctrica, [5]. Todos estos proyectos comprenden la construcción y puesta a punto de equipos innovadores, yendo más allá de la simulación y los estudios teóricos. La experiencia adquirida por estos investigadores en estos y otros proyectos es esencial para desarrollar un proyecto como el que aquí se propone, de demostración de una tecnología emergente con la CONSTRUCCIÓN de plantas piloto.

Cuentan asimismo los investigadores del grupo TEP964 con patentes y modelos de utilidad relacionados con las tecnologías indicadas, como: un dispositivo y método de medida de magnitudes eléctricas [11] esencial para la monitorización eléctrica de la planta, que además identifica las cargas que introducen distorsión en la red, numerosos convertidores de potencia con distintas finalidades, [12]-[13], o un sistema para el acceso seguro, controlado, ordenado y colaborativo a redes de datos seguras, que podría ser parte integrante del sistema de acceso remoto, [14]. También están construyendo, en el marco de los proyectos actualmente en curso, dos sistemas que podrían mejorar la planta piloto y que están en proceso de protección:

• Optimizador de la demanda energética de microrredes eléctricas, que se podría incluir en la planta piloto para optimizar cualitativa y cuantitativamente el consumo eléctrico de la infraestructura que albergue la planta, [15].
• Sistema de monitorización de la calidad de onda en microrredes eléctricas, que consiste en un conjunto de sensores que miden la tensión y la intensidad instantáneas en los nudos de una microrred eléctrica y, a partir de esos datos, identifica las cargas responsables de la falta de calidad de onda en la microrred.

En todas estas disciplinas cuentan los investigadores con numerosas publicaciones en revistas de alto impacto.

Con respecto a la evaluación del funcionamiento de la planta y el diseño del plan de mantenimiento, el Dr. Mena lleva años trabajando en el cálculo de los ahorros en emisiones de gases de efecto invernadero, contaminantes y económicos y en la elaboración de planes de mantenimiento preventivo, [16].

Este equipo de investigadores provenientes de varios grupos de investigación complementarios, están coordinados en este proyecto por la Dra. María Reyes Sánchez Herrera, que fue la investigadora principal del proyecto REEMAA, [1]. Además de la dirección de varios proyectos de investigación, como [2] y [3], tiene experiencia contrastada en la coordinación de grupos de trabajo, avalada por el desempeño de numerosos cargos unipersonales a lo largo de toda su carrera universitaria, como el que ocupa actualmente como Directora de Transferencia y Campus de Excelencia. Desde que ostenta este cargo, ha liderado proyectos específicos de transferencia del conocimiento como [17] y [18]. También es destacable su experiencia en el diseño y construcción de equipos físicos, gracias a lo que cuenta con 6 patentes / modelos de utilidad (alguno en explotación), [11]-[12], [14]-[15], y su trabajo en comunicaciones y en el diseño de sistemas en el campo del IoT Industrial, entre los que destacan la plataforma NEBSYST, que explota actualmente la empresa NEBULOUS SYSTEMS, de la que es promotora. La Dra. Sánchez está apoyada en la coordinación de este proyecto por el Dr. Juan Pérez Torreglosa, cuya labor de investigación está centrada en el diseño de sistemas de gestión de sistemas compuestos de diferentes fuentes de energía, almacenamiento y cargas, disciplina en la que cuenta con numerosas publicaciones, [19]-[20]. Actualmente, es el coordinador en Huelva del Proyecto Europeo REFFECT AFRICA, [4], y del proyecto FEDER Andalucía eCCoSHIP.

Así, el equipo investigador está formado por expertos en estudios hidrodinámicos y en las energías renovables marinas, en la generación distribuida de energía eléctrica y en la configuración de accesos remotos a dispositivos físicos, que comprenden esas tres disciplinas. Sin embargo, el alcance de este proyecto excede la investigación y el trabajo de laboratorio y pretende la construcción de instalaciones industriales. Como apoyo en este salto del laboratorio a la industria, el proyecto cuenta con el apoyo de numerosas empresas/instituciones que avalan la consecución de los objetivos propuestos. Es especialmente destacable el interés del Puerto de Huelva, en cuyas instalaciones podría ubicarse la planta piloto y que han manifestado su interés, como prueba la carta de compromiso por ellos remitida. También es importante contar con otras instituciones como la Asociación de Clubes Náuticos de Andalucía (ACNA) porque también podría albergar la planta y porque garantizarían su replicabilidad a lo largo de toda la costa andaluza. Otro apoyo importante es el de ENDESA, como principal empresa distribuidora de energía eléctrica en Andalucía. Asimismo, el proyecto cuenta con el apoyo e interés de Nebulous Systems (https://www.nebsyst.com) y Kronsberg Marítima (https://www.kongsberg.com/es/maritime/#), empresa líder mundial en tecnología marítima, cuyas capacidades y experiencia serán un apoyo fundamental para la consecución de los objetivos del proyecto. En efecto, la tercera de las disciplinas comprendidas en este proyecto, el paradigma de la Industria 4.0, al que se están adhiriendo actualmente las industrias más emprendedoras, presenta todavía muchas incógnitas y cuestiones sin resolver debido a la evolución vertiginosa y constante de la tecnología informática y de comunicaciones. Conseguir que la planta piloto propuesta en el presente proyecto se convierta en un referente de la IIoT será más fácil con el apoyo de empresas como las citadas. Kongsberg cuenta con gran experiencia en el medio marino, adquisición de datos y distribución en plataformas digitales de los sensores instalados en diferentes plataformas y el principal producto de Nebulous Systems, S.L. es la plataforma NEBSYST para IIoT, que está controlando con éxito de forma remota redes de laboratorios en varias universidades.

[1] 07-2018. Creación de una Red de Expertos en Energías Marinas en la zona AndalucíaAlgarve (REEMAA). Entidad/es financiadora/s: Sociedad para el fomento de la cooperación Transfronteriza en la eurorregión Alentejo-Algarve-Andalucía. Duración: 01/09/2018-31/07/2019. Cuantía: 4906 €. I.P. María Reyes Sánchez Herrera.

[2] PID2020-117828RB-I00. Título: Sistema de control integral para optimizar la demanda energética de microrredes eléctricas (SOSGED). Entidad financiadora: Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020. Duración: 01/09/2021-31/08/2024. Cuantía: 89540 €. I.P. María Reyes Sánchez Herrera.

[3] UHU-202023, Desarrollo de un sistema basado en Industrial IoT para el análisis de la potencia eléctrica en sistemas de potencia. Entidad financiadora: Comisión Europea (UE); Universidad de Huelva (Q7150008F); Junta de Andalucía (S4111001F). Duración: 01/01/2022-30/06/2023. Cuantía: 32.653,06 € I.P. María Reyes Sánchez Herrera.

[4] Reffect-Africa, Renewable energies for Africa: Effective valorization of agri-food wastes (REFFECT AFRICA). Programa “Horizon 2020”. Convocatoria: H2020-LC-GD-2020. Presupuesto del subproyecto Universidad de Huelva: 217.174€. Investigador Principal (subproyecto Universidad de Huelva): Juan Pérez Torreglosa

[5] UHU-1256532. Conexión de microrredes a la red mediante acondicionadores activos con altas prestaciones de calidad de la potencia eléctrica, MR-PQ. Programa Operativo FEDER Andalucía 2019-2020. 7176 EUR. 01/01/2020-30/06/2021 Investigador Principal: Salvador Pérez Litrán

[6] M. Márquez, R.S. Herrera, A. Mejías, F. Esquembre, J.M. Andújar, Controlled and Secure Access to Promote the Industrial Internet of Things, IEEE Access 6.1 (2018) 48289-48299. Q1, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2867794

[7] R. Sanchez-Herrera, A. Mejías, M.A. Márquez, J.M. Andújar, A fully integrated open solution for the remote operation of pilot plants, IEEE transactions on Industrial Informatics 15.7 (2019) 3943 – 3951. Q1, doi: 10.1109/TII.2018.2889135

[8] B.M. CARRO, A. REYES, J.A. MORALES, J. BORREGO. Application of the Comparison of Multibeam Echo-Sound Records to the Study of Stability of a Toxic Waste Stockpile Located on the Margin of a Tidal System: Tinto Estuary, Huelva, SW Spain. Remote Sensing, 13: 4364. 2021.

[9] J.A. MORALES, M.SEDRATI, O. BOULMIRATE, J. BORREGO, B. CARRO, Measuring  dimensions of Ship-generated Waves in Guadalquivir Estuary Banks (SW Spain): Hydrodynamic Considerations. Journal of Coastal Research, 95: 568-572. 2020.

[10] DPI2007-62623 Desarrollo de un nuevo acondicionador activo para la mejora de la calidad de la potencia eléctrica, financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia, 01/12/2007 al 30/11/2010, 55.781 €, Investigador principal: Patricio Salmerón Revuelta

[11] Inventores: M. Reyes Sánchez Herrera, Marco A. Márquez Sánchez, Andrés Mejías Borrero. Título: Dispositivo y método de medida de magnitudes eléctricas. N.º de solicitud: P201530359 – PCT/ES2016/070167. Fecha de concesión: 30-05-2017. Entidad titular: Universidad de Huelva.

[12] Inventores: M. Reyes Sánchez Herrera, Marco A. Márquez Sánchez, Andrés Mejías Borrero, José Manuel Andújar. Título: Inversor monofásico de salida programable adaptada a su aplicación e independiente a su entrada. N.º de solicitud: U201931985. País de prioridad: España. Fecha de concesión: 20-08-2020. Entidad titular: Universidad de Huelva.

[13] Durán-Aranda, Eladio; Pérez-Litrán, Salvador; Ferrera-Prieto, María Bella. Convertidor DC-DC con salida bipolar y uso del mismo para conexión de un sistema de generación distribuida a una red DC Bipolar (DC-DC converter with bipolar output and its use for the connection of a distributed generation system to a Bipolar DC network). 2016. University of Huelva.  Patent: P201500753

[14] Inventores: M. Reyes Sánchez Herrera, Marco A. Márquez Sánchez, Andrés Mejías Borrero, Luis de la Torre Cubillo, José Manuel Andújar. Título: Sistema y método para el acceso a redes de datos seguras. N.º de solicitud: U202032575 – PCT/ES2020/070643. Fecha de concesión: 23-03-2021. Entidad titular: Universidad de Huelva. Contrato de explotación con Nebulous Systems.

[15] Inventores: María Reyes Sánchez Herrera et all. Título: Sistema optimizador de demanda energética de microrredes eléctricas. Nº solicitud: P202230562. Pais de prioridad: Espeña. Entidad titular: Universidad de Huelva.

[16] Sánchez-Herguedas, A., Mena-Nieto, A., Rodrigo-Muñoz, F., Villalba Diez, Javier; Ordieres-Meré, J. 2022. Optimisation of Maintenance Policies Based on Right-Censored Failure Data using a Semi-Markovian Approach. Sensors, 22(4), 1432. https://doi.org/10.3390/s22041432.

[17] HEI4S3‐RM, Building Ecosystem Integration Labs at HEI to foster Smart Specialization and Innovation on Sustainable Raw Materials, financiado en la convocatoria HEI Initiative, Innovation Capacity Building for Higher Education HEI CALL 2. Investigadora principal: María Reyes Sánchez Herrera.

[18] Título: Fomento de la investigación, la innovación y la internacionalización en Huelva y su entorno. Entidad/es financiadora/s: PAIDI. Duración: 01/03/2022-28/02/2023. Cuantía: 82050 €. I.P. María Reyes Sánchez Herrera.

[19] E. González-Rivera, P. García-Triviño, R. Sarrias-Mena, J. P. Torreglosa, F. Jurado and L. M. Fernández-Ramírez, «Model Predictive Control-Based Optimized Operation of a Hybrid Charging Station for Electric Vehicles,» in IEEE Access, vol. 9, pp. 115766-115776, 2021, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3106145.

[20] P. García-Triviño, J. P. Torreglosa, F. Jurado, and L. M. Fernández-Ramírez, “Optimized Operation of Power Sources of a PV/Battery/Hydrogen-Powered Hybrid Charging Station for Electric and Fuel Cell Vehicles,” IET Renew. Power Gener., 2019. DOI:   10.1049/iet-rpg.2019.0766

Finalidad

La planta piloto funcionará como un demostrador tecnológico e infraestructura de prueba de tecnologías futuras, que permitirá colocar a Andalucía entre las regiones líderes en distintas disciplinas tecnológicas de acuciante actualidad: el aprovechamiento energético de las energías del mar, la generación distribuida de energía eléctrica y la digitalización y el control remoto de instalaciones industriales.

Con respecto a la primera disciplina tecnológica, se escoge el aprovechamiento de la energía de las corrientes mareales de entre todas las posibles por dos razones principales: su replicabilidad en las desembocaduras de ríos, esteros y otros lugares semejantes que se repiten a lo largo de todas las costas del planeta y por su gran potencialidad para constituir una parte importante del mix energético a nivel de generación distribuida.

Con respecto a la segunda disciplina, en el marco de la ingeniería eléctrica, las energías renovables están provocando una auténtica revolución en la concepción del sistema de potencia, que hasta ahora era global, jerarquizado y en un solo sentido y que se está convirtiendo en un conjunto de microrredes eléctricas con entidad propia y con muchos aspectos que todavía se encuentran en fase de investigación y desarrollo.

Por último, aunque no menos importante, está la digitalización y el control remoto de instalaciones industriales, que es un auténtico paradigma en nuestra sociedad con el internet de las cosas y su migración a la industria. Se enmarca esta parte del proyecto dentro del movimiento de la Industria 4.0. Se conseguiría de esta forma hacer accesible la planta desde cualquier punto del planeta con conexión a internet. Los accesos serían seguros, organizados y controlados mediante un sistema ampliamente probado en la gestión de laboratorios docentes con unos resultados excelentes.