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Visita de la Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almería al CIESOL

La Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almer

Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores 2016

Plataforma Solar de Almería. Plazos de solicitud 13/09/2016

Nueva Campaña de Acceso SFERA2

Ya se ha abierto la cuarta y última campaña de acceso de S

Diversificando el uso de la Energía Solar

Estrategias de control y gestión energética en entornos productivos con apoyo de energías renovables (ENERPRO)
DPI2014-56364-C2-R

CIESOL responsiva
CONTACTOS
D. Alarcón
M. Pérez
M. Berenguel
FUENTE DE FINACIACIÓN

Ministerio de Economía y Competitividad. Plan Nacional 2014

FECHA DE INICIO

01/2015

FECHA DE FINALIZACIÓN

12/2017

MINECO

Participantes:

  • Grupo de Inv. “Automática, Robótica y Mecatrónica”. Universidad de Almería (TEP 197)

  • PSA-CIEMAT

Situación: En proceso de evaluación.

Resumen:

Este proyecto es una continuación del proyecto “Estrategias de control y supervisión para la gestión integrada de instalaciones en entornos energéticamente eficientes - POWER” (DPI2010-21589-C05), finalizado en diciembre de 2013 (subproyecto UAL) y diciembre de 2014 (subproyecto PSA-CIEMAT). Este proyecto trata sobre el análisis, diseño y aplicación de técnicas de modelado, control y optimización (en el ámbito del control jerárquico y control predictivo basado en modelo MPC) para conseguir una gestión eficiente de energía (electricidad y calor/frío de proceso), agua y CO2, en sistemas productivos apoyados en energías renovables y sistemas de almacenamiento. Mediante una gestión óptima de estos recursos y la adaptación de la generación a la demanda, se pretende demostrar que el control automático permite conseguir ahorros económicos y reducir el impacto medioambiental en la explotación de procesos complejos.

En esta temática han surgido conceptos como el de micro-grids (MG), relacionados con el uso eficiente de la energía eléctrica, renewable heating and cooling (RHC), en el ámbito del aporte de energía primaria basada en fuentes renovables y water efficiency (WE), en torno al manejo del agua. El paradigma tratado en este proyecto va más allá, pues tratará de forma integral y coordinada el manejo de los citados recursos heterogéneos con un enfoque basado en la eficiencia y la economía. El problema se compone de diferentes niveles de control y decisión sobre el uso final de la energía disponible en base a distintos objetivos (minimizar el uso de combustibles, aspectos económicos, medioambientales o de calidad, etc.) Esto da lugar a un problema de control jerárquico que requiere coordinación y cooperación entre diferentes sistemas y que será abordado incluyendo técnicas de control predictivo jerárquico e híbrido, en versiones centralizadas y distribuidas. También será necesario desarrollar modelos, estimadores y predictores para las etapas de generación y demanda de energía y agua. Un elemento diferenciador del proyecto es que se dispondrá de un sistema productivo real como planta demostrativa (incluyendo un edificio bioclimático, un invernadero, un vehículo eléctrico y una desaladora solar), sobre el que se validarán las técnicas de modelado y control desarrolladas.

Objetivos:

Los tres objetivos básicos del proyecto coordinado son:

  • Desarrollo de metodologías para la obtención de modelos de procesos que contengan fuentes de energías renovables para producir/consumir calor y frío de proceso, electricidad, agua y CO2. Desarrollo de estimadores y predictores de las etapas de generación y demanda.

  • Desarrollo de estrategias de gestión y control jerárquico, híbrido y predictivo para conseguir optimizar la producción desde los puntos de vista económico, de seguridad y de uso de energía y agua en sistemas heterogéneos, con un enfoque coordinado e integral.

  • Implementación y validación de las estrategias en el sistema productivo de demostración. Esto facilitará el desarrollo de las diferentes tareas del proyecto sobre situaciones realistas. Se demostrarán las posibilidades de extensión a entornos más complejos tipo campus o cluster industrial.

El cumplimiento de estos objetivos representa una contribución significativa con impacto real en esta clase de procesos, como demuestra el interés que ha despertado en diferentes empresas tales como Fundación Cajamar, Unica Group SCA, Wagner Solar, Solar Jiennense, entre otras. La propuesta es una continuación natural de actividades conjuntas de los dos centros, que poseen una considerable experiencia en control de sistemas energéticos, soportada por los numerosos artículos publicados en revistas de prestigio y relaciones con grupos de investigación internacionales.

Resultados durante 2014:

Durante 2014 se han seguido realizando publicaciones en el ámbito del proyecto POWER y se han comenzado algunos relacionados con el proyecto ENERPRO (aunque se encuentre en proceso de evaluación).

  • Desalación. Se ha llevado a cabo el modelado dinámico de una unidad de destilación multi-efecto (MED) con apoyo solar usando una metodología de modelado orientado a objetos. Este modelo se basa en primeros principios y ha sido calibrado y validado con datos reales de la MED de la PSA. Este modelo se ha utilizado para realizar un estudio preliminar de viabilidad de obtención de energía osmótica de la salmuera producida por la destilación multi-efecto a través de una técnica osmótica con presión retardada. También se ha desarrollado un modelo dinámico de una bomba de calor por absorción de doble efecto (DEAHP) ubicada en la planta piloto AQUASOL usando también una metodología de modelado orientado a objetos, que ha sido validada con datos reales.

  • Invernaderos. Los modelos de desalación previos se han combinado con modelos dinámicos de invernaderos con la finalidad de combinar un sistema de producción de agua potable y uno de consumo de agua. El objetivo ha sido operar de forma adecuada la planta desaladora para producir diariamente el agua demandada por el cultivo del invernadero haciendo uso eficiente de la energía y teniendo en cuenta las perturbaciones provocadas por variaciones en la radiación solar. También se han añadido actuadores (deshumidificadores y sistemas de calefacción basados en biomasa), habiéndose modelado su efecto en el clima del invernadero y se ha modelado el consumo energético (eléctrico y combustible) mediante redes neuronales. Se han implementado técnicas de control jerárquico RTO-EMPC, robusto QFT y predictivo combinando todos los actuadores disponibles.

  • Edificio CIESOL. Se ha desarrollado un modelo basado en primeros principios de las variables climáticas y de confort (térmico y de calidad de aire) de los diferentes habitáculos del edificio, así como un modelo del consumo eléctrico del edificio mediante redes neuronales. Además, se ha seguido trabajando en el modelado del confort lumínico. También se han evaluado técnicas de control predictivo del confort lumínico y de calidad del aire y de control borroso y técnicas de control MPC distribuido de varios habitáculos para gestionar la demanda energética de diferentes recintos que tengan en común una misma fuente de energía. Se ha diseñado un marco para el confort lumínico de las diferentes salas combinando luz artificial con iluminación natural mediante persianas tipo venecianas con dos grados de libertad.

  • Vehículo eléctrico. Se han validado los modelos cinemático, dinámico, eléctrico, consumo energético y estado de las baterías. Se ha implementado un sistema de control jerárquico para la generación y seguimiento de trayectorias y de control de orientación y velocidad del vehículo, teniendo en cuenta criterios de seguimiento de consignas y de ahorro energético que se traduce en un problema multiobjetivo.

Durante 2014 y en 2015 se ha comenzado a trabajar en la gestión integral del sistema productivo constituido por el edificio, la desaladora, el invernadero y un vehículo eléctrico, proponiendo arquitecturas de control jerárquico multinivel y multiobjetivo, teniendo en cuenta el coste de la energía, la demanda y los precios de mercado.

Publicaciones:

Libros

  • Castilla, M., Álvarez, J.D., Rodríguez, F., Berenguel, M. Comfort control in buildings, Springer, 2014. ISBN 978-1-4471-6346-6.
  • Castilla, M., Álvarez, J.D., Rodríguez, F., Berenguel, M. Un ejemplo práctico de arquitectura bioclimática: el edificio CDdI-CIESOL-ARFRISOL. Domótica para Ingenieros, Paraninfo 2015 (en prensa).

Revistas

  • Americano da Costa, M., Pasamontes, M., Normey-Rico, J., Guzmán, J.L., Berenguel, M. An advanced control strategy combined with solar cooling for improving ethanol production in fermentation units. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53, 11384-11392, 2014. Impact factor 2.234, 36/133 Q2 (Engineering, Chemical).
  • Andrade, G.A., Pagano, D.J., Álvarez, J.D., Berenguel, M. Sliding mode control of distributed parameter processes: Application to a solar power plant. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 25, 291-302, 2014.
  • Beschi, M., Dormido, S., Sánchez, J., Visioli, A., Yebra, L.J. Event-based PI plus feedforward control strategies for a distributed solar collector field. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 22(4), 2014.
  • Bonilla, J., Dormido, S., Cellier, F. E. (2015). Switching moving boundary models for two-phase flow evaporators and condensers. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 20(3), 743–768. doi:10.1016/j.cnsns.2014.06.035
  • Camacho, E.F., Berenguel, M., Gallego, A. Control of thermal solar energy plants. Journal of Process Control, 24(2), 332-340, 2014. Impact factor 2.179, 14/59 Q1 (Automation & Control Systems), 38/133 Q2 (Engineering, Chemical).
  • Castilla, M., Álvarez, J.D., Normey-Rico, J.E., Rodríguez, F. Thermal comfort control using a non-linear MPC strategy: A real case of study in a bioclimatic building. Journal of Process Control, 24(6), 703-713, 2014. DOI: 10.1016/j.jprocont.2013.08.009
  • Castilla, M., Bonilla, J., Álvarez, J. D., Rodríguez, F. (2014). A room simulation tool for thermal comfort control in a bioclimatic building: A real example of use with an optimal controller. Optimal Control Applications and Methods. doi:10.1002/oca.2116
  • De la Calle, A., Bonilla, J., Roca, L., Palenzuela, P. (2014). Dynamic modeling and performance of the first cell of a multi-effect distillation plant. Applied Thermal Engineering, 70, 410–420.
  • De la Calle, A., Bonilla, J., Roca, L., Palenzuela, P. (2015). Dynamic modeling and simulation of a solar-assisted multi-effect distillation plant. Desalination, 357, 65–76. doi:10.1016/j.desal.2014.11.008
  • González, R., Roca, L., Rodríguez, F. (2014). Economic optimal control applied to a solar seawater desalination plant. Computers and Chemical Engineering, 71, 554–562. doi:10.1016/j.compchemeng.2014.10.005
  • Mena, R., Rodríguez, F., Castilla, M., Arahal, M.R. A prediction model based on neural networks for the energy consumption of a bioclimatic building. Energy and Buildings, 82, 142-155, 2014.
  • Pawlowski, A., Cervin, A., Guzmán, J.L., Berenguel, M. Generalized predictive control with actuator deadband for event-based approaches. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 10(1), 523-537, 2014. Impact factor 8.785, 1/59 Q1 (Automation & Control Systems), 1/102 Q1 (Computer Science, Interdisciplinary Applications), 1/34 Q1 (Engineering, Industrial).
  • Roca, L., Diaz-Franco, R., de la Calle, A., Bonilla, J., Vidal, A. (2014). A control based on a knapsack problem for solar hydrogen production. Optimal Control Applications and Methods. doi:10.1002/oca
  • Roca, L., Diaz-Franco, R., de la Calle, a., Bonilla, J., Yebra, L. J., Vidal, A. (2014). A Combinatorial Optimization Problem to Control a Solar Reactor. Energy Procedia, 49, 2037–2046. doi:10.1016/j.egypro.2014.03.216
  • Rodríguez, C., Guzmán, J.L., Berenguel, M., Hägglund, T. Optimal feedforward compensators for systems with right-half plane zeros. Journal of Process Control, 24, 368-374, 2014. Impact factor 2.179, 14/59 Q1 (Automation & Control Systems), 38/133 Q2 (Engineering, Chemical).
  • Scherer, H.F., Pasamontes, M., Guzmán, J.L., Álvarez, J.D., Camponogara, E., Normey-Rico, J.E. (2014) Efficient building energy management using distributed model predictive control. Journal of Process Control, 24(6), 740-749.
  • Torres J.L., González, R., Fernández, A., López, J. Energy management strategy for plug-in hybrid electric vehicles. A comparative study. Applied Energy, 113(81), 816-824, 2014.
  • Touati, K., de la Calle, A., Tadeo, F., Roca, L., Schiestel, T., & Alarcón-Padilla, D.-C. (2014). Energy recovery using salinity differences in a multi-effect distillation system. Desalination and Water Treatment, (July), 1–8. doi:10.1080/19443994.2014.940648            
  • Yebra, L.J., D. Fernández. Comparison case between Modelica and Specialized Tools for Building Modelling. Mathmod 2015, Vienna, Austria, 2015.

Congresos

  • Castilla, M., Álvarez, J.D., Normey-Rico, J.E., Rodríguez, F., Berenguel, M. Control predictivo no lineal del confort térmico y calidad de aire. Un caso de estudio en un edificio bioclimático. XXXV Jornadas de Automática, Valencia, España, 2014.
  • Castilla, M., Mena, R., Álvarez, J.D., Rodríguez, F., Pérez, M. A comparative analysis of room air temperature modelling for control purposes. International Conference on Solar Energy and Buildings, Aix-Les-Bains, France, 2014.
  • Roca, L., J.L. Guzmán, J.E. Normey-Rico, M. Berenguel. Filtered Smith Predictor with nonlinear model applied to a solar field. 13th European Control Conference ECC-2014, 773-777, Strasbourg, France, 2014.
  • Roca, L., F. Rodríguez, J. Sánchez-Molina, J. Bonilla (2014). Solar desalination management to fulfill greenhouse water demand. In Jornadas de Automática 2014, Valencia, Spain.
  • Rodríguez-Gil, D., R. Silva, F.J. Cabrera, M. Pérez. Design of a High Solar Fraction Parabolic Trough Solar Plant for an Industrial Laundry in Southern Spain. Gleisdorf Solar 2014 - International Conference on Solar Heating and Cooling, Gleisdorf, Austria, 2014.
  • Torres, J.L., J.L. Blanco, E. Sanjurjo, M. Naya, A. Giménez. Towards Benchmarking of State Estimators for Multibody Dynamics. 3rd Joint International Conference on Multibody System Dynamics, Busan, Corea, 2014.
  • Torres, J.L., J.L. Blanco, M. Bellone, F. Rodríguez, A. Giménez, G. Reina. A proposed software framework aimed at energy-efficient autonomous driving of electric vehicles. International Conference on Simulation, Modelling, and Programming for Autonomous Robots, Bergamo, Italy, 2014.
  • Touati, K., A. de la Calle, F. Tadeo, L. Roca, T. Schiestel, D.C. Alarcón-Padilla (2014). Energy recovery using salinity gradients in multi-effect distillation systems. In Conference on Desalination for the Environment Clean Water and Energy, Limassol, Cyprus.