Ahorro energético y potencial de las energías renovables en el regadío Juan Antonio Rodríguez Díaz

Transcripción

1 Ahorro energético y potencial de las energías renovables en el regadío Juan Antonio Rodríguez Díaz 1 Sevilla, 20 de Septiembre de 2018

2 Modernización de regadíos Por término medio, las modernizaciones Eficiencia en requieren el riego una media de 2kW/ha y un consumo flexibilidad medio de 1500 kwh/ha Diversificación de La energía supone cultivos aproximadamente el 40% de los Automatización costes totales del agua Demanda de energía

3 Esquema de la infraestructura de una comunidad de regantes 3 3

4 ESTACIÓN DE BOMBEO Presión: 0 m.c.a. Caudal: 1152 L/s Comunidad de Regantes : Bembézar M.D. Sector: VII

5 ESTACIÓN DE BOMBEO Presión: 10 m.c.a. Caudal: 1152 L/s Comunidad de Regantes : Bembézar M.D. Sector: VII

6 ESTACIÓN DE BOMBEO Presión: 20 m.c.a. Caudal: 1152 L/s Comunidad de Regantes : Bembézar M.D. Sector: VII

7 ESTACIÓN DE BOMBEO Presión: 30 m.c.a. Caudal: 1152 L/s Comunidad de Regantes : Bembézar M.D. Sector: VII

8 ESTACIÓN DE BOMBEO Presión: 40 m.c.a. Caudal: 1152 L/s Comunidad de Regantes : Bembézar M.D. Sector: VII

9 Objetivo: Energía P QH E P t VH Cómo: V H Aplicando las necesidades adecuadas, mejorando la eficiencia de riego, Gestionando mejor la instalación, reduciendo los requerimientos de presión Instalando bombas de velocidad variable y de alto rendimiento 9

10 Objetivo de la auditoría en una Comunidad de Regantes: Evaluar el consumo energético de la misma y proponer y valorar medidas que supongan un incremento de la eficiencia energética y por tanto un ahorro energético y económico para la Comunidad de Regantes 10

11 Fases de la auditoría: Obtención de datos: - Información proporcionada por los gestores y técnicos. - Medidas de datos de campo: parámetros hidráulicos, eléctricos y topográficos. Cálculo de indicadores descriptivos, de rendimiento o eficiencia y de funcionamiento. Clasificación energética de la Comunidad de Regantes Aplicación de datos a modelos de simulación hidráulica y energética Propuesta de mejoras 11

12 Optimización del nexo agua-energía - Modelos implementados en Matlab y que recurren al simulador hidráulico EPANET. - Simulación de miles de situaciones de demanda de agua en las redes de distribución. - Detección de las mejores medidas de ahorro energético usando métodos heurísticos. - Estimación de los ahorros potenciales de energía.

13 % caudal % caudal Organización del riego 1,2 Demanda 1 0,8 0,6 0,4 0, hora 1,2 Sectorización 1 0,8 0,6 0,4 0, hora

14 Ejemplo: BALSA DE ALMACENAMIENTO ZONA DE SANTO DOMINGO CASETA DE CONTROL ESTACIÓN DE BOMBEO 7,19 Km AH IMPULSIÓN = 212 m AH3=172m TUBERÍA IMPULSIÓN ARROYO SALADO 1,4 Km BALSA DE DECANTACIÓN 1,25 Km AH1=40m CÁNTARA DE REBOMBEO AH2=-12m 14 TOMA DEL RÍO Guadiana Menor

15 Claro ejemplo de sectorización SALTO ENERGÉTICO >450m 15

16 9 sectores organizados en tres turnos, cada uno de ellos cuenta con 8 horas de riego en un mismo día RIEGO SECTORIZADO 1 er TURNO 2º TURNO SECTORES Alto 1 Medio 1 Bajo 1 SECTORES Alto 2 Medio 2 Bajo 2 3 er TURNO 16 SECTORES SuperAlto Medio 3 Bajo 3

17 Curvas de demanda de presión Curva Q-H. Sector SuperAlto H H(m) (m) HH (m) (m) Curva Q-H. Sector Bajo Q (l/s) Q (l/s) Q (l/s) Q (l/s) 30

18 Consumo energético Consumo energético anual Energía por unidad de superficie Energía por unidad de volumen Agua Superficie suministrada (ha) (m3) (MWh) (MWh/ha) kwh/m3 A la demanda Sectorizado Bajo Bajo Bajo Medio Medio Medio Alto Alto Superalto Total sectorizado

19 Determinación de puntos críticos de presión Hidrantes con requerimientos energéticos especiales La energía necesaria en la estación de bombeo para suministrar agua a un hidrante i es: H He diferencia de cota p H ei H Hl pérdida de carga en las tuberías li Hreq presión requerida en hidrante para el correcto funcionamiento del sistema de riego Por tanto un hidrante puede ser crítico debido a su diferencia de cota en relación a la estación de bombeo o bien por su distancia H req i 19

20 Determinación de puntos críticos de presión

21 Pressure head (m) Efectos de la activación de puntos críticos en las necesidades de presión A76 A75 A78 A82 A60 13 m A63 A71 A70 A69 A65 A62 65 A52 A77 A51 A Flow (L/s) 21

22 H (m) H (m) F (L/s) F (L/s)

23 Optimización de la estación de bombeo Las estaciones de bombeo son sistemas complejos con varias bombas en paralelo que se activan secuencialmente según la demanda

24 Optimización de la estación de bombeo Rendimiento obtenido en función de Q y H, instalando 1, 2 y 3 variadores de velocidad - Instalación de variadores de velocidad para obtener rendimientos altos en un rango amplio de caudales demandados.

25 Coste de instalar 1 W con energía Fotovoltaica

26 Insolation (kw/m 2 ) Por qué energía solar? Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dic Solar Time (Hour) Time (Month)

27 Irradiancia directa (W m -2 ) Potencia generada por un sistema fotovoltaico Junio 27 Junio Hora

28 Proyecto TEMAER Riego Solar Inteligente Sistema de bombeo de agua mediantes energía solar pero incorporando un sistema inteligente de gestión del riego, basado en la energía proveniente de los módulos fotovoltaicos, la configuración hidráulica del sistema y las necesidades de las plantas.

29 Riego Solar Inteligente en la Finca Experimental del Campus de Rabanales Superficie: 168 m 2 Potencia: 128 W/módulo Orientación: sur Total módulos: 120 Potencia Pico: 15,3 kw Planta solar

30 Riego Solar Inteligente en la Finca Experimental del Campus de Rabanales - Canal del Guadalmellato - Distancia a parcela: 1 km - Cota bomba: 153,7 m Balsa de riego y estación de bombeo

31 - Estación de filtrado - Caudalímetro - Programador control riego - Variador de frecuencia - Conexión por tecnología móvil

32 Riego Solar Inteligente en la Finca Experimental del Campus de Rabanales Parcela olivar 3 Sectores de riego: 6,1 ha, 3,0 ha y 4,2 ha Total sub-parcelas: 80 Total hidrantes: 13 Goteros: 3,2-1,6 l/h; autocompensantes (1-4 bar)

33 Modelos hidráulicos para una sectorización y gestión óptima del riego según la potencia requerida Hidrantes

34 Programación óptima del riego necesidades de riego ETc precipitación Evapotranspiración cultivo: Etc= Eto* kc * kr Necesidades Cultivo (Riego): NecRie= Etc - Peff escorrentía evaporación Precipitación Efectiva: 80% Prec. Registrada Coeficientes RDC: - cultivo - etapa fenológica percolación

35 Potencia, W Sincronización de la producción de potencia fotovoltaica y las necesidades de potencia y tiempo de riego de los sectores S1 activo S2 activo S3 activo Potencia fv Umbral entrada S1 Umbral entrada S3 Umbral entrada S Horas Sincronización de la producción solar y el riego de los sectores 1, 2 y 3 de la red de riego de la parcela experimental de Rabanales (Universidad de Córdoba) para el 30 de junio de 2013.

36 Potencia, W W Potencia, W Sincronización de la producción de potencia fotovoltaica y las necesidades de potencia y tiempo de riego de los sectores 2 x x x S1 activo S1 activo S1 activo S2 activo S2 activo S2 activo S3 activo 1.5 S3 activo 1.5 S3 activo 1.5 Potencia Potencia fv Potencia fv Umbral fv Umbral entrada entrada S1 S1 Umbral Umbral entrada entrada S1 S3 1 1 Umbral entrada S3 Umbral 1 Umbral entrada entrada S3 Umbral entrada S2 S2 Umbral entrada S2 La sustitución completa de la red eléctrica por energía fotovoltaica supuso evitar la emisión de 3,2 tn CO 2eq Períodos de amortización de entre 4 y 6 años Horas 12 Horas Sincronización de la producción solar y el Horas riego de los sectores 1, 2 y 3 de la red de riego de la parcela experimental de Rabanales (Universidad de Córdoba) para el 21 de Mayo de 2013.

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38 Riego de precisión basado en sensores de turgencia en hojas en tiempo real Humedad en el suelo Turgencia en hojas

39 Generación de energía mediante turbinas y bombas como turbinas (PATs) en redes de riego Estudio preliminar sobre las posibilidades de aprovechamiento energético en la CR Bembézar MI Power generation (kw) Scenario 1 Scenario Francis PAT1 PAT2 PAT Energy recovery (kw.h) Scenario 1 Scenario Ahorro potencial de 124 tco2 o 270 MWh con periodos de amortización de 6 años Francis PAT1 PAT2 PAT3

40 REDAWN tiene como objetivo fomentar la adopción de la tecnología de recuperación de energía hidroeléctrica en redes de distribución de agua. Experiencia piloto en la CR Genil Margen izquierda 40

41 Sustitución de sistemas de generación diésel por energía hidroeléctrica para la aplicación de los fertilizantes. 41

42 - Caudal de 165 l/s y 20 m de exceso de presión disponible, bastante constantes durante la campaña de riegos. - Instalación en by-pass para asegurar que la PAT trabaje durante la mayor parte del tiempo de forma óptima. - Se instalará una PAT de 10 kw, la cual permitirá un ahorro en coste energético de unos 3,000 /año. - Según las estimaciones, la producción energética será de 56,800 kwh con un período de amortización de 5.4 años. 42

43 El uso eficiente de la energía constituye un nuevo gran reto para el regadío, tanto desde un punto de vista ambiental como económico. La reducción de costes energéticos es posible. Frecuentemente, son necesarios cambios en la gestión de la demanda y en la red de riego. Hay que dejarse asesorar, las soluciones son específicas a cada zona regable. Las energías renovables comienzan a ser una alternativa viable para el suministro de agua a bajo coste. Se requieren sistemas de gestión del riego adaptados a las oscilaciones en la potencia disponible.

44 Gracias por su atención Juan Antonio Rodríguez Díaz Tlf.: