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Jornada técnica sobre tecnologías innovadorasde reducción de costes energéticos en el regadío

Zaragoza 7-2-2019

Asociación Española de Riegos y Drenajes-AERYD, General Arrando, 38, 28010 Madrid – 915332253 [email protected]

APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS RENOVABLES

Manuel Martín Arroyo, Director de Operaciones en Suez-Galpagro

SITUACIÓN ACTUAL DEL REGADÍO325,1 MILLONES DE HECTÁREAS DE REGADÍO EN EL MUNDO

• Representa el 20% de la superficie total de tierra

cultivable y supone el 40% de los alimentos.

• El arroz es el principal cultivo de regadío,

cubriendo el 29% de la superficie de regadío.

• En el 94% de la superficie regada se utiliza el riego

por gravedad como método de riego, utilizándose

el riego por aspersión o goteo en el 6% restante

de la superficie.

• La eficiencia del riego media es del 56%.

3,4 MILLONES DE HECTÁREAS DE REGADÍO EN ESPAÑA

• El 70% de la superficie se riega por aspersión o goteo y en el 30%

restante se utiliza el riego por gravedad, dedicándose al riego el 70% del

agua total usada en el país.

• El principal cultivo de regadío es los cereales, seguido por el olivar,

viñedo, cítricos y frutales.

• Desde el punto de vista energético, hay instalados aproximadamente

1,8 kW/ha de regadío (4,3 GW en total).

España: 3,4 mill. ha

Europa: 21,4 mill. ha

América: 52,2 mill. ha

Asia: 232 mill. ha

Oceanía: 3,2 mill. ha

África: 15,6 mill. ha

Aprovechamiento de energías renovables

ENTORNO ACTUAL

Cambio climático

Aumento demanda de alimentos y recursos

Aumento demográfico

Nuevos cultivos

PIB Español

En 2030 el 47% de la población vivirá en áreas falta de agua5.

En 2030 consumiremos un 50% más de alimentos1, un 40% más de agua2, y un 50% más de energía3.

En 2030 la previsiónde Naciones Unidas es de 8.300 millones de

habitantes a nivel mundial4.

Mercado dinámico influido por la nueva demanda de cultivos por parte del consumidor

El sector agroalimentario representa un 2,76%del PIB español6.

1. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (2009), How to feed the world 2050. 2. Agencia Internacional de la Energía (2008), Energy Technology Perspectives3. 2030 Water Resources Group (2009).

4. Naciones Unidas5. Banco Mundial6. Informe Nacional sobre Regadíos en España – MAPAMA 2017


RETOS DE LA AGRICULTURA

Sostenibilidad

Eficiencia

Cultivo

Optimizar los recursos &el uso de insumos

Optimizar los consumos de agua y energía así como conseguir el máximo

aprovechamiento de las infraestructuras

Adaptar los cultivos a las condiciones del entorno & tendencias de consumo


RETOS DEL REGADÍOPara cubrir las necesidades en 2050, la FAO estima que la agricultura tendrá que producir casi un 50%

más de alimentos de los que se producen actualmente para poder alimentar a los 9.700 millones de

personas que se espera vivan en el mundo en ese año

“El futuro de la alimentación y la agricultura. FAO, 2017”

Este gran reto requiere de soluciones inteligentes y eficientes

Riego Inteligente:

Consiste en la utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) para realizar

una gestión óptima del riego

• Mejora continua de la eficiencia y protección de medioambiente.

• Calidad y seguridad alimentaria en la producción agrícola.

• Innovación como base para la supervivencia.

AGUA: Mejorar la gestión del riego ENERGÍA: Disminuir la dependencia energética


ENERGIAS RENOVABLES DENTRO DE UNA SOLUCIÓN GLOBAL DE RIEGO INTELIGENTE


AGUA: MEJORAR LA GESTIÓN DEL RIEGODiseño y manejo óptimos para conseguir un riego inteligente, con el fin de regar según las características del cultivo, la configuración de

los sectores de la red de riego, el clima y suelo, dando de esta forma el agua que necesita la planta en el momento adecuado.


ENERGÍA: DISMINUIR LA DEPENDENCIA ENERGÉTICAEn los últimos años se ha producido la modernización de regadío en una amplia superficie, pasando de sistemas de riego que no

necesitan energía (riego por gravedad) a sistemas de riego a presión que si necesitan energía (riego por goteo y riego por aspersión),

además, las tarifas eléctricas han subido, lo que ha provocado que los costes energéticos en el regadío se hayan disparado,

produciéndose una pérdida de rentabilidad en el regadío

OPTIMIZAR EL USO DE LA ENERGÍA EN INSTALACIONES

DE RIEGO: Análisis y optimización de las redes de riego

a presión, incorporando las mejoras oportunas para

reducir los costes energéticos de las explotaciones y/o

comunidades de regantes

INCORPORACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES: Bombear

el agua utilizando como energía las energías

renovables (Solar Fotovoltaica y Minihidraulica)


TIPOLOGÍA INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

INSTALACIONES DE GENERACIÓN

• Diseño en zonas donde obtengamos máxima producción al menor coste

• Venta directa a red a precio de pool

• Amortización a largo plazo, salvo que se cuente con subvenciones

INSTALACIONES DE AUTOCONSUMO

• Producción para consumo en la propia instalación, ahorrando en la factura

• Dimensionar potencia FV en función del consumo permanente de nuestra instalación en horas solares, para evitar excedentes

• Posibilidad de reducir la potencia contratada en el periodo solar

INSTALACIONES AISLADAS (Ejemplo tipo: Bombeo Solar)

• Dimensionar potencia FV en función del volumen necesario a bombear.

• Ahorro en función del precio al que pagaríamos la energía de la red

INSTALACIONES HÍBRIDAS (Ejemplo: Grupo Electrógeno con apoyo SFV)

• Reducción del consumo de combustible con total disponibilidad de energía

• Dimensionar potencia FV para solo una parte de la energía demandada


SUPERFICIE OCUPADA (m2 / kWp)

• Instalación integrada en cubierta…….. 8 - 10 m2 / kWp

• Instalación fija sobre suelo…..............10 - 12 m2 / kWp

• Instalación seguidor solar a un eje….. 12 - 15 m2 / kWp

PRODUCCIÓN ANUAL (kWh / kWp instalado)

• Zona geográfica (Murcia)…...…. 1.580kWh / kWp

• Zona geográfica (Sevilla)…...….. 1.620kWh / kWp

• Zona geográfica (Oviedo)..….…. 1.200kWh / kWp

• Zona geográfica (Pamplona)….. 1.310kWh / kWp

RATIOS FOTOVOLTAICA

8 -15 m2 / kWp


COSTE DE INVERSIÓN (€ / Wp) SFV Bombeo solar

• Instalaciones entre 0 – 20 kWp 1,20 - 1,40 € / Wp 1,35 - 1,80 € / Wp



SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SOLAR

• Seguidor solar a un eje

Aumento de la producción hasta un 20 %

• Seguidor solar a dos ejes

Aumento de la producción hasta un 35 %

RATIOS FOTOVOLTAICA


AMORTIZACIÓN DE LA INVERSIÓN

Autoconsumo: (ahorro en el Tenergía + Tpotencia)5 - 8 años

Aislada: (eliminación de los Tenergía+ Tpotencia) 4 - 6 años

Híbrida con Grupo Electrógeno: (reducción consumo de combustible) 2 - 3 años

TARIFA 2.0DHS PENÍNSULA TARIFA 6.1 PENÍNSULA

De A Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic De A Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

0 1 0 1

1 2 1 2

2 3 2 3

3 4 3 4

4 5 4 5

5 6 5 6

6 7 6 7

7 8 7 8

8 9 8 9

9 10 9 10

10 11 10 11

11 12 11 12

12 13 12 13

13 14 13 14

14 15 14 15

15 16 15 16

16 17 16 17

17 18 17 18

18 19 18 19

19 20 19 20

20 21 20 21

21 22 21 22

22 23 22 23

23 24 23 24

0 24

De

lu

ne

s a

vie

rn

es

Sá

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do

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vo s

De

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go

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TARIFA 2.0DHS PENÍNSULA TARIFA 6.1 PENÍNSULA

De A Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic De A Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

0 1 0 1

1 2 1 2

2 3 2 3

3 4 3 4

4 5 4 5

5 6 5 6

6 7 6 7

7 8 7 8

8 9 8 9

9 10 9 10

10 11 10 11

11 12 11 12

12 13 12 13

13 14 13 14

14 15 14 15

15 16 15 16

16 17 16 17

17 18 17 18

18 19 18 19

19 20 19 20

20 21 20 21

21 22 21 22

22 23 22 23

23 24 23 24

0 24

De

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AM

OR

TIZA

CIÓ

NGeneración: (venta a red a precio de pool)

10 - 15 años


ESTACIÓN DE BOMBEOCAMPO SOLAR

• Módulos fotovoltaicos

• Estructura

• Fija

• Seguidor Solar

Aspecto Estructura Fija Seguidor Solar

Coste Menor Mayor

Espacio Menor Mayor

Horas útiles bombeo

Menor (2.400 h) Mayor (3.100 h)

CUADRO DE CONTROL

SOLUCIÓN TECNOLÓGICA


SOLUCIÓN TECNOLÓGICA


REDES DE DISTRIBUCIÓN

¿Dispone de exceso de presión dinámica?

POTENCIAL HIDROELÉCTRICO

POTENCIA

Caudal

Presión



POTENCIA ≈ Caudal x Presión

Instalaciones potenciales:

Depósitos y embalses

Puntos de Regulación

Puntos de Tratamiento

Puntos de Captación



Turbinas de Flujo Cruzado

Ubicación tipo: Depósitos

Características: Descarga a presión atmosférica

Ventajas: Flujo variable

Bombas Funcionando como Turbina

Ubicación tipo: Reductoras de presión

Características: Control de presión aguas abajo

Ventajas: Relación producción coste, integración en la

red

Acoplamiento Directo

Ubicación tipo: ETAP y depósitos

Características: Optimización avanzada

Ventajas: Impulsión mecánica

TIPOS DE TECNOLOGÍAS HIDROELÉCTRICAS


DISEÑO Y DIMENSIONADO DE PROYECTO DE BOMBEO SOLAR

1. Datos previos

• Superficie de 97,52 ha de las cuales 86,53 ha son efectivas y está dedicada al cultivo de olivar superintensivo deregadío.

• El marco del olivar es 4x1,5 m. El sistema de riego utilizado es riego por goteo con goteros integrados de 1,6 l/h a0,5 m de distancia, con una línea de goteros por línea de cultivo. La finca está dividida en 14 unidades de riegoindependientes que riegan en 2 turnos de riego. El turno de riego 1 riega 6 unidades de riego, tiene una superficieefectiva de 43,58 ha y un caudal de 352,95 m3/h. El turno de riego 2 riega 8 unidades de riego, tiene una superficieefectiva de 42,95 ha y un caudal de 348,36 m3/h. Para el riego de ambos turnos de riego se requiere una presión enel bombeo de 48 mca.

• El bombeo está formado por una bomba de 75 kW de potencia, modelo NCB 150-400 A (400), que capta el aguadesde el canal de la comunidad de regantes, aunque está planificado por parte de la propiedad construir una balsade almacenamiento de agua para riego, con lo cual, en esta situación futura la bomba bombeará el agua desde labalsa a la red de riego.

• Actualmente la finca no tiene conexión a la red eléctrica (está en trámite) y el bombeo es alimentadoenergéticamente mediante un grupo electrógeno.



2. Parámetros de diseño• Condiciones de diseño:

• Presión de diseño: 48 mca

• Caudal de diseño: 352,95 m3/h (Turno de riego 1) y 348,36 m3/h (Turno de riego 2)

• Bomba considerada en el diseño

• SAER NCB 150-400 A (400) de 75 kW de potencia

• Necesidades de riego del cultivo

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Total

0 0 0 0 200 360 384 480 1.008 544 0 0 2.976



3. Solución técnica: 135 kWp

C01. Proyecto de Ingeniería y tramitación de licencias y permisos

Proyecto de ingeniería 1 Ud.

Tramitación de licencias y permisos 1 Ud.

C02. Ejecución de proyecto de bombeo solar FV

Cuadro de Variador (Talla 75 kW) 1 Ud.

Cuadro DC 5 Ud.

Módulo Fotovoltaico de Silicio Policristalino de 270 W 500 Ud.

Estructura de Sujeción en Hierro Pintado (Imprimación) 1 Ud.

Cimentación 1 Ud.

Cableado DC/AC 1 Ud.

Transporte, instalación y puesta en marcha 1 Ud.

C03. Legalización de la instalación

Tramitación de la legalización de la instalación 1 Ud.

C04. Mantenimiento preventivo

Mantenimiento preventivo 1 Ud.



4. Simulación de producción fotovoltaica del sistema (kWh)



5. Curva de características técnicas de la bomba: Variador de frecuencia



6. Simulación de producción fotovoltaica del sistema (kWh/mes)



7. Caudal potencial de bombeo del sistema (m3/h)



8. Simulación de funcionamiento del sistema

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Turno de riego 1 1 3 5 6 6 6 7 6 6 4 0 0

Turno de riego 2 2 3 5 6 6 6 7 6 6 4 0 0



9. Balance hídrico mensual


CONCLUSIONES• En los próximos años está previsto que se produzca una revolución en la agricultura de regadío a nivel mundial:

−Incremento de la superficie de regadío, realizándose nuevas infraestructuras para riego.

−En muchas zonas regables se espera que se produzca un cambio del tipo de cultivos.

−Se instalarán nuevos sistemas de riego que conlleven el aumento de la eficiencia del riego.

−Se pasará de sistemas de riego por gravedad a sistemas de riego a presión (aspersión y goteo), que conllevará un

aumento en el consumo energético. Es aquí donde la energía solar fotovoltaica jugará un papel transcendental.

• El riego utilizando como fuente de energía las energías renovables incrementa la rentabilidad, competitividad y

sostenibilidad de la agricultura de regadío.

• El futuro de la agricultura a nivel mundial depende, en buena parte, de la implantación de sistemas de riego

inteligente en las fincas de cultivo, que permitan la utilización más eficiente de los recursos agua, fertilizante y energía

de manera que se aumenten los niveles de producción utilizando menos recursos productivos.


Jornada técnica sobre tecnologías innovadorasde reducción de costes energéticos en el regadío

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