La Experiencias de gestión eficiente de la energía en la agricultura de regadío. José Mª Tarjuelo y Miguel A. Moreno

Transcripción

1 La Experiencias de gestión eficiente de la energía en la agricultura de regadío. José Mª Tarjuelo y Miguel A. Moreno Toledo, Febrero 2015

2 España: 3,8 Mha regables (19% de la S.A.) (3,5 reales). Aportan 65% P.A.N.(> M ) y consumen 80% del agua (68% usada) Productividad respecto al secano: 6 veces (4 veces + renta)

3 SIAR: Castilla La Mancha como territorio de actuación Región semiárida ha regadas 4% R. superficie 22% Aspersión fija 18% Pívot 56 % goteo Principales cultivos: cereales (cebada, trigo, maíz), hortícolas (cebolla, ajo, ), viña, olivo, almendro. Escasez de agua (>75% subterránea) Energía cara Acuíferos sobreexplotados

4 Agua (escasez-calidad) Energía (cara) Sobreexplotación de acuíferos ET Percolación Recarga

5 ACTUACIONES EN LA MODERNIZACIÓN DE ZONAS REGABLES Benchmarking OPERACION Energias renovables BOMBEOS Tarifas eléctricas Modelos RIEGO EN PARCELA Asapersio Goteo Gravedad Modelos Fase 3 ANALISIS Y EVALUATION Auditoras energía Fase 2 SAR, TIC, ATD GESTION Fase 1 INSTALACIONES REDES DE RIEGO Trazado DISEÑO Caudal del hidrante Q lineas Dimensto. económico Análisis Modelos Demanda o turnos??

6 Principales problemas y restricciones La baja disponibilidad de agua para riego debido a: alta frecuencia de los períodos de sequía restricciones ambientales presión para la asignación de agua a las regiones situadas aguas abajo en las cuencas fluviales. Sobreexplotación de los recursos hídricos subterráneos. Riesgo de contaminación de las aguas subterráneas (nitratos) Alto precio del agua debido a los costos de energía Baja o moderada productividad económica del agua en algunas explotaciones agrícolas Insuficiente información y formación de los usuarios finales sobre el uso de las tecnologías existentes para la gestión eficiente del agua y la energía

7 Soluciones Para afrontar los retos del regadío en España es necesario incrementar la productividad del agua de riego mediante herramientas y modelos de Ayuda en la Toma de Decisiones (ATD) dirigidas a mejorar la gestión del agua y la energía en el regadío

8 HERRAMIENTAS (desarrolladas en entorno MATLAB) para ayuda en el diseño y manejo de zonas regables A) Para el diseño del riego presurizado Subunidades de goteo y aspersión (PRESUD) Diseño y Coste mínimo de aplicación de agua (DC-WAT) Diseño óptimo de pívot (DOP) Análisis y gestión de redes de riego a presión (MAWE) B) Para el diseño de impulsiones Diseño Óptimo de Sondeos (DOS), Diseño Óptimo de Estaciones de Bombeo (DOEB). C) para el análisis de impulsiones: Análisis de Sondeos (AS), Modelo de Análisis de la Eficiencia Energética en estaciones de Bombeo (MAEEB)

9 Soluciones 1. Servicios de Asesoramiento al Regante (SAR) 2. Auditoria y análisis del uso del agua y la energía (Benchmarking) 3. Diseño y manejo de los sistemas de riego 4. Determinación del plan óptimo de cultivos 5. Herramientas de SIG para la gestión de zonas regables 6. Teledetección de muy alta resolución

10 SOLUTION 1. Servicios de Asesoramiento al Regante (SAR) Asesorar en el diseño y manejo de sistemas de riego Difusión de las necesidades de agua de los cultivos y programación de riegos. (Red de estaciones meteorológicas) La capacitación de los agricultores. Ayuda para la toma de decisiones (operar conjuntamente con los agricultores) Transferencia de herramientas para ahorro de agua-energía y la selección del plan de cultivo adecuado a nivel de explotación. Utilizar técnicas de benchmarking para evaluar el funcionamiento de las zonas de regadío Utilizar plataformas Web-GIS para llevar a cabo la información y la transferencia de tecnología a los usuarios finales en un proceso de retroalimentación

11 El Servicio Integral de Asesoramiento al Regante de Castilla-La Mancha (SIAR) (desde el año 2000) Castilla-La Mancha

12 Web:

13 SOLUCION 2. Auditoria y análisis del agua y la energía (Benchmarking) Evaluación de zonas regables Análisis energético de las instalaciones de riego Analizador de redes eléctricas (Potencia absorbida y factor de potencia) Caudalímetro de ultrasonidos Caudal

14 SOLUCION 2. Auditoria y análisis del agua y la energía (Benchmarking) Análisis energético de las instalaciones de riego Sofware desarrollado para el análisis energético Análisis de sondeos (AS) Análisis de estaciones de bombeo (MAEEB) Plataforma Web-GIS para el análisis de redes colectivas de riego (agua y energía) (MAWE)

15 Web: crea.uclm.es

16 SOLUCION 3. Diseño y manejo de los sistemas de riego PRESUD herramienta para el diseño óptimo de riego por aspersión y por goteo para la óptima aplicación del agua con coste mínimo (inversión + operación) Distribución de Q en la subunidad PRESUD Autocad QGIS Diseño óptimo de pivot (DOP)

17 COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS INSTALACIONES DE ZONAS REGABLES

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24 REFLEXIONES despues de las Auditorías Energéticas Desarrollo de herramientas y medidas para mejorar el diseño y manejo de las instalaciones

25 AUDITORÍAS ENERGÉTICAS El objetivo de una auditoria energética es: 1) evaluar el consumo energético 2) proponer medidas de ahorro energético y económico que sean viables económicamente. Para ello es necesario conocer: a) las infraestructuras de riego b) el manejo y organización del reparto de agua c) disponer de herramientas informáticas que faciliten la propuesta de mejoras, así como la optimización de tarifas eléctricas.

26 AUDITORÍAS ENERGÉTICAS Medidas que producen un ahorro energético y económico: 1. Mejora del diseño y manejo de la instalación. 2. Mejora de los equipos consumidores de energía. Medidas que producen un ahorro económico : Estudiar la tarifa eléctrica más ajustada a la potencia demandada y el consumo real. Contratar la potencia realmente utilizada en cada periodo. Ajustar el funcionamiento de los equipos a la discriminación horaria contratada.

27 Ubicación de embalses o bombeos, trazado y/o dimensionado de tuberías (tendían que haberse realizado en la fase de proyecto y ejecución de obra). NECESIDAD DE ANÁLISIS HIDRÁULICO Y ENERGÉTICO EN LOS NUEVOS PROYECTOS TIPOS DE MEJORAS PROPUESTAS 1. Mejoras en los equipos (ahorro energético y económico) Son las que producirían mayor ahorro económico: Principales problemas detectados: Sobredimensionado de EB en redes colectivas (diseños para el 100% de la superficie regable en periodo punta, IMPLICA bombas funcionando η muy bajos) Desgaste de las bombas (inadecuado mantenimiento). Principales medidas propuestas: Añadir algún equipo de menor potencia Reparación y mantenimiento de bombas. (Pueden llegar a incrementar el rendimiento >30%, con poca inversión) 2. Mejora en diseño (ahorro energético y económico):

28 TIPOS DE MEJORAS PROPUESTAS 3. Mejora en manejo (ahorro energético y económico): Principales problemas detectados: Tipo de regulación inadecuada. Presión de consigna superior a la demandada por la red. Principales medidas propuestas: División de la zona de riego en sectores de cota homogénea Ajustar el punto de funcionamiento de los bombeos y pozos Incorporación de un segundo variador de velocidad. Disminución de la presión de consigna. Trabajar más horas los equipos con mayor eficiencia energética. Eliminación de rebombeos innecesarios. 4. Mejora de la contratación y uso de la energía (ahorro económico) Ajuste del funcionamiento a la discriminación horaria y periodos tarifarios contratados (es el mayor ahorro económico) Mejorar los términos de potencia contratados Adecuada contratación en el mercado libre (previsión de consumo próxima semana)

29 OBTENCION DE DATOS EN AUDITORÍAS ENERGÉTICAS

30 Obtención de datos MEDIDA DE NIVEL DINÁMICO

31 Obtención de datos MEDIDA DE CAUDAL

32 Obtención de datos MEDIDA DE ALTURA MANOMÉTRICA

33 Obtención de datos MEDIDA DE PARÁMETROS ELÉCTRICOS

34 Obtención de datos TOPOGRAFÍA

35 Obtención de datos MODELO DE SIMULACIÓN HIDRÁULICA

36 Ejemplos de zonas regables auditadas

37 Sector de estudio Captación Embalse almacenamiento Estación de bombeo Sistema de riego en parcela Distribución de cultivos SAT Tarazona SORETA m 3 Leñosos 16% Sin cultivo 7% 5 captaciones Recursos hídricos subterráneos U.H Cuenca del Júcar 89,3 % Aspersión 6,3 % Localizado 4,4 % sin instalación Demanda 10 bombas sumergidas 140 CV Regulación manométrica Herbáceos extensivos 56% Hortícolas 21%

38 Sector de estudio Captación Embalse almacenamiento Estación de bombeo SECTOR SAT La Pinada Cabezal de filtrado Sistema de riego en parcela Distribución de cultivos Sin cultivo 11% 1 captación Recursos hídricos subterráneos U.H Cuenca del Júcar m % Localizado Demanda 4 bombas sumergidas 51 CV Regulación manométrica Leñosos 89%

39 Sector de estudio Captación Embalse almacenamiento SAT La Chozilla Estación de bombeo Cabezal de filtrado Sistema de riego en parcela Distribución de cultivos Herbáceos extensivos 2% 1 captación Recursos hídricos subterráneos U.H Cuenca del Júcar m 3 Sin cultivo 37% 100 % Localizado Demanda 4 bombas sumergidas 63 CV Regulación manométrica Leñosos 61%

40 Sector de estudio Captación Embalse almacenamiento SECTOR SAT Ontur Cabezal de filtrado Sistema de riego en parcela Distribución de cultivos Sin cultivo 11% 1 captación Recursos hídricos subterráneos U.H Cuenca del Segura m % Localizado Demanda Leñosos 89%

41 Indicadores descriptivos de las zonas regables. Bonete (SC) Tarazona (SOR) La Pinada (LP) LaChozilla (LC) M Alegre (MA) Ontur (ON) Superficie regable (Sa, ha) Superficie regada (Sr, ha) Suministro de agua de riego por unidad de área regada (V s Sr, m 3/ ha -1 ) Potencia total contratada (Nc, kw) 1505 * P1:10 P2:220 P3:220 P1:10 P2:240 P3: Potencia total absorbida (Nt, kw) Energía activa anual consumida (Eac, kwh año -1 ) Energía reactiva anual consumida (Er, KVArh año -1 )

42 Indicadores de eficiencia energética η p, = potencias máximas absorbidas medidas respecto a las contratadas Da una idea de la eficiencia económica de la gestión de la tarifa eléctrica ICE= Representa la altura manométrica media suministrada por los bombeos Bonete SC Tarazona SOR La Pinada LP LaChozilla LC M Alegre MA Ontur ON Rendimiento de potencia (η p, %) 97 * Potencia contratada por unidad de área regable (NcSa, kw ha -1 ) 3,0 * 1,3 0,9 0,4 0,3 Potencia absorbida por unidad de área regada (NcSr, kw ha -1 ) 3,0 5,4 2,3 4,0 0,6 0,3 Energía consumida por área regada (EacSr, kwh ha -1 ) Energía consumida por volumen agua de riego (EacV T, kwh m -3 ) 1,1 0,9 0,7 0,9 1,0 0,7 Coste energético por área regada (CENSa, ha -1 ) Coste energético por m 3 suministrado (CENV s m -3 ) * 0,09 0,08 0,09 0,10 0,07 0,07 Índice de carga energética (ICE, m) 233,11 167,08 154,02 146,59 135,29 115,77 Eficiencia energética de bombeos (EEB, %) Eficiencia energética general (EEG, %) 60,78 52,39 58,25 48,79 36,28 45,21 55,14 48,04 56,15 45,55 17,14 23,13

43 SAT Llano Verde SAT La Pinada SAT Ontur SAT Montealegre (CR-1.6) Sondeos Embalse Red de riego