Aprovechamiento de la energía residual del sistema de abastecimiento de agua a Cantabria

Transcripción

1 Aprovechamiento de la energía residual del sistema de abastecimiento de agua a Cantabria César Prieto García Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos; Jefe del Departamento de Proyectos y Obras de Abastecimiento de Aguas de la Cuenca del Norte, S.A. cprieto@acuanorte.es 1 Introducción A pesar de su alta pluviometría, Cantabria sufre de forma sistemática problemas de abastecimiento de agua durante los meses de estiaje. Esta situación se produce debido a la carencia de regulación en los principales cauces de la vertiente cantábrica de esta comunidad. En estas circunstancias, la combinación estival de periodos de menores precipitaciones junto con un drástico aumento de la población (consecuencia de la actividad turística de la zona), produce una situación de desabastecimiento que debe ser resuelta a costa de incumplir las condiciones de caudales ambientales impuestas por el Organismo de cuenca. El sistema de Abastecimiento de agua a Cantabria representa la respuesta a estos problemas de abastecimiento de agua. La solución adoptada pretende dar una solución integral, tomando como punto de partida el aprovechamiento de las infraestructuras existentes, el respeto a los valores medioambientales en un área de alto valor ecológico y la optimización de la eficiencia energética. En resumen, el sistema de abastecimiento de agua a Cantabria consiste en un sistema bidireccional de captaciones, estaciones de bombeo, depósitos y conducciones cuyo fin es almacenar los excedentes de agua de la cuenca del río Besaya durante la época de mayores lluvias (sentido regulación) en el embalse del Ebro, situado en el Valle de Campoó, junto a la población de Reinosa. Posteriormente, durante el verano, el volumen almacenado se utilizará para el abastecimiento de agua a las poblaciones e industrias de la franja costera (sentido abastecimiento), donde se concentra la mayor parte de la demanda. De esta forma se libera en esta época la presión de las captaciones para uso humano sobre los ríos, y se permite que éstos recuperen su régimen estival natural. Para la regulación del agua almacenada se utilizará. El diseño del sistema, aprovechando los grandes desniveles que produce la accidentada orografía de la zona, se ha concebido desde el primer momento como un sistema capaz de equilibrar los consumos energéticos necesarios para impulsar el agua desde la cuenca cantábrica hasta el embalse del Ebro con la energía potencial disponible como consecuencia de la diferencia de cotas entre dicho embalse (840 msnm) y los puntos finales de entrega (150 msnm). 2 Consumo energético en las estaciones de bombeo Para transportar el agua desde el embalse del Ebro hasta los puntos de suministro es preciso superar la diferencia de cota entre ambas cuencas. La altura geométrica de dicho salto es de 120 m (la cota del embalse del Ebro puede considerarse constante en 840 m, ya que sus oscilaciones son relativamente pequeñas, mientras que el punto más alto de la conducción está a la cota 960 m). Los datos del bombeo necesario para superar esta divisoria son los siguientes:

2 Tabla 1 Datos del bombeo en sentido Ebro-Norte Volumen medio Altura geométrica Altura manométrica Estación de bombeo Cota demandado bombeo bombeo (Qmax) Ebro+Alsa 7,36 Hm3 833,39 msnm 144,36 m 200,84 m Para el bombeo de los caudales excedentarios se han seleccionado las tres ubicaciones, situadas a la cota más alta posible, cuyas cuencas son capaces de garantizar el volumen total de déficit que demanda la población servida. Las características de las estaciones de bombeo situadas en dichas cuencas son las siguientes: Tabla 2 Características de las estaciones de bombeo en sentido Norte-Ebro Estación de bombeo Volumen Altura geométrica Altura manométrica Cota aprovechable bombeo bombeo (Q max ) Hirvienza 2,28 Hm3 778 msnm 100,25 m 102,42 m Besaya 6,38 Hm3 673 msnm 241,25 m 244,73 m Corrales > 20 Hm3 153,59 msnm 810,16 m 847,83 m De acuerdo con estos datos, en un año medio será posible conseguir almacenar toda el agua necesaria para abastecer a la zona costera de Cantabria utilizando únicamente los dos bombeos más altos (Hirvienza y Besaya). La construcción del bombeo de Corrales se justifica como el elemento que proporciona la garantía de suministro en aquellos años más secos en los que no bastaría con el volumen proporcionado por los dos primeros. Continuando con la hipótesis de año medio, la altura que es preciso bombear para almacenar el agua en el embalse del Ebro y posteriormente entregarla al usuario es de 410 m (para la realización de este cálculo se han promediado las alturas manométricas de los bombeos de Hirvienza y Besaya). 3 Producción energética en las centrales hidroeléctricas El agua destinada a suministro (sentido abastecimiento), una vez superado el punto alto antes citado (cota 960 msnm), continúa siendo transportada por tubería hasta un depósito situado a la cota 840 msnm, que alimenta las dos conducciones que abastecen a los puntos de suministro previstos, que son las cabeceras de los sistemas de abastecimiento de las comarcas de Santander y Torrelavega. Desde estos puntos se distribuye el agua a lo largo de toda la franja costera mediante una conducción denominada Autovía del Agua. Las características de estos puntos de entrega son las siguientes: Tabla 2 Características de los puntos de entrega del agua a los sistemas actuales de abastecimiento Punto de entrega Cota Salto bruto Salto neto (Qmax) Toranzo (sist. Santander) 154,88 msnm 685,22 m 668,77 m Corrales (sist. Torrelavega) 179,60 msnm 660,50 m 645,85 m

3 4 Balance energético del sistema 4.1 Año hidrológico medio Como se ha visto en los apartados anteriores, cada metro cúbico de agua que sea trasegado en el sentido tendrá tres componentes energéticas, que son las siguientes: 1. En sentido regulación, es necesario bombear la altura necesaria para superar la divisoria entre las cuencas del Ebro y del Cantábrico. La altura manométrica que es necesario bombear durante esta fase en un año medio (según un promedio ponderado de los dos bombeos de Hirvienza y Besaya) es de 210 m. 2. En sentido abastecimiento, de nuevo debe bombearse para superar de nuevo esa divisoria. En este caso la altura manométrica media es de 200 m. 3. En sentido abastecimiento, el desnivel existente entre el punto más alto de la traza y la cota de los puntos finales de entrega supone un salto que se puede aprovechar mediante la instalación de una central hidroeléctrica aguas arriba de cada punto de entrega. El salto neto medio aproximado de estas dos centrales es de 650 m. De acuerdo con este sencillo esquema de alturas, se deduce que existe una energía residual en el agua trasegada en el sistema. Esta energía residual aparece en forma de energía potencial, con un salto neto aproximado de 240 m. El aprovechamiento de esta energía residual no sólo supone la recuperación de la energía que consumen los bombeos necesarios para mantener el régimen de explotación normal previsto en el sistema, sino que en condiciones favorables es previsible alcanzar un balance energético positivo. 4.2 Año hidrológico seco Toda la teoría que se ha desarrollado hasta ahora está basada en la hipótesis de explotación en el año medio. En años de déficit más altos, en los que será necesario poner en funcionamiento el bombeo de Corrales, que es el de mayor altura manométrica, el consumo energético del sentido regulación sufre un incremento muy importante, lo que reduce la rentabilidad energética del sistema e incluso, en condiciones de sequía extrema, puede llegar a niveles de déficit energético. No obstante, esta hipótesis de sequía extrema continuada es poco probable en el clima cantábrico, y se espera que su índice de aparición sea inferior al 10% de los años de vida útil de la instalación. 4.3 Año hidrológico húmedo En contrapartida, para amortiguar este fenómeno, durante los años de precipitaciones superiores a la media, se puede regular un mayor volumen de los bombeos de mayor cota. De esta forma es posible disponer de una reserva en el embalse del Ebro que permita afrontar episodios de sequía reduciendo al mínimo indispensable el volumen impulsado desde el bombeo de Corrales.

4 5 Conclusiones El sistema de Abastecimiento de agua a Cantabria, en combinación con la Autovía del Agua ejecutada por el Gobierno Autonómico, permite resolver los problemas de suministro de la mayor parte de la población de dicha comunidad autónoma. El diseño de estas instalaciones se ha llevado a cabo desde una perspectiva integral, considerando como criterio fundamental el mínimo consumo energético de los bombeos necesarios para el trasiego del agua en ambos sentidos. Mediante la selección de puntos de bombeo situados a la mayor cota disponible y puntos de entrega lo más bajos posible, es posible alcanzar un régimen de explotación, en las condiciones hidrológicas del año medio, en el que el balance energético es positivo. Si el sistema se explotase sin contar con fenómenos plurianuales, la explotación sería energéticamente favorable hasta superar un umbral de equilibrio, a partir del cual el consumo del bombeo de Corrales supera las producciones energéticas de las centrales hidroeléctricas. En la siguiente gráfica se representa la evolución del balance energético en función del caudal de suministro y del volumen de déficit. Figura 1 Coste neto, según escenarios de caudal punta de suministro Mediante un Plan de Explotación que considere la incidencia del factor plurianual (alternancia de años secos y de años húmedos ) es posible mantener en el embalse del Ebro una reserva obtenido mediante el aprovechamiento máximo de los caudales procedentes de los bombeos de menor altura manométrica, reduciendo al mínimo la participación del bombeo de que produce el mayor consumo energético. En consecuencia, de todo lo anteriormente descrito se concluye que el sistema de Abastecimiento de agua a Cantabria, mediante la adecuada selección de las cotas de los puntos de bombeo y entrega, se ha convertido en una instalación energéticamente sostenible.

5 Por último, con un Plan de Explotación adecuadamente diseñado, será posible no sólo compensar el consumo energético necesario para funcionar en el régimen de diseño previsto, sino que se podrá superar dicho umbral y convertir el sistema en un elemento de generación de energía renovable. Figura 2 Planta general del sistema de Abastecimiento de agua a Cantabria

6 Figura 3 Perfil longitudinal del sistema de Abastecimiento de agua a Cantabria