Instalacion fotovoltaica para la desaladora de Escombreras en la ciudad de Cartagena

INSTALACION FOTOVOLTAICA PARA LA DESALADORA DE ESCOMBRERAS EN LA CIUDAD DE CARTAGENA_ MURCIA

Tomaso Cardia Architect & Energy Consultant Calle Capitenes Ripoll, Cartagena (Murcia) Espa単a mail: tomaso.cardia@gmail.com web: http://tomasocardia2.altervista.org/ Skype: tomaso.cardia phone: 0039-3205349033

INSTALACION FOTOVOLTAICA PARA LA DESALADORA DE ESCOMBRERAS E

MASTER EN ENERGIAS RENOVABLES _ INGENIERIA INDUSTRIAL _ UPCT CARTAGENA Instalacion Fotovoltaica por la desaladora de Escombreras en Cartagena, Murcia

Tomaso Cardia Arquitecto WEB: http://tomasocardia2.altervista.org/

EN LA CIUDAD DE CARTAGENA_ MURCIA

EL PROYECTO OBJETIVOS Y ALCANCES

1.

Analizar la situación de las desaladoras en España con enfoque en la provincia de Cartagena, la necesidad de agua, el consumo energético y el dispendio económico.

2.

Analizar el reporte entre energía consumida y producida por una planta fotovoltaica por una desaladora elegida, para estudiar la rentabilidad y las posibles soluciones 3.

Analizar los beneficios ambientales de una planta fotovoltaica y el su posible impacto económico

METODOLOGIA

En el siguiente trabajo después un análisis de las características de las desaladoras, para establecer las necesidades energéticas anuales (y por cada m3 desalado) se he elegido la desaladora de Escombreras como desaladora de referencia para el estudio; los criterios que han permitido dicha toma de decisión son la fuerte presión política sobre esta desaladora por su excesivo consumo energético y su baja producción con respeto al su tamaño (actualmente se estima un uso anual máximo menor del 20%).

El trabajo continuara con el estudio del recurso solar disponible en el área de Cartagena, en la misma parcela de la desaladora o cercana. Para ello se ha utilizado la aplicación online PVGIS. Después de las valuaciones climatológica y morfológica del área se ha dimensionado y pre-diseñado el sistema fotovoltaico acorde a los recurso de área disponible en entorno del área de la desaladora.

Por fin Se ha estudiado un posible impacto ambiental y económico del proyecto de instalación fotovoltaica propuesta, estimando en particular, el impacto que tendría en el precio del m3 de agua desalada.

Por el presente Trabajo han sido utilizadas las siguientes herramientas: Hoja de Cálculo Excel producida por el Prof.

Antonio Urbina en el curso “Ingeniería de energía Fotovoltaicas” del Master en Energías Renovables por el pre dimensionamiento de la planta fotovoltaica; Software de simulación grafica Autodesk Ecotect para el estudio del sombreamento; Plataforma online “PVGis” para los datos por área geográfica elegida;

Tomaso Cardia Arquitecto WEB: http://tomasocardia2.altervista.org/ MASTER EN ENERGIAS RENOVABLES _ INGENIERIA INDUSTRIAL _ UPCT CARTAGENA Instalacion Fotovoltaica por la desaladora de Escombreras en Cartagena, Murcia

INTRODUCION

La demanda de agua potable es un aspecto de fundamental importancia, en particular modo en áreas donde el recurso de agua dulce está limitado y con una fuerte componente agrícola como en el caso de este trabajo por la región de Murcia. El agua es esencial para la vida y es uno de los recursos más abundante en la tierra, en efecto cubre los tres cuartos de la superficie del planeta. Sin embargo el 97% del agua mundial es salada, y solo el 3% es agua dulce de las cuales el 70% esta almacenada en los polos o permanentemente congelada. Los ríos y los lagos de todo el planeta contienen solo un 0.25% de toda la agua dulce mundial.

Entonces la desalinización del agua marina puede resolver parcialmente el problema de falta de agua dulce en áreas áridas en consideración que el 70% del agua he usada para la agricultura, el 20% para la industria y solo un 10% del agua consumida tiene un uso doméstico.

La producción y la distribución de agua potable a partir de desalación necesita de una fuerte producción energética (Reverse Osmosis System), que en la mayoría de los casos es obtenida de fuentes no renovables lo que hace la producción de las plantas muy costosa a nivel económico, ambiental y dependiente del mercado energético de combustibles fósiles; estos factores tienen muchas repercusiones en el coste del agua potable para el usuario final.

Por estas motivaciones parece importante poder combinar la producción de agua dulce con el uso de energías renovables, lo que necesita de un gran presupuesto inicial, pero después puede aprovecharse de una energía limpia, segura y gratuita. Además, la región de Murcia, área objeto de estudio, destaca por su recurso solar, por esto la producción de energía fotovoltaica aparece como una propuesta viable.

Hasta hoy proyectos similares han sido empleados para plantas de pequeño tamaño (40/80 m3 de media), esto parece garantizar una rentabilidad económica más estable, sin embargo en este trabajo el análisis costes-beneficios puede ser un factor desfavorable, sobre todo con el presente marco legislativo españolo.

Este estudio puede ser un punto de referencia para el análisis y evaluación de los puntos favorables y desfavorables de esta opción tecnológica: alimentar la demanda energética de las desaladoras con energía solar fotovoltaica.

Las plantas desalinizadoras son instalaciones industriales destinadas a la obtención de agua dulce bien para consumo humano, como para utilización en regadíos a partir de agua salada o salobre.

Distribucion agua en el mundo

3%

97%

agua salada

agua dulze

Distribucion agua dulze en el mundo

30%

0,25%

70%

almacenata en los polos lagos y rios rios otros (umedad, atmosfera, etc..)

Uso agua medio dulze

10%

uso agricolo uso industria uso domestico

20%

70%

SITUACION HIDRICA IN ESPANA La evolución de las precipitaciones medias en España ha mostrado una trayectoria desigual desde 1989, si bien la tendencia general de las mismas desde entonces ha sido negativa. A lo largo de este periodo, determinados años hidrológicos han registrado una importante caída de la pluviometría con relación a la media, originándose situaciones de sequía como la acontecida en 2004/05 o 2008/ 09; éstos han sido los años más secos desde 1947, fecha en la que comenzaron a registrarse las series de lluvias.

Por ámbitos geográficos, los embalses con fines consuntivos de la vertiente mediterránea y del Atlántico Sur son los que han registrado un menor nivel de reserva respecto a su capacidad total, situándose la ratio en torno al 35% en los últimos cuatro años. Entre ellos, los más damnificados han sido los de las cuencas del Segura y Júcar.

Por contra la producción de agua desalada en España casi se ha triplicado entre 2000 y 2008, alcanzando la cifra de 1,9 hm3/día. Esta tendencia va a continuar en los próximos años ante el significativo número de plantas que están construyéndose en la Península, así como los proyectos que próximamente serán adjudicados en las Islas Canarias en el contexto del acuerdo suscrito entre el Estado español y el Gobierno canario para la puesta en funcionamiento de desaladoras.

La capacidad instalada de desalación de agua marina y salobre en España se situó en casi 2,4 millones de m3/día al cierre del ejercicio 2008, ostentando Canarias una cuota del 29,6%. A continuación se situaron Andalucía, Región de Murcia, Comunidad Valenciana, Cataluña y Baleares, siendo la participación de estas dos últimas comunidades sensiblemente inferior al resto.

Por su parte, el potencial de producción de agua marina fue de algo más de 1,5 millones de m3/día en 2008, ocupando el primer puesto del ranking de las diez regiones productoras Las Palmas, al aglutinar una cuota en el total de España de un 28,2%. Le siguieron Región de Murcia, Almería, Alicante, Santa Cruz de Tenerife y Baleares. Las cuatro últimas posiciones fueron ocupadas por Málaga, Girona, Ceuta y Melilla.

3,60%

uso agua dulze españa 22%

uso agricolo uso industria uso urbano uso turistico

18,50%

55,40%

continente

48,2

islas

51,8

Distribucion desaladoras España continental 1,9

3,7

20,4

10,7

15,1

Girona

Malaga

Alicante

Almeria

Murcia

138,7; 2% 200000 165000

72000

65000

7687; 98%

Valdelentisco

Aguilas - Guadalentin

escombreras

San Pedro del Pinatar I & II

Demanda eneria elettrica Murcia Demanda maxima plantas de dealacion

Tomaso Cardia Arquitecto WEB: http://tomasocardia2.altervista.org/

DESALADORA ESCOMBRERAS INSTALACION PV

Potencia instalada _ 2,8 MWp Paneles instalados _ 11.368 Sharp ND-Q245F7 245 Wp

Ayuntamiento

_ Cartagena, Murcia, España

Tecnologia _ Ormosis Inversa Superficie ocupada _ 39.612 m2

Produccion _ 63.000 m3/dia Consumo medio energetico

_

3,75

Superficie Lotes + Techado

Inversores instalados _ 6

kWh/m3 4xABB 500kWp, ABB 700kWp, Hs 200 9000

TECHO LOTE A 6% 16%

7000

LOTE E 23%

6000

LOTE B 16%

5000 4000

LOTE D 18%

3000

LOTE C 21%

2000 1000

Demanda energetica mensual (funcionamiento 20%, 50%, 80%)

0

Ene

Feb

Mar

Abr

May

5,86

Jun Hh

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Hopt

5,34 4,98 4,58

GWh

MASTER EN ENERGIAS RENOVABLES _ INGENIERIA INDUSTRIAL _ UPCT CARTAGENA Instalacion Fotovoltaica por la desaladora de Escombreras en Cartagena, Murcia

8000

4,01

4,00

2,82

2,56

2,50

2,13

3,11

3,09

1,14

1,25

1,24

0,64

0,85

3,33

0,89

1,13

1,33

440,86 434,59 474,25 476,53 489,80 476,27 413,45 385,56

302,09 277,03

3,09

2,23

1,60 1,00

300,60 330,91

3,66

3,56

2,86

1,00

4,94

4,51

3,41

2,50

4,94

1,46

Ene Feb Mar

Abr May Jun

Jul

Ago Sep

Oct Nov

Dic

1,24

Produccion en los anos años 50

3,21

25

3,93

20

4,09

10

GASTOS MEDIO MENSUAL

20% _ 126.000 € /mes 50% _ 325.000 € /mes 80%_ 518.000 € /mes

4,43

5

4,61

0 0,00 MWh

4,80 1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

COSTE INSTALACION 2.800.000 €

BENEFICIOS

Energia demandata y producida

7,00

(funcionamiento 20%, 50%, 80%)

(GWh)

año

50 _ Beneficio +12,097 M euro

Energia generada total

2,01 TWh

6,00

emissiones evitadas

5,00

kg CO2 eq. _ 79.446.913,94 g SOx _ 2.419.702,96 g NOx _ 3.387.584,15

4,00

3,00

CIERRE FINANCIERO 2015 2,00

coste inicial instalacccion

- Coste paneles (0.90 €/Wp) - Coste inversores (catalogo 2014) - Obras civil (20% del gasto total) Total: 2,8 M€

1,00

0,00

Coste Mantenimiento

20%

kWh/m3

- Gastos anuales (1% sobre la instalacion) - Reparaciones puntuales (10.000 €/año) - Desinstalacion y reciclado ( 40.000 €/año) - Otros gastos (50.000 €)

100% 90% 80% 70%

1,39

Parametros economicos

60%

- Tasa de inflacion (-0,2% Eurostat) - Tasa de inflacion electrica (18,2% Eurostat) - Tasa de interes (4,5%) -Precio kWh en red (0,118 €/kWh Eurostat) - Coste Tm CO2 (7,43 €/Tm Co2) - Impuestatos a la generacion (0,02 €/kWh)

50% 40%

2,36

30% 20% 10%

PV

Red

0%

Ahorro medio mensual _37,16%

50%

kWh/m3

año

25 _ Beneficio +206,600 M euro

Energia generada total

100% 90%

113,070 GWh

80%

0,56

70%

emissiones evitadas

60%

kg CO2 eq. _ 43.625.272,9 g SOx _ 1.328.696,84 g NOx _ 1.860.174,98

50% 40% 30%

3,19

20% 10%

PV

Red

0%

Ahorro medio mensual _14,86%

80%

kWh/m3

100% 90% 80%

0,35

70% 60% 50% 40%

año

10 _ Beneficio +11,700 M euro

emissiones evitadas

30%

3,40

kg CO2 eq. _ 17450209,0 g SOx _ 531478,4 g NOx _ 744069,8

20% 10%

PV

Red

0%

Ahorro medio mensual _9,30%

año

4 _ PBP

AHORRO ECONOMICO MEDIO 566.330,17 € /año Instalacion _ - coste

2,8 M euro

Tomaso Cardia Arquitecto WEB: http://tomasocardia2.altervista.org/ MASTER EN ENERGIAS RENOVABLES _ INGENIERIA INDUSTRIAL _ UPCT CARTAGENA Instalacion Fotovoltaica por la desaladora de Escombreras en Cartagena, Murcia

CONCLUSIONES

Entre las modernas tecnologías de tratamiento de agua la que es más común es la desalación. Se propaga habitualmente en los países donde la obtención tradicional de agua potable no es posible o muy dificultosa. Todavía parece una solución ideal para países ricos en energía y pobres en agua desalada, porque todavía es un tratamiento con demasiado dispendio de energía.

A pesar de que los costes de producción empiezan a ser relativamente económicos, los costes de realización siguen siendo altos (El Qatar, por ejemplo, es uno de los países con un porcentaje muy alto de consumo de energía per cápita y sin embargo ha financiado una obra de acueducto submarino para aprovechar agua de Irán).

En el presente estudio se ha intentado estudiar la rentabilidad de una planta fotovoltaica para una gran desaladora en la Región de Murcia, España. Hasta hoy el uso de la energía fotovoltaica se ha utilizado en la mayoría de los casos en Desaladoras de pequeña dimensiones.

La energía necesaria para la producción de agua potable para una desaladora de este tamaño (mediano: 3,75 kWh/m3) es todavía muy alto, y a pesar de una planta fotovoltaica tan grande y que tiene un pay back period relativamente bajo (4/5 años) produce un ahorro siempre relativamente bajo con respeto a la energía necesaria, pero que no es despreciable, por otra parte una instalación de fuente renovables protege las cuentas económicas de un incremento repentino de los costes de la energía eléctrica.

Una necesaria consideración se debe hacer para la gran ocupación de terreno que una instalación fotovoltaica de este tamaño necesita. En el actual estudio un factor limitante ha sido un uso limitado de superficie disponible que ha podido cubrir solo un porcentaje relativamente bajo de la energía requerida. La cobertura total de la energía necesita superficies muy amplias con una consecuencia perdida de superficie natural en el entorno. Parece entonces paradójico como en regiones agrícolas, que necesitan más agua con respecto ad otras, no pueden tampoco permitirse un dispendio excesivo de superficie.

En el caso concreto de la desaladora de Escombreras que trabaja hasta hoy en un régimen bajo del 20% de su potencial, el ahorro económico producido por la sustitución de la energía consumida de la red por la generada con una planta fotovoltaica de este tamaño no es despreciable: en el mes de Diciembre, que tiene una menor radiación solar, el ahorro energético alcanza a 24,18% (€ 32.672,47) y en el mes de mayor radiación solar, Julio, el ahorro energético alcanza el 36,70% (€ 57.765,85); por suerte la tecnología fotovoltaica parece bien acoplada con una planta de desalación por las obvias características de las áreas áridas de poder disfrutar de un alto recurso de radiación solar.

Consideraciones futuras: Las limitaciones de una combinación de una planta fotovoltaica con una planta de desalación sugieren los siguientes campos de estudio entre que se pueden abordar en el futuro: Consideraciones sobre el marco normativo (las Leyes y Decretos) reguladores de este tipo de instalaciones del país dónde se realizaría la instalación.

Consideraciones sobre la Superficie: Actualmente el uso de superficie horizontal parece un importante factor límite para la instalación fotovoltaica, sobre todo en áreas que más necesitan agua como la rural, pues el uso del terreno en un factor fuertemente limitante. Por otra parte el sombreado que ésta produce arriesga producir un cambio real en las características naturales del terreno. Sería importante entonces seguir trabajando en el estudio del rendimiento de los paneles fotovoltaicos y estudiar soluciones de instalación verticales para reducir al máximo el consumo de preciosa superficie.

Consideraciones sobre la Optimización de las desaladoras de ósmosis inversa.

Por otro lado, como se he visto en la introducción, las plantas de desalación son necesitan una fuerte cuantidad de energía eléctrica. Es de primaria importancia entonces seguir con el estudio de optimización de estas importante plantas porque van aumentando la demandas de agua e la demanda de energía y la mayor estrategia, como la naturaleza enseña, está seguramente en el ahorro.

REFERENCIAS

ABB. Quaderni di applicazione tecnica n.10 Impianti fotovoltaici. Bergamo: ABB Sace, 2010.

AGBAR, agua y saneamiento. Produccion anual de la delasacion en Espana. Grupo AGBAR, 2004.

Amy M. Bilton, richard Wiesman, A.F.M. Arif, Syed M. Zubair, steven Dubowsky. «On the feasbility of community-scale photovoltaic-powered reverse osmois desalination systems for remote locations .»

Science direct, 2011: 11.

Argem. Atlas de radiacion solar y temperatura ambiente en la Comunidad Autonoma de Murcia.

Murcia: Argem, 2007.

Arun Subramani, Mahammad Badruzzaman, Joan Oppenheimer, Joseph G. Jacangelo. «Energy minimization strategies and renewable energy utilization for desalination: A Review.» MWH Americas Inc., John Hopkins University, Baltimore, USA, 2010.

Cajamar, Fundacion. La desalacioñ en España.

Informes y Monografias, Fundacion Cajamar, sociedad cooperativa de credito , 2009.

Estado, Boletin oficial del. «Real Decreto 413/2014.» Disposiciones generales. 6 Junio 2014. eurostat. http://ec.europa.eu. s.d. http://ec.europa.eu/eurostat/tgm/table.do?tab=t able&init=1&plugin=1&pcode=tec00118&language= en López, Alejandro Iñiguez. LA SITUACIÓN ACTUAL DE LAS DESALADORAS EN EL SUDESTE MEDITERRÁNEO ¿UNA ALTERNATIVA A LOS TRASVASES? alicante: Universidad de Alicante, 2013. prensa, Gabinete de. Ministerio de Agricoltura, alimentacion y medio ambiente, 2012.

S.A., SGS ICS Iberica. Declaracion Medioambiental Desalanizadora de Valdelentisco (Octubre 2013 Septiembre 2014). Declaracion Medioambiental, Valdelentisco: Cadagua Valdelentisco, 2014. transport, IET - Institute for energy http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/. http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

and. s.d.

Tomaso Cardia Architect & Energy Consultant Calle Capitenes Ripoll, Cartagena (Murcia) Espa単a mail: tomaso.cardia@gmail.com web: http://tomasocardia2.altervista.org/ Skype: tomaso.cardia phone: 0039-3205349033