6. OpenDay Figaro OPTIMIZACION AGUA-ENERGIA … · III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de...

70
Una plataforma Flexible de Riego de Precisión para la mejora de la productividad del agua a nivel de parcela FIGARO Fernando Martínez Alzamora, IIAMAUPV III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego IMPLANTACIÓN DEL RIEGO DE PRECISIÓN DESDE LA PLATAFORMA FIGARO Valencia, 30 de Junio 2016 1 La optimización del uso del agua y la energía en redes de riego a presión

Transcript of 6. OpenDay Figaro OPTIMIZACION AGUA-ENERGIA … · III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de...

UnaplataformaFlexibledeRiegodePrecisiónparalamejoradelaproductividaddelaguaaniveldeparcela

FIGARO

FernandoMartínezAlzamora,IIAMA‐UPV

IIIJornadasobreGestiónEficientedelAguadeRiego

IMPLANTACIÓN DEL RIEGO DE PRECISIÓNDESDE LA PLATAFORMA FIGAROValencia,30deJunio2016

1

Laoptimización deluso delagua ylaenergía enredes deriego apresión

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 2

Contenidos

• La Gestión Técnica del Riego

• La optimización del uso del agua, la energía y los fertilizantes

• Un caso de estudio

• La integración del optimizador en FIGARO

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 3

LA GESTIÓN TÉCNICA DEL RIEGO

4

GestiónTécnicadelRiego

– GestiónAgronómica• Determinaciónnecesidadeshídricasdeloscultivos• Cálculodelostiemposderiegonecesarios(teóricos)

• Establecimientodelnúmeroyfrecuenciaderiegos• Fertirrigación Colectiva:

– DeterminacióndelasUnidadesFertilizantesrequeridas– Elaboracióndelasmezclasdefertilizantesautilizar– Establecimientodeloscalendariosdefertirrigación

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 4

5

– GestiónHidráulica• Suministrarelaguarequeridadelaformamásconveniente:– Caudalesadecuados– Presionessuficientes– Rotacióndeturnosyajustedelostiemposderiego– Menorconsumoenergéticoposible– Ahorrodecostesutilizandolastarifasmásventajosasyelvolumendelasbalsas,siexisten.

– Máximaeficaciaenlaaplicacióndelosfertilizantes

GestiónTécnicadelRiego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 5

6

Estimación de las Necesidades hídricasDatos climáticosDatos agronómicosSensores campoTeledetección

Evaluación gestión agronómica (agua)Lecturas contadores

Gestiónagronómicadelcultivo

Programación Nº riegosAjuste necesidades

AHORRO DE

AGUA

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 6

7

Estimación NecesidadesEnergéticas

Presiones requeridas

Trazado de la redCaracterísticas equiposSectorización

Evaluación gestión hidráulica  (energía)Medida de presionesFacturas eléctricas

Gestiónhidráulicadelaredderiego

ProgramaciónJornada de RiegosGarantía presiones Ajuste necesidadesEficiencia equiposTarifas aplicables

GARANTÍA

SERVICIO

AHORRO DE

AGUA ADIC.

AHORRO DE

ENERGÍA

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 7

8

Estimación Necesidades FertilizantesDatos agronómicosAnálisis foliar

Evaluación gestión agronómica (abonos)Fertilizantes aplicados

Gestióndelafertirrigación

ProgramaciónFertirrigaciónAjuste necesidades

AHORRO DE

FERTILIZANTES

Evaluación gestión hidráulicaTiempos efect. fertirrigación

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 8

ProgramaciónNº Riegos

Esquemadeoptimizacióngeneral

Programación Jornada Riego

ProgramaciónTurnosFertirrigación

AHORROENERGÍA

AHORROAGUA

AHORROFERTILIZANTES

Ajuste neces.globales

Mejor Eficiencia

Ajuste neces.hidrante

Reducción emisiones CO2

Reservas aguaotros usos

Menor degradación del medio

Laminación demanda

Tarifas valle

Ajustenecesidades

OPTIMIZ

ECONÓMICA

AHORROCOSTES

9III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

LA OPTIMIZACIÓN DEL USO DEL AGUA,LA ENERGÍA Y LOS FERTILIZANTES

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 10

Consideraciones generales

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 11

• La tecnología del riego• La organización del riego• La configuración de la red de riego• El modo de operación de las E. Bombeo• Las tarifas eléctricas• El sistema de fertirrigación• La simulación hidráulica• Las técnicas de optimización

Cualquieralgoritmodestinadoaoptimizarelusodelagua,laenergíaolosfertilizantesenlasredesderiegodebetenerpresentelassiguientesconsideraciones

LaTecnología yOrganización delRiego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 12

Tecnologías deriego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 13

– Riego por aspersión Los riegos son espaciados en el 

tiempo (1 ó 2 semanas) La eficiencia del riego es menor por 

dispersión, viento, evaporación...  Las presiones requeridas en hidrante 

llegan a 40 m

Riego por goteo Pueden ser de alta frecuencia (diario) La eficiencia hídrica es mayor al 

aplicar el agua sobre la zona radicular Las presiones requeridas en goteo son 

menores (10 m)

Modos deorganización delriego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 14

– Riego a la demanda

• Demanda libre  Cada usuario decide por su cuenta la cantidad e de agua a 

tomar y el momento para aplicarla El ahorro de agua queda a criterio del agricultor El ahorro de energía se limita a optimizar la respuesta de la 

estación de bombeo Los costes energéticos dependen de la hora de riego elegida

• Demanda restringida Cada usuario puede regar dentro de un periodo de tiempo 

preestablecido Es posible evitar concurrencias de demanda Se pueden reducir costes evitando horas punta

Modos deorganización delriego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 15

– Riego por turnos

• Turnos programados  Se establecen varios turnos de riego por jornada Cada usuario es asignado a un turno de riego determinado Los turnos son establecidos en principio por criterios de 

proximidad, cota del terreno, capacidad de bombeo, .. Se pueden aplicar algoritmos de optimización para asignar a 

cada toma el turno más conveniente Al uniformar los tiempos de riego, se producen excesos o 

defectos de agua aplicada El consumo energético es fijo para cada turno Se pueden evitar los periodos punta de mayor coste

Modos deorganización delriego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 16

– Riego por turnos

• Turnos a demanda Cada usuario elige el turno preestablecido en que desea regar Se pierde el control del punto de operación de las bombas, y  

por tanto del consumo energético

• Turnos optimizados Un algoritmo de optimización determina previamente el turno 

más conveniente en que debe regar cada toma Permite controlar los caudales en cada turno y el punto de 

operación más conveniente de las bombas Al aplicar el mismo tiempo de riego a todas las tomas se pierde 

eficiencia hídrica

Modos deorganización delriego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 17

– Riego programado por tomas según demanda

• Peticiones de usuarios  Los usuarios realizan peticiones de volúmenes de agua 

a aplicar o tiempos de riego Un gestor asigna el momento de apertura y cierre de 

cada válvula conforme a las peticiones recibidas El gestor reparte los tiempos de riego a su criterio para 

evitar solapamientos y controlar el consumo energético

Es posible aplicar un algoritmo que optimice la coordinación de los riegos para minimizar los costes

El ahorro de agua queda a criterio del agricultor

Modos deorganización delriego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 18

– Riego programado por tomas según demanda

• Conforme necesidades hídricas de los cultivos Similar al anterior, pero los volúmenes aplicados se 

adecúan a las necesidades hídricas de los cultivos Es posible optimizar en este caso el consumo de agua, 

de energía y los costes energéticos Sería el modo de riego óptimo y recomendado En caso de fertirrigación centralizada, las necesidades 

de abonado pueden condicionar las decisiones óptimas anteriores

LaConfiguración delaredderiego

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 19

20

SistemasdesuministrodelaguaderiegoExistendiversastipologíasderedesderiegoafindeproporcionarlapresiónrequeridaenloshidrantes

• Suministroporgravedaddesdeunembalsesituadoacotasuficienteyalimentadoporunacanaldetransporte

• Reddecaptaciónyelevaciónaembalsesderegulación,independientedelared deriego.

• Reddecaptaciónyelevaciónaembalsesderegulación,formandopartedelareddedistribuciónderiego.

• Inyeccióndirectamediantegruposdeelevación desdedepósitoareddedistribución.

• Redderiegoconmúltiplespuntosdecaptaciónyvariasobrasderegulacióninterconectadasenlaredderiego.

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 20

Diferentesmodosdealimentarunaredderiego

Captación y embalse en cabecera

Captación y embalse formando parte de la red

Bombeo con inyección directa

Sistema mixto con varios bombeos y depósitos21

22

Nivelesdeautomatización

• Automatizaciónindividualdelriegoenparcela,normalmente conunprogramadoryunconjuntodeválvulashidráulicasoelectroválvulas.

• Automatizacióngeneraldeunaredderiegoysugestión,habitualmenterealizadoconunordenadorcentralyunaredenanillodeunidadesdecampoquecontrolancadaunodeloshidrantes,tomasounidadesdecontrolremoto.

• Regulaciónycontroldelaestacióndebombeo paraadaptarlademandadecaudalypresiónalasnecesidadesdelaredconelfindereducirelcosteenergético.

• Automatizaciónintegraldelsistemaparaprogramarlosriegos,lafertirrigación,lalimpiezadecabezales,etc.

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 22

ElModo deOperación delaEstación deBombeo

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 23

Variablesdeoperación en una E.Bombeo

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 24

– Variables de operación de una E. Bombeo• Estado de marcha y paro de las bombas• Caudal impulsado por cada bomba• Altura de bombeo• Velocidad de giro de las bombas de veloc. variable

– Potencia y energía absorbida por una bomba.

E / . ,       € €

• Si H = 100 m ,   = 0,75  y  p = 10 c€/kWh → c = 3,6 c€/m3

Variablesdeoperación en una E.Bombeo

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 25

– Variables consignables con BVF• Número de bombas en operación

– Variables consignables con BVV• Número y tipo bombas en operación• Velocidad de giro de las BVV• Altura de impulsión

Variablesconsignables en una E.Bombeo

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 26

– Modo de operación real de las E.B.• En la práctica las E.B. van provistas de un sistema de control propio que arranca o para las bombas por consignas

• Usualmente trabajan con consignas de presión y de velocidad mínima para las BVV

– Variables consignables en la práctica• El caudal horario demandado 

o Depende de la organización de los turnos o de las horas de apertura y cierre de las válvulas

• La altura de bombeo  (no siempre)

LasTarifas Eléctricas

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 27

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 28

Valle (descuento 43%) Llano Punta (recargo 100%)

Optimizacióneconómicadelajornadaderiego

Determinación de la secuencia de riego de los distintos sectores

– Estructuratarifariaparapotenciasmediasmediasybajas(BT)

29

– EstructuratarifariaenelmarcodelanuevaleydelmercadoeléctricoparaP>450kW–AT(tarifasdecrecientesdeP1aP6)

Optimizacióneconómicadelajornadaderiego

29III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

30

– CostedelkWh enelmercadoeléctricoentiemporealparael30‐6‐2016(RedEléctrica)

Optimizacióneconómicadelajornadaderiego

30III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

31

– CostedelkWh enelmercadoeléctricoparalasemana24/30junio2016(RedEléctrica)

Optimizacióneconómicadelajornadaderiego

31III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

ElSistemadeFertirrigación

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 32

33

‒ Fertirrigación a nivel de parcela• El agricultor dispone de sus propios equipos de fertilización• Usualmente fuerza el riego durante el periodo de fertilización

‒ Fertirrigación por turnos• En determinados turnos de riego se inyecta un fertilizante en cabecera de red

• El fertilizante tardará un tiempo para llegar a los puntos de aplicación, viajando a través de la red 

• Por contra, el agua con fertilizante puede permanecer un tiempo en la red tras finalizar el turno de fertirrigación

‒ Fertirrigación en continuo• Toda el agua suministrada a la red va dosificada con fertilizante en pequeñas dosis

• La fertilización se suprime en determinadas épocas del año

Sistemasdefertirrigación

33III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

34

– Comunidadesderegantesdondepredominaelmonocultivo(frutales)

– Explotacionesdetamañopequeño(0.5‐1ha)– OrganizacióndelriegoporSectores/Turnos– Equipodeinyeccióncentral

• Venturi• Bombas

– Pistón– Centrífugas

– Automatización• Tiemposdeinicioyparada• Caudaldeinyección

CaracterísticasFertirrigación centralizada

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 34

35

‒ Necesidades UF de las parcelas• Diferentesnecesidadessegúnespecie,tamaño,épocadelaño,análisisfoliares

– Determinación de los fertilizantes a utilizar• Composiciónóptimasegúnlaépocadelaño

– Número y frecuencia de riegos con fertirrigación• Concentr.MaxFert :0,5gr/laguaderiego(ProducciónIntegrada)

– Tiempo de Fertirrigación• TiempodellegadadesdeelcabezalalasTomas

Tiempo de Riego < > Tiempo de Fertirrigación Real

Gestióndelafertirrigación

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 35

36

• Sectoresquenofertirriegan– Resultadifícilgarantizarquenorecibanfertilizante– Seproduceel“lavado”delFertiliizante delared

Ejemplo. Sector teóricamente sin Fertirrigación

TFert/TRieg%

0

20

40

60

80

100

H- 12 C- 3 H- 12 C- 6 H- 18 C- 3 H- 18 C- 4 H- 18 C- 5 H- 2 0 C- 1 H- 2 9 C- 1 H- 3 3 C-

4

H- 3 8 C-

5

H- 3 8 C-

6

H- 3 9 C-

5

H- 3 9 C-

7

H- 4 2 C-

5

H- 5 C- 1 H- 5 1 C- 4 H- 5 6 C-

6

H- 5 7 C- 1

Gestióndelafertirrigación.Ejemplo

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 36

LaSimulación Hidráulica

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 37

38

– Elprocesodeoptimizaciónconllevarealizarmúltiplessimulacionesdelarespuestadelaredantelasestrategiasdeoperación

– Aunquelasredesseanaparentemetneramificadas,lapresenciadevariasfuentesdesuministrolasconvierteenmalladas

– Demandasfijasodependientesdelapresión– Nivelhidrante,toma,aspersorogotero– Leyesdecontrol– Condicionesinyecciónfertilizantes

LaSimulaciónHidráulica

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 38

– Consumodelosgruposdebombeo– Comportamientodelared(presionesmáximasymínimas,

caudalesyvelocidadesentuberías…)

– Distribucióndelfertilizanteenred

Simulaciónhidráulicaescenariosderiego

Calibración

Modelo hidráulico EPANET

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 39

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

6:00 40

6:30

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

41

7:30

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

42

9:30

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

43

13:30

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

44

15:30

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

45

16:30

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

46

18:00

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

47

DUFavg= 86.67% DUFStd= 24.21%.

TFert/TRieg%

0

20

40

60

80

100

H- 12

C- 1

H- 12

C- 2

H- 12

C- 5

H- 16

C- 1

H- 16

C- 4

H- 17

C- 2

H- 17

C- 3

H- 17

C- 4

H- 17

C- 7

H-

2 8

C- 2

H- 3

C- 1

H- 3

C- 2

H- 3

C- 3

H- 3

C- 4

H- 3

C- 5

H- 3

C- 7

H-

3 0

C- 2

H-

3 6

C- 2

H-

3 6

C- 4

H-

3 6

C- 5

H-

3 6

C- 6

H- 4

C- 1

H- 4

C- 2

H- 4

C- 3

H-

4 2

C- 2

H-

4 2

C- 3

H-

4 2

C- 4

H-

4 2

C- 6

H-

4 2

C- 8

H-

4 2

C- 9

H-

5 6

C- 10

H-

5 6

C- 3

H-

5 6

C- 5

H-

5 6

C- 7

H-

5 6

C- 8

H-

5 6

C- 9

H-

Noe

C- 1

H-

Noe

C- 2

H-

Noe

C- 3

H-

Noe

C- 4

%

Sector S1

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

48III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

DUFavg= 86.67% DUFStd= 24.21%.

%TFert/TRieg

0

20

40

60

80

100

H-12 C-3 H-12 C-6 H-18 C-3 H-18 C-4 H-18 C-5 H-20 C-1 H-29 C-1 H-33 C-4 H-38 C-5 H-38 C-6 H-39 C-5 H-39 C-7 H-42 C-5 H-5 C-1 H-51 C-4 H-56 C-6 H-57 C-1

%

Sector S6

Arviza, J.; Martínez, F.; Jiménez. M.A.; Balbastre, I.(2015). Integración de la gestión de la fertirrigación colectiva deuna comunidad de regantes en un entorno SIG. Actas del IIII Congreso de Agro-ingeniería 2005, Resumen pp 73-74.ISBN 84-9773-208-1

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

49III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

50

Posibilidadesdemejora– Rotarlossectoresderiego.Deestemodotodoslossectoressonigualmenteperjudicadosóbeneficiados

– Instalarválvulassectorizadoras paraaislarlasparcelassinfertirrigación (cultivosecológicos)

– Compensarlosdéficitsdesuministroadichasparcelasdurantelosturnossinfertirrigación

Ejemplo.Simulaciónavancedeunfertilizante

50III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

LasTécnicas deOptimización

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 51

52

Técnicasdeoptimización

Formulación del problema por Progamación Lineal Formulación con restricciones No Lineales Formulación con variables enteras (binarias o no) Formulación del objetivo mediante funciones de penalización Formulación multiobjetivo

Métodos matemáticos (PL, IP, …) Métodos heurísticos

o Algoritmos genéticos (AG)o Otros algoritmos: recocido simulado, colonia de hormigas, etco Fronteras de Pareto (multi‐objetivo)

52III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

Optimizaciónenergéticariegoporturnos Sectorización mediante algoritmos genéticos (GA)

Fundamentoso Primeramente se determina el número de sectores a consideraro Se establecen una serie de combinaciones iniciales a la hora de asignar las tomas 

a los diferentes sectoreso Mediante un proceso de cruces de las combinaciones anteriores se determinan 

nuevas combinaciones, cada vez más eficientes conforme un criterio de evaluación 

Resultadoso Garantiza el menor consumo energético para la jornada de riego.o Establece la presión de consigna  a fijar en el autómata para cada sector de riego.o Garantiza la presión mínima de funcionamiento en los hidrantes.

Aplicacióno Válido para turnos de duración preestablecida o  tpos de riego variables por toma

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 53

Optimización de los turnos de riego utilizando AG

Antes de optimizar los turnos

Después de optimizar los turnos

Esta metodología se ha aplicado para turnos de duración prefijada

No se consigue ningún ahorro de agua

50

Zonasdeoperación de2BVVen paralelo

Jiménez, M.A., Martínez, F., Bou, V., Bartolín, H (2010) Methodology for grouping intakes of pressurised irrigationnetworks into sectors to minimise energy consumption. Biosystems engineering. Vol 105, Issue 4, pg 429-438.

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 54

Primera mejora : Ajustar los tiempos de riego a los tiempos requeridos

ANTES DESPUES

Todas las tomas agrupadas en el mismo turno riegan el mismotiempo

Cada toma puede operar encualquier momento indicandoel instante de aperture y de cierreo

Optimizacióndelriego operandolasválvulas

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 55

Primera mejora : Ajustar los tiempos de riego a los tiempos requeridos

Número de tomas

• Cromosoma:

Instante de apertura (1 to n)

• El tiempo de riego se divide en n fracciones.   Ej.   cada 5 min in 10 h    n = 120 

• Func. objetivo: 9,81 ∆

Min

s.t. Para cadaintervalo i

Optimizacióndelriego operandolasválvulas

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 56

Segunda mejora : Maximizar el número de tomas que riegan por gravedad

pmin

head loss

Bombeo

Gravedad

Cota terreno

Optimizacióndelriego operandolasválvulas

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 57

Segunda mejora : Maximizar el número de tomas que riegan por gravedad

• Cromosoma:

• Para las tomas restantes, el tiempo de inicio del riego se fracciona en n intervalos, como antes 

• Función objetivo:

ú á / ,s.t.ú á / ,

Tomas restantes

Bit que indica si la toma se alimenta por gravedad o no  (0/1)

Tiempo apertura (1 to n)

Tomas restantes

• En un primer paso se desechan las tomas cuya cota es mayor que (WHI ‐ pmin )  

Optimizacióndelriego operandolasválvulas

Jiménez Bello, M.A., Royuela, A., Manzano, J., García Prats, A.,Martínez- Alzamora, F. (2015) Methodology toimprove water and energy use by proper irrigation schedulin in pressurized networks. Agricultural WaterManagement 149 (2015) 91-101. Feb 2015

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 58

CASO DE ESTUDIO

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 59

Sector XI Picassent (Valencia, Spain) – CCRR Jucar‐Turia

• Superficie irrigada: 180 ha

• Tamaño medio parcela: 3276  m3

• Cultivo: Frutales (95% cítricos)

• 62 hidrantes multi‐usuario

• 342 tomas de riego

• Fertirrgación centralizada

• Automatización a nivel de toma

• Programa de riego bajo demanda

Caso deestudio

60III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

1. El error del modelo sobre el consumo previsto de energía fue del 2% (0.138 kWh m-3 vs 0.134 kWh m-3)

2. Se simularon 3 escenarios con diferentes presiones mínimas requeridas en cada hidrante

3. Se determinó el número máximo de tomas que podían regar sin aporte extra de energía

4. Las tomas restantes operaron mediante bombeo con un consumo mínimo de energía

EscPmin_Hid

(MPa)WHI(MPa)

INOCVpump

(m3)Vgrav(m3)

EDI(%)CEVTp

(kWh m‐3)CEVTT

(kWh m‐3)1  (2012) ‐ 0.319 36 4224 1676 71.6 0.134 0.096

2 0.20 0.245 ‐ 2604 3296 44.1 0.109 0.0483 0.22 0.275 ‐ 3428 2472 58.1 0.123 0.0724 0.25 0.295 ‐ 3559 2341 60.3 0.129 0.078

50 % ahorro 18.4 % ahorro

Análisis deresultados

Tomas con presión insuficiente

Presión bombeo

Volumen bombeado

Volumen por gravedad

P min en hidrante

Consumo medio bombeo

Consumo medio todas las tomas

PorcentVolumen bombeado

61III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

Año 2012

Volgrav = 1676 m3

EDI (%) = 71.6 %

CEVTp= 0.134 kWh m‐3

CEVTT= 0.096 kWh m‐3

PminHid= 0.25 MPa

Volgrav = 2341 m3

EDI (%) = 60.3 %

CEVTp= 0.129 kWh m‐3

CEVTT= 0.078 kWh m‐3

PminHid= 0.20 MPa

Volgrav = 3296 m3

EDI (%) = 44.1 %

CEVTp= 0.109 kWh m‐3

CEVTT= 0.048 kWh m‐3

Gravedad

Análisis deresultados

Bombeado

62III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

b) Escenario 4 con Pmin_Hid = 0.25 Mpa

Caudal total demandado (Q, ls‐1), energía consumida por m3 bombeado (CEVTp, kWh m‐3) y eficiencia de las bombas, tanto la de velocidad variable (η1 VSP) como de las dos bombas de velocidad fija (η2 FSP and η3 FSP) Las valores han sido calculados cada 5 minutos

a) Escenario 2012

CEVTp CEVTp

Q (l/s)

Q (l/s)

Rend

imientobo

mba

s

Rend

imientobo

mba

s

CEVTp CEVTp

Análisis deresultados

63III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

• Una metodología previamente desarrollada por los autores para minimizar el consumo de energía agrupando las tomas por turnos ha sido mejorada permitiendo que cada toma opere el tiempo requerido– De esta forma, se pueden ajustar con precision las necesidades de riego,

ahorrando agua y energía

• En sistemas donde la balsa tiene cota suficiente para alimentar algunastomas sin bombeo, una extension del método anterior ha permitidomaximizar el número de tomas alimentadas por gravedad– Gracias a ello se obtienen ahorros de energía adicionales

• El método anterior ha sido aplicado a un caso de estudio habiendoobtenido un ahorro realista de energía del 18.4 %– Ello se debió funamentalmente al incremento del número de tomas regadas

por gravedad

• Sin embargo, si la presión minima requerida en el hidrante se redujera un 20 %, se podrian haber obtenido ahorros hasta del 49 % para el caso de estudio.

Conclusiones

64III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego

INTEGRACIÓN DEL OPTIMIZADOR ENFIGARO

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 65

• Gestiónagronómica (niveldeparcela)

• Gestiónhidráulica(niveldelred)Cómodarexactamentelasnecesidadesdeaguaacadaparcelaconsiderando:

Gestióndelriego

• Textura del suelo• Tipo de cultivo• Estado fenológico• Predicción meteorológica• Humedad del suelo• Estrés de la planta  …

• Necesidades de agua diarias• Estrategia de riego• Dosis de fertilizantes

La disponibilidad de agua en cantidad y calidad y sus costes Las estaciones de bomboe, depósitos y las restricciones de la red La eficiencia en la gestión del agua conforme al sistema de riego La minimizacion de los costes y la energía, manteniendo los estándares de calidad

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 66

• Elconjunto dedatos requeridos sepueden agrupar en:– Descripcióndelaredderiego– Descripcióndelassubunidadesderiego– Descripc.estación bombeo yrestricciones– Geometría (opc)

– Esquema deriego– Datos parasimular lacalidad– Datos decalibración

– Contratos ytarifas eléctricas– Estructura delSistemaderiego– Opciones deoptimización

Estructura delos datos

Modelohidráulico

Modelo de optimización

Datos estáticos

Datos dinámicos

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 67

• Losdatos estáticos delaredsedeclaran almismotiempo quelasparcelas ylos cultivos.Incluyen:– Ladeclaración detodos elementos hidráulicos delared– Laestructura tarifaria– Elesquema deriego– Lasrectricciones detipo generalaplicables en cualquier caso

• Antesdecada optimización sedeclaran los datosadicionales requeridos:– Lasnecesidades deriego previstas en cada toma/hidrante– Loscostes horarios delaenergía alolargodelperiodo deoptimización

– Lasrestricciones particulares aplicables paraelperiodo deOptimización

Modo deoperación

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 68

• Losresultados delaOptimizaciónsemuestran atravésdeinformes,seremiten alSistema deControloseaplican directamente sobre elautómata.Incluyen:– Lashorasdeaperture/cierre decada válvula– Laoperación óptima delasbombas,deacuerdo conlos gradosdelibertad

– Losesquemas deinyección defertilizantes– Informes sobre elproceso deoptimización,costes energéticos,soluciones alternativas,índices deeficiencia,etc

Modo deoperación

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 68

Graciaspor su atención

III Jornada sobre Gestión Eficiente del Agua de Riego 70