AERYD. Asociacion Española de Riegos y Drenajes. - Jornada … Temporales... · 2019. 2. 13. ·...
Transcript of AERYD. Asociacion Española de Riegos y Drenajes. - Jornada … Temporales... · 2019. 2. 13. ·...
Jornada técnica sobre tecnologías innovadoras de reducción de costes energéticos en el regadío
Zaragoza 7-2-2019
A � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � -AERYD, General Arrando, 38, 28010 Madrid – 915332253
E � � � � � � � � � � � � � � � � � � Catedrático de Ingeniería Hidráulica Universidad de Córdoba
• Eficiencia y protección del medio ambiente (sostenibilidad) Los recursos son limitados y hay que usarlos de forma eficiente
• Innovación para ser más competitivos Integrar las nuevas tecnologías y los nuevos conocimientos
• Mejorar la gestión
• Reducir la dependencia energética
0
� � � � !
� � "� � #
1
1 � 1 � !
1 � "
S $ % & ' ( ) * ) + , S $ - . & ' ' / 2 & + T ' + . + 3 ) & 2 . 4
agua residual
R & $ 5 4 + 6 $ +
residual
R ) & 6 4
789
(kW
h/m
3)
Desalar entre
2.5-8 kWh/m3
O : ; < = < > ? @ volumen de agua (V)
B C D F G F H I J altura energía (H)
K L M N P Q U M D
V W 3 elevado 100 m requiere 0.36 kWh = 0.0036 kWh. m-3.m-1
1 L/s elevado 100 m requiere 1.31 kW = 0.0131 W. m-3.s.m-1
X Y Z [ \ ] ^ _ ` _ [ a [
limitada. Labores
manuales
b \ c d e ^ Z
productividad.
Revolución verde
1950
1970
f e _ ] _ Z c d ] a e _ g a ] _ h e
precisión. GPS 1990
f e ] Z Y i Z Y a ] _ h e [ d
las TICs. Agricultura
de precisión
2008
Evolución de la agricultura
j k l m n o p q o l r s t u
• Sensorización ambiental
• Uso drones y teledetección
• Sistemas predictivos
• Inteligencia artificial
• Trazabilidad
• Big Data
• IoT
Situación actual y futura de la agricultura
Modernización de regadíos
de energía
en el riego
de cultivos
Por término medio, las modernizaciones requieren una
media de 1.5 kW/ha y un consumo medio de 1500 kWh/ha
v
200
400
600
800
w x x x
w y x x
w z x x
w { x x
w | x x
4000 5000 6000 7000 8000 } x x x
~�
�
/ha
� � � � 2007
2000
1990
1980
1970
1950
72
8 %
14
0 %
� � � � � �
modernización
m3/ha
� � � � � � � � � -García et al. (2014)
�
50
100
150
200
250
300
350
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� � � � � � � � � � � �
• Se busca que la agricultura incorpore en su desarrollo y
gestión la eficiencia energética para alcanzar los
objetivos ambientales (vinculación con las ayudas)
• Gran potencial de ahorro en el regadío
• Posibilidad de incorporar las energías renovables • Disponibilidad de incorporar la tecnología
¡ ¢ £ ¤ ¥ ¦ §
¤ ¥ ¦ §
2000 M 20000 M
Año: 2000 2020 2035
Evolución del número de sensores vs número de explotaciones
¨
5000
© ¨ ¨ ¨ ¨
© ª ¨ ¨ ¨
« ¨ ¨ ¨ ¨
« ª ¨ ¨ ¨
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035
¬ ® ¯ ° ± ² ³ ´ ° µ ¶ ·
Sensores
¸ ¹ º » » º and Kaur (2019)
Evolución del número de dispositivos IoT
• La captación y transporte
• Aplicación para satisfacer las necesidades de los cultivos
Factores a tener en cuenta:
• Origen del agua
• Red de distribución
• Método de riego
• Necesidades del cultivo
• Origen del agua
• Red de distribución
• Método de riego
• Necesidades del cultivo
• Riego localizado
• Sectorización
• Mejorar rendimiento
aplicación
• Reducir dotaciones
• Puntos críticos • Riego baja presión
Auditoria energética
•Optimización del funcionamiento de la estación de
bombeo
• Adecuada contratación de las tarifas eléctricas
•Control inteligente de redes
•Energía fotovoltaica
ú
û
ùêë
é
1
2
2
1
2
1
n
n
H
H
Ra
Ra
hh
Ahorro de energía (%) según mejoras en el riego
y H= 45 m a
riego localizado Ra= 90% y H= 30 m suponen un ahorro
energético de un 48%
de gestión de la red de
distribución en la que los regantes se
organizan en turnos de riego según sus
requerimientos de energía.
• Modelos de optimización para redes
ramificadas y malladas.
• Ahorros potenciales de energía entre el
20 y el 30%. Cota 131
Navarro Navajas et al. (2012)
Sectorización en proyecto de Comunidad de regantes. Caso CR Dehesa Portillo Albardinales (Jaén)
¼
10
20
30
40
50
60
0 500 1000 1500 2000 ½ ¾ ¼ ¼
¿ÀÁÂ
Ã Ä Å Æ Ç È
É Ê Ë
É Ê Ì
É Ê Í
Únicamente reemplazando 3 tuberías, fue possible reducir la demanda energética en un 30%
Î
20
40
60
80
100
120
0 500 1000 1500 2000 Ï Ð Ñ Ñ
ÒÓÔÕ
Ö × Ø Ù Ú Û
Ü Ý Þ ß à Þ á â ã ä å æ ç Ý Þ è é æ ê è Þ à ê ë ì í î ï ð î ñ
Hidrantes con alta demanda de energía
(elevación, distancia, configuración de la red,…)
120
ò ó ô õ õ ö ó ô
÷ ø ù û û
50.00
75.00
100.00
m
ü ý þ ÿ÷ ø ù û û
50.00
75.00
100.00
LPS
H � � � � � � �
crítico abierto
E � � � � � E � � � � E � Presión: 39 m.c.a. Caudal: 1152 L/s
Flow
25.00
50.00
P � � � � � � �
2 � � � �
50.00
75.00
100.00
m
F � � �2 � � � �
50.00
75.00
100.00
LPS
� � � � ! " #
crítico abierto
$ % & ' ( ) * + , $ - . / - $ . Presión: 38 m.c.a. Caudal: 1146 L/s
0 1 3 4 5 6 7 7 3 8 3 4 9 1 5 9 3 7 : 5 ; 1 9 7 < 3 = > ? @
A B C D D G B C
I J K L L
50.00
75.00
100.00
m
M N O QI J K L L
50.00
75.00
100.00
LPS
R S T U V W X Y
crítico abierto
Z [ \ ] ^ _ ` a b Z c d e c Z d Presión: 34 m.c.a. Caudal: 1057 L/s
f g h i j k l l h m h i n g j n h l o j p g n l q h r s t u
v w x y z { | } ~ � � w � � � } �
González Perea, R., Camacho Poyato, E., Montesinos, P., Rodríguez Díaz, J.A.
Critical points: Interactions between on-farm irrigation systems and water
distribution network (2014) Irrigation Science, 32 (4), pp. 255-265
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
� 0,2 0,4 0,6 0,8
1 1,2 1,4 1,6 1,8
2 2,2 2,4 2,6 2,8
�
� �� � 20 25 30 35 40 45
���(
%)
� � � ¡ ¢ £ ¤ ¥ ¦ ¦ § ¥ ¨ © ª
35
« ¬ ® ® ¯ ¬ ¬ ° ¯ ± ² ³ ´ ¬
working
µ ¶ · ¸ ¹ º ¶ » ¼ ¼ · ¼ ½ ¾ ¿ À ¼ · Á À Â ¸ Ã À Ä Å Æ · » ¼ Ç ¶ º Ç ¼ ¶
È É Ê Ë Ê Ì Í
Î 26,67 %
Ï Ð Ñ Ð Ò Ó Ô Ó Õ Ö Ð × Ø Ù Ø Ú Ô Ð × Ø Ô Ú Û Ü Ó Ô Ø
Distribución de la radiación global en España
Ý Þ ß à Þ á Þ â ã riegos
• Facilidad de montaje • Elevada vida útil de las instalaciones
• Sincronismo con la demanda
• Reducción importante del coste • Paridad de la red (Grid parity) alcanzada
COMPRA A RED AUTOCONSUMO
que hay que tener en cuenta:
- Producción de energía
- Curva de funcionamiento bombas
- Nivel de la captación
- Pérdidas de energía en la red de distribución
- Necesidades de los cultivos
ä å æ ç è é ê
ë ì í î ï ð ñ ò 16 min
ó ô õ ö ÷ ø ù ú 20 min
û ü ý þ ÿ A ÿ í ÿ � � ü ì ü � î ï A T ï � � ü ì ü ì í ÿ A ÿ ï � ì A û í î þ � í ÿ ï � ì A
S � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � S � � � � � � � � � � � � � � � � � S � � � � � � � S � � � � � � � � � � GENTES SINCRONIZACIÓN DEL CALENDARIO DE RIEGO Y LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍ
P � � � � � solar
Riego en olivar
P � � � � � � olivar
B � � � � � � � � ! "
y estación de
bombeo
Finca experimental de olivar intensivo de la Universidad de Córdoba
Olivar intensivo, 13.4 ha, riego por goteo, 3 sectores de riego
Planta fotovoltaica con 15.36 kW potencia pico, 168 m2
Balsa de riego, bomba de 13 kW
Caracterización hidráulica
G # $ % & # ' : 3,2-1,6 l/h;
autocompensantes (1-4 bar)
H ( ) * + , - . / 0 1 2 . * 3 ( 4 ( . 5 6 + 7
0 . 4 - 8 * 9 : ; < :
0 . 4 - 8 * = > ?
0 . 4 - 8 * @ C D < :
E 8 - + F 13 14,6
evaporaciónevapovv oración
Determinación necesidades de riego.
precipitación
ETc
escorrentía ón
I J K L M N O K Q R L U O K V U W Q cultivo:
Etc= Eto* kc * kr
percolación
X Y V Y R U Z K Z Y R Cultivo (Riego):
NecRie= Etc - Peff
[ \ ] ^ _ ` _ a b ^ _ c d Efectiva:
80% Prec. Registrada e M Y f U V U Y Q N Y R RDC:
- cultivo
- etapa fenológica
g h i j k l m n o p h g h h h i h j h k h l h m h n h o h p i g i h i i i j i k
gi g g g
k g g gm g g g
o g g g
h g g g g
h i g g g
h k g g g
h m g g g
q r s t u v
Pow
er,
W
w v x y x z x { y | r } w x ~ t �
� h x � t � | y r � �
� i � � t � | y r � �
� j � � t � | y r � �
� h q v � t � v x { �
� i q v � t � v x { �
� j q v � t � v x { �
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
�� � �
� � �� � �
� � ��
� � �� � �
� � �� � �
�
x 104
� � � � � �
Pow
er,
W
� � � � � � � � � � � � � � � �
¡ � � ¢ � � � � £ ¤
¡ � ¥ ¢ � � � � £ ¤
¡ � ¥ ¢ � � � � £ ¤
¡ � � � � ¦ � � � §
¡ � � � � ¦ � � � §
¡ � � � � ¦ � � � §
¨ © ª ¨ « ª ¨ ¬
30 de Junio de 2013
20 de mayo de 2013
- Umbrales de entrada para
cada sector.
- Establecemos orden de
prioridad.
Potencia por sectores
® ® ¯ ° ± ¯ ² ± ¯ ³ ± ¯ ´ ± ° ± ± ° ° ± ° ² ± ° ³ ± ° ´ ±
±° ±
² ±
(mm
)
¯ ± ± ¯ ° ± ¯ ² ± ¯ ³ ± ¯ ´ ± ° ± ± ° ° ± ° ² ± ° ³ ± ° ´ ±
±± µ ¶
¯¯ µ ¶
¯ ± ± ¯ ° ± ¯ ² ± ¯ ³ ± ¯ ´ ± ° ± ± ° ° ± ° ² ± ° ³ ± ° ´ ±
±¶ ±
¯ ± ±
· ¸ ¸ ¹ º » ¼ ¹ ½ ¾ ¿ ½ ¸ ¸ À ¿ ¼ ¹ ½ ¾ Á À Â ¼ Ã
Ä À Å Æ ¹ ¸ À Á ¹ ¸ ¸ ¹ º » ¼ ¹ ½ ¾ Á À Â ¼ Ã
Ç Â Â È ¹ À Á ¹ ¸ ¸ ¹ º » ¼ ¹ ½ ¾ Á À Â ¼ Ã
É ÊË Ã ¸ À Ì Ã ½ È Á
Í Î Ï Ð Ñ Ò Ó Ï Ô Õ
Co
nte
nid
o d
e
ag
ua
en
el
sue
lo (
mm
)
Rie
go
(m
m)
Pre
cip
ita
ció
n
efe
ctiv
a (
mm
)
Ö × Ø Ø Ù Ú Ú Û Ü Ý Ø Û Ù Þ × Riego requerido Riego aplicado
ß à á â ã á ä å æ Umbral
Mérida et al. (2018)
ç è è ç é è 140 160 180 200 é é è é ê è é ë è é ì è
èé è
ê è
(mm
)
ç è è ç é è 140 160 180 200 é é è é ê è é ë è é ì è
èè í î
çç í î
ç è è ç é è 140 160 180 200 é é è é ê è é ë è é ì è
èî è
ç è è
ï ð ð ñ ò ó ô ñ õ ö ÷ õ ð ð ø ÷ ô ñ õ ö ù ø ú ô û
ü ø ý þ ñ ð ø ù ñ ð ð ñ ò ó ô ñ õ ö ù ø ú ô û
ÿ ú ú A ñ ø ù ñ ð ð ñ ò ó ô ñ õ ö ù ø ú ô û
S �T û ð ø � û õ A ù
D � � � � � � � �
Co
nte
nid
o d
e
ag
ua
en
el
sue
lo (
mm
)
Rie
go
(m
m)
Pre
cip
ita
ció
n
efe
ctiv
a (
mm
)
C � � � � � � � � � � Riego requerido Riego aplicado
� � � � � � � � � Umbral
120 140 160 180 200
120 140 160 180 200
120 140 160 180 200
160 165 170 1750
0.5
160 165 170 1750000000
0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5
1
1.5
160 165 170 175000
20
404040
E � � � � � � ! " # � $ � % & ! � � ' ! " # & � � � � ' � # � � & � " � � "aprovechamiento energético en la CR Bembézar MI
2 2 ( ) 2
( 3 ) * 2 * ) (
3 ) 2
1 * + ) ,
( 1 ) * 1 * ) 1 , ) *
F - . / 0 4 5 P 6 7 1 P 6 7 2 P 6 7 (
8 9 : ; < = ; > ; < ? @ B 9 > G H I J
K 0 L / . - 4 M 1 K 0 L / . - 4 M 2
N O Q R N U
V W W W Q N X N Y R
R Y Q W
W X V U V W
O N X X X W U Z Z N Y X V U
[ \ ] ^ _ ` a b c d W b c d N b c d O
e f g h i j h g k l m g h j n o p q r s
t _ u ^ ] \ ` v W t _ u ^ ] \ ` v N
w x y z z y potencial de 124 tCO2 o 270 MWh
con periodos de amortización de 6 años
Generación de energía con turbinas y PATs en redes de riego
- En bypass PATs o turbinas siempre trabajan cerca de su punto de máxima
eficiencia.
- La potencia máxima estimada es de 33 kW.
- La energía “recuperable“ es 56,800 kWh con un periodo de retorno de 5.4
años.
- Sin embargo, se va a instalar una turbina de 10 kW para satisfacer la
demanda de energía existente en una estación de fertirriego, que se alimenta
de un motor diésel que consume 3000 €/año diesel
Proyecto REDAWN
Generación de energía con PAT en un pivote
• El ahorro energético es posible y pasa por una mejora en la
gestión del riego y por la incorporación de estrategias de ahorro y
por energías alternativas.
• Desvinculación de la rentabilidad del agricultor de la subida en las
tarifas energéticas
• Las tecnologías de riego están lo suficientemente desarrolladas
como para apoyar un manejo del riego preciso basado en un
conocimiento del mismo.
• Es necesario y fundamental sincronizar la ingeniería del riego con
la disponibilidad energética (gran reto)
• El manejo de riego basado en el conocimiento ofrece una gran
oportunidad para establecer en el regadío la gestión sostenible
(ahorro de agua, ahorro de energía y reducción de emisiones de
CO2 )
{ | 48
Emilio Camacho Poyato . Catedrático de Hidráulica y Riegos
Universidad de Córdoba. Tlfn 957218513
Gracias por su atención