Estudio de localización de una planta fotovoltaica en las Islas Canarias
| Trabajo sobre SIG | |
|---|---|
| Título | Estudio de localización de una planta fotovoltaica en las Islas Canarias |
| Autores | María Gambí Romero, Álvaro Gil Ortiz, Antonio Montero Pérez, Jesús Ruiz Ruiz |
| Asignatura | Sistemas de Información Geográfica Aplicados a la Ingeniería Civil |
| Curso | Curso 14/15 |
| Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura | |
Ante el aislamiento geográfico de las Islas Canarias surge la necesidad de implantar sistemas de generación de energía en el archipiélago. Debido a la alta radiación solar presente en las Islas el tipo de planta más indicada es una de tipo solar. Se realizará un estudio de localización ayudándonos del gran potencial que nos ofrecen los actuales sistemas de información geográfica. Los datos empleados en la realización de dicho estudio que condicionarán el emplazamiento final de la planta fotovoltaica serán OrtoExpress de Canarias de cartografía base de las Islas, mapa de potencial fotovoltaico, la red de carreteras y de líneas eléctricas, la ocupación del suelo y la ubicación de las zonas protegidas. Con dichos datos en primer lugar se procederá a realizar operaciones ráster en el programa QGIS que darán como resultado un mapa temático del potencial fotovoltaico en las Islas Canarias. Continuando con nuestro análisis realizaremos una serie de operaciones vectoriales que delimitarán la zona donde no es posible su localización. Eliminadas estas zonas de nuestro proyecto, procederemos a realizar una serie de búfferes que finalmente nos señalarán las zonas aptas para su ubicación. Se producirán una serie de mapas temáticos donde se irán detallando las zonas adecuadas para su localización, tanto a nivel de archipiélago como isla por isla.
1 Introducción
Este trabajo se encuadra dentro de la actividad formativa de la asignatura Sistemas de Información Geográfica. El objetivo principal ha sido proponer una serie de localizaciones aptas para la instalación de una central fotovoltaica. Se han intentado optimizar los resultados operando con una serie de criterios que parecen ser los más relevantes a la hora de tomar la decisión. Si bien es verdad que se podrían haber considerado una mayor cantidad de factores. Aquellos que nos han parecido imprescindibles han sido la rentabilidad energética materializada en conseguir un potencial fotovoltaico mínimo, la protección medioambiental, respetando aquellas zonas de elevado interés natural, la proximidad a las líneas eléctricas y carreteras con el objetivo de aprovechar la infraestructura existente y por último los usos del suelo, que condicionan una utilización alternativa que podría ser más rentable medioambiental, social y económicamente. En lo referente a la escala de trabajo hemos considerado un tamaño en nuestro proyecto de pixel de 300 metros, ya que debido a la gran extensión que necesitan este tipo de infraestructura lo hacen suficientemente representativo. Para llevar a cabo este análisis hemos utilizado el software QGIS 2.0.1- Dufour. El sistema de referencia de trabajo es el ETRS89 / UTM zona 28N. Se ha escogido este y a que lo más adecuado es utilizar sistema métrico centrado en el área que es objeto de estudio.
2 Metodología
Datos empleados Como punto de partida reunimos todos los mapas necesarios para el trabajo, tomados de las siguientes fuentes:
1. IGN (Instituto Geográfico Nacional).
2. Infraestructura de Datos Espaciales de Canarias (IDE Canarias).
• Mapa de Potencial Fotovoltaico, de la IDE Canarias.
• Mapa de la Red de Carreteras, del IGN. (BTN 100)
• Mapa de la Red Eléctrica, del IGN. (BTN 100)
• Mapa de Ocupación del Suelo, del IGN. (Corine Land Cover)
• Mapa de Zonas Protegidas, del IGN. (BTN 100)
• OrtoExpress de Canarias Años 2012 y 2013 de la IDE Canarias.
Más tarde todas las capas debieron ser transformadas al sistema de coordenadas ETRS89 / UTM zona 28N (32628), que usa el Sistema de Referencia Europeo 1989 con la proyección Universal Transversal de Mercator en la zona 28. Operaciones realizadas En cuanto a ráster se refiere, utilizaremos la calculadora ráster que nos permitirá realizar las operaciones matemáticas básicas y necesarias a la hora de elegir la localización adecuada. Además se han utilizarán los siguientes módulos de Grass: r.reclass, r.to.vec.area, v.out.ogr. Buscando como resultado un mapa de tipo vectorial con polígonos que presenten un potencial fotovoltaico mayor de 1500 Kwh/Kwp.
En el aspecto vectorial, las principales operaciones que se utilizarán son:
• Disolver: empleado tras la vectorización del mapa ráster de potencial fotovoltaico.
• Diferencia: con objeto de eliminar de nuestro análisis las zonas protegidas por motivos medioambientales de las islas Canarias.
• Buffer: con ella estableceremos una zona de influencia de las zonas citadas (carreteras, suministro eléctrico) con el fin de concretar la localización óptima de la planta fotovoltaica.
• Intersección: para poder definir la zona que mejor se adapte a ciertos criterios de uso de suelo o proximidad a la red eléctrica.
3 Resultados
Mapas 1 y 2: POTENCIAL FOTOVOLTAICO. El mapa base que utilizaremos es el ráster del potencial fotovoltaico. El potencial fotovoltaico se necesita conocer para obtener las zonas en las que la central recibirá mayor energía solar y así optimizar y maximizar el rendimiento de la misma. El mapa de la IDE de Canarias es de tipo WMS por lo tanto solo se puede consultar y no se pueden hacer operaciones ráster. Para solventar esta situación , pasamos a guardarlo en el ordenador con un tamaño de pixel cuadrado de 300 metros obteniendo la capa Fotovoltaico original. Al realizar esta operación la información que se podía consultar en el mapa WMS kWh/kWp anuales se pierde. Aprovechando que sí que se mantiene el código de color RGB, interpolamos con una función de tipo lineal, que es la siguiente:
y=a*x+b
y=0,15*x-19,41
114=a*846,16+b
215=a*1486,76+b
a=0,15; b=-19,41
Para la obtención de los parámetros a y b se han consultado el potencial fotovoltaico de dos puntos del mapa WMS con valores representativos, siendo estos: Punto Potencial fotovoltaico (Kwh/Kwp) (x) Banda Verde (Banda número 2) (y) A 846,56 114 B 1486,76 215
Obtenidos los valores a y b procedemos a ejecutar la interpolación en nuestra capa ráster de QGIS que dará como resultado la capa Fotovoltaico postinterpolación. Para ello utilizaremos la calculadora ráster presente en el interfaz de QGIS y le añadiremos la siguiente expresión,
= (CAPA POTENCIAL FOTOVOLTAICO +19,41)/0,15
Una vez obtenido el mapa ráster de Fotovoltaico postinterpolación en una escala de amarillos naranjas y rojos (mapa 1) podemos sacar las primeras conclusiones en nuestro trabajo. En cada una de las Islas Canarias encontramos zonas con valores superiores a 1500 kWh/kWp localizándose la mayoría de estos en las zonas septentrional. Según el IDEA (Instituto para la diversificación y ahorro de energía) la energía generada por kWp al año, incluyendo pérdidas en Las Palmas de G. Canaria es 1.785 kWh/kWp y en Santa Cruz Tenerife 1.832 kWh/kWp. Así que entendiendo que las zonas de mayor potencial ya han sido aprovechadas, establecemos nuestro umbral en 1500 kWh/kWp. Por ello solo se realizará análisis de las zonas que presenten un valor que supere el umbral. Para realizar esta operación utilizamos en QGIS GRASS. Los pasos a realizar son los siguientes:
Importación de la capa ráster de QGIS a GRASS. (Fotovoltaicograss)
En la calculadora ráster de GRASS realizamos la siguiente operación. (Fotovoltaicograss-1500) con el objetivo de dar valor negativo a aquellos puntos que queremos eliminar de nuestro análisis.
Realizamos una reclasificación auxiliándonos del módulo r.reclass dando a los valores negativos un valor de 0. (Fotovoltaicomayor1500).
Para continuar con nuestro análisis necesitamos realizar una serie de operaciones de tipo vectorial, en consecuencia utilizamos el módulo r.to.vec.area que transforma a vectorial una capa ráster. (Fotovoltaicomayor1500vectorialgrass).
La siguiente operación es volver a nuestro entorno de trabajo de QGIS, auxiliándonos del módulo v.out.ogr (Fotovoltaicomayor1500vectorial).
Una vez de vuelta en QGIS con nuestra capa vectorial de potencial fotovoltaico mayor de 1500 disolvemos los resultados, mediante la herramienta disolver. (Fotovoltaico dis). mapa 2.
Mapa 3: CARRETERAS. Para situar correctamente la central fotovoltaica, un factor importante a considerar es la accesibilidad, por tanto debe estar lo más próxima a una carretera. Para ello hemos trabajado con la capa vectorial de carreteras de la BTN100 del IGN. Las operaciones que hemos realizado en esta capa son:
Para facilitar la rapidez del análisis hemos eliminado todas las carreteras del resto de España. De esta manera lo hemos seleccionado las de las Islas y mediante una operación de geoproceso, interseccionando los objetos seleccionados de la capa de carreteras con ella misma.
Mapa 4: USOS DEL SUELO. Gracias a la cantidad de datos que podemos obtener de las Islas Canarias, el mapa de usos del suelo CORINE LAND COVER nos permite conocer los lugares en los que podemos y no podemos instalar la central. El CORINE que clasifica todo el territorio canario asignando a cada uso uno un número determinado. Consultando el pdf adjunto a la capa vectorial Suelos validos por uso, donde aparecen la relación entre usos y códigos hemos decido que poseen los siguientes:
211 Tierras de labor en secano
212 Terrenos regados permanentemente
213 Arrozales
221 Viñedos
231 Prados y praderas
241 Cultivos anuales asociados a cultivos permanentes
242 Mosaico de cultivos
243 Terrenos principalmente agrícolas pero con importantes espacios de vegetación natural o seminatural
244 Sistemas agroforestales (incluye prados, pastizales o praderas con arbolado adehesado y cultivos agrícolas con arbolado adehesado
Mapa 5: LÍNEAS ELÉCTRICAS. Es necesario un mapa de líneas eléctricas para proceder en el análisis de localización siguiendo unos criterios de cercanía a líneas próximas con objetivo de disminuir los costes económicos. Para separar las líneas eléctricas de las Islas Canarias del resto de la Red Nacional, seguiremos el mismo procedimiento de selección e intersección del MAPA 3, obteniendo la capa vectorial Lineascanarias32628.
Mapa 6: ZONAS PROTEGIDAS. Hemos completado nuestro análisis añadiendo el mapa de zonas protegidas por motivos medioambientales. Zonas protegidas islas canarias.
Mapa 7 y 8: RESULTADOS FINALES. Para finalizar el proceso de selección de emplazamiento de nuestra central fotovoltaica procedemos a realizar las siguientes operaciones vectoriales:
Para eliminar las zonas que nos son aptas para el emplazamiento de nuestra instalación realizamos una operación vectorial de diferencia. Eliminando de la capa Fotovoltaico dis las zonas que por motivos medioambientales no pueden alojar paneles fotovoltaicos. Resultado intermedio 1.
Siguiendo con nuestra metodología de descarte de zonas, realizamos una operación de intersección de las capas Fotovoltaico dis con Suelos validos por uso que da como resultado la capa Resultado intermedio 2.
Definimos el conjunto de polígonos que cumplen las dos condiciones recurriendo a la herramienta de geoproceso intersección. Obteniendo Resultado intermedio 3.
Con objeto de optimizar el emplazamiento realizamos un buffer de 200 metros de la capa vectorial líneascanarias32628 . (Lineascanarias32628buff200m)
Intersección de la capa anterior Resultado intermedio 3. con la capa de Lineascanarias32628buff200m. Finalizando nuestro proceso de optimización de emplazamiento en Resultado final.
Debido a la alta densidad de carreteras y a que el trazado de las líneas eléctricas coincidían, no ha sido necesario realizar ningún criterio de cercanía con la capa de carreteras, ver Mapa 7.
Llegado a este punto los posibles emplazamientos se reducen a 513 ver Mapa 8. Para completar nuestro análisis de decisión y debido al gran cantidad de posibles emplazamientos añadimos un filtro ("value" >1700) en la columna value de la tabla de atributos Resultado final quedándonos solo con 17. Por último recurrimos a ortofotos de la IDE de Canarias con objeto de escoger solo puntos que sean realmente factibles. Ya que se han advertido puntos con problemas de accesibilidad por presentarse en zonas escarpadas, demasiado pequeños o que son más apropiados para otros usos de tipo urbanístico o agrícola. Resultando en 3 posibles emplazamientos ubicaciones plantas fotovoltaicas ver mapa 9 y 10.
4 Conclusiones
Finalmente tras el análisis realizado con ortofotos se han localizado 3 posibles emplazamientos aptos para la central fotovoltaica. Todos ellos tienen un potencial fotovoltaico anual mayor de 1700 Kwh/Kwp, y son adecuados por encontrarse a menos de 200 metros de las líneas eléctricas. Además se han respetado las zonas protegidas y se han tenido en cuenta los diferentes usos del suelo. Por último, ayudados de ortofotos facilitadas por la IDE de Canarias se ha podido realizar un criterio de comprobación de la localizaciones teniendo en cuenta si realmente es viable la ubicación de la planta fotovoltaica por motivos de accesibilidad, tamaño de terreno disponible y no interferencia con el futuro desarrollo de la agricultura y el urbanismo canario.
