Estudio de localización de una central termosolar en Andalucía
| Trabajo sobre SIG | |
|---|---|
| Título | Estudio de localización de una central termosolar en Andalucía |
| Autores | GRANDAL VIVERO, Mª Celia
GUTIÉRREZ LLORENA, Antonio Leocadio STOCKS GODÍNEZ, Elizabeth |
| 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 | |
El objetivo del trabajo es estudiar la posible localización de una nueva central termosolar en la zona occidental de Andalucía, por ser la más soleada de España y la que más apuesta de por este tipo de energía renovable. Para conseguir este propósito, se realizan una serie de operaciones:
En primer lugar, se elabora un mapa de radiación interpolando los datos de estaciones meteorológicas y se pondera de 0 a 1. En segunda instancia, se crea un mapa de pendientes a partir de los MDT de las provincias seleccionadas y se excluyen aquellas zonas con pendientes superiores a un cierto valor. Seguidamente, se crean una serie de zonas de influencia de cercanía a cauces fluviales y líneas eléctricas, dando valores de 0 (zonas más alejadas) a 1 (zonas más próximas) en ambos casos. A continuación, se excluyen tanto las zonas ambientalmente protegidas como las cercanías a los núcleos de población.
Tras la obtención de estos mapas temáticos, se realiza un análisis multicriterio, ponderando los valores de cercanía a cauces y líneas y de radiación solar y eliminando aquellas zonas inadmisibles para la situación de la central, como las protegidas, las de excesiva pendiente o las demasiado próximas a núcleos urbanos.
Por último, se incorpora la localización de las centrales existentes con el objetivo de comprobar la validez de los análisis realizados y permitir la propuesta de nuevas centrales termosolares en distintas zonas, a nuestro criterio, óptimas.
1 Introducción
A lo largo de su historia, la humanidad se ha enfrentado a grandes retos. Desde el descubrimiento del fuego a la máquina de vapor, el hombre ha sido capaz, gracias a su inteligencia, de dominar la naturaleza. Uno de los grandes desafíos del siglo XXI es la generación de nuevas energías capaces de sustituir aquellas derivadas del petróleo. Sin duda, una de las más novedosas es la termosolar.
Las centrales energéticas termosolares aprovechan la radiación del Sol para la producción de electricidad. Consiguen su objetivo mediante la concentración de haces de luz en un espacio reducido, el núcleo de la instalación. Esto se puede lograr de varias formas, pero una de las más novedosas incluye un sistema de espejos que reflejan esta radiación solar para concentrarla en una torre. Dentro de la torre, la energía se almacena en forma de calor mediante sales fundidas que inician un ciclo de calentamiento de vapor, que hace funcionar las turbinas de la instalación, que mueven un alternador, produciéndose energía eléctrica.
La variable fundamental en las centrales energéticas termosolares es la radiación solar directa media, que tiene en cuenta toda la energía que puede ser aprovechada a lo largo de un año en este tipo de centrales. Andalucía es la regíon de España que presenta más potencial de generación, debido a que es la que más radiación solar recibe a lo largo del año. Por este motivo, este estudio se centra en esta región del sur de nuestro país.
Realizando una búsqueda previa sobre la radiación solar en esta Comunidad Autónoma, se ha encontrado el siguiente mapa, que de un modo aproximado refleja el posible potencial de generación en las diferentes zonas de Andalucía:
Debido a la poca precisión del mapa, no permite incorporarlo para trabajar sobre él. No obstante, gracias al mismo se acota la zona de estudio a las cuatro provincias más occidentales de la región -Córdoba, Sevilla, Huelva y Cádiz-, ya que son las que presentan mayor valor de radiación, además de ser las que presentan un relieve menos accidentado, parámetro que, como se verá más adelante, es de suma importancia para la ubicación de la central termosolar.
2 Metodología y resultados
2.1 Parámetros a considerar
En el estudio de ubicación de una central termosolar intervienen múltiples parámetros. En el trabajo realizado se han considerado los más importantes, que son:
- Radiación solar directa media: El potencial de generación está íntimamente relacionado con esta variable, que mide la energía que los espejos de la central son capaces de reflejar hacia la torre o núcleo.
- Pendiente del terreno: Para la localización de una central de este tipo sólo se pueden considerar terrenos con una pendiente menor al 3% con el fin de maximizar la incidencia del Sol.
- Distancia a líneas eléctricas: Al tratarse de una central de gran generación, es importante la cercanía a grandes líneas eléctricas con el fin de suministrar la energía producida a la red sin necesidad de la construcción de otra línea de largo recorrido para este fin.
- Distancia a cauces fluviales: Este tipo de centrales necesita de una cantidad de agua considerable para su refrigeración, por lo que resulta interesante la cercanía a corrientes de agua, con el fin de no tener que construir una tubería de abastecimiento demasiado larga.
- Núcleos urbanos: Tanto por motivos de precio del terreno como de impacto visual, las centrales no pueden situarse demasiado cerca de los núcleos urbanos.
- Espacios protegidos: Una infraestructura de tal envergadura provocaría un impacto demasiado grande en zonas protegidas, por lo que se excluirán las mismas.
2.2 Mapa de radiación
En primer lugar, para la elaboración del mapa de radiación, se obtiene la información de la radiación solar directa media de 54 estaciones meteorológicas, repartidas entre las cuatro provincias de estudio. Estos datos (radiación y posición) se incorporan a un fichero .csv y se cargan en el programa QGIS, mediante la herramienta “Nueva Capa de Texto Delimitado”. Originalmente, las estaciones se encontraban en sistema WGS-84 (coordenadas geográficas), por lo que, mediante la herramienta “Guardar como…”, se deben pasar al sistema de referencia de proyecto (UTM-30N). Esta última operación se ha repetido en múltiples ocasiones, ya que los sistemas de coordenadas de los datos de origen eran diversos (WGS-84 geográficas, ED-50).
Con la información de la nube de puntos, utilizando la herramienta interpolar, se genera un mapa ráster, que representa la radiación en la totalidad de la región estudiada. Finalmente, para generar el mapa temático, se carga una capa vectorial con las provincias de estudio4 y se utiliza la herramienta “Clipper” para cortar el ráster anterior y adecuarlo a los límites de las provincias. Este paso se realiza para todos y cada uno de los mapas temáticos generados.
2.3 Mapa de pendientes
Para la elaboración del mapa de pendientes se parte de los datos de los MDT 200 de las provincias de estudio. Tras su incorporación al programa QGIS, se unen los mismos utilizando la herramienta “Combinar”. Una vez realizado este proceso, mediante la herramienta de análisis del terreno “Pendientes”, se obtiene un nuevo ráster con las pendientes de la zona de estudio.
Para excluir las zonas de pendiente mayor del 3%, se añade este ráster al directorio de mapas del entorno GRASS. Se realiza una reclasificación del mismo, dando valores de 0 a aquellas pendientes mayores al 3% y un valor de 1 al resto. Se genera el siguiente mapa:
2.4 Mapa de cercanía a líneas eléctricas
El objetivo es conseguir un mapa ráster con las siguientes puntuaciones:
| Distancia(m) | <1000 | 1000-2000 | 2000-3000 | 3000-4000 | 4000-5000 | >5000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Puntuación | 1 | 0.8 | 0.6 | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
Para ello, se sigue el siguiente procedimiento:
Primero, se incorporan al programa el mapa vectorial de líneas eléctricas de la BTN 1005. Se realiza, en primer término, una intersección del mismo con el de las provincias de estudio. En segundo lugar, se realizan búfferes cada 1000 metros, hasta llegar a los 5000. Con la operación “Diferencia” se consigue separar cada franja de 1000 metros. Seguidamente, con “Unión” se unen todas ellas y se da un valor a cada una, dentro de una nueva columna en la tabla de atributos, en función de la cercanía, entre 0 y 0.9. Se rasteriza (herramienta “Rasterizar”) este mapa vectorial resultante con estos valores, para obtener un mapa ráster. Con el objetivo de no excluir totalmente las zonas lejanas a líneas eléctricas, se rasteriza el mapa de provincias con el valor de 0.1 y se suma al anterior, obteniendo el mapa con las puntuaciones deseadas.
2.5 Mapa de cercanía a cauces fluviales
El propósito, esta vez, es conseguir un mapa ráster con las puntuaciones siguientes:
| Distancia(m) | <1000 | 1000-2000 | 2000-3000 | >3000 |
|---|---|---|---|---|
| Puntuación | 1 | 0.7 | 0.3 | 0.1 |
Para obtenerlo, se sigue un procedimiento análogo al descrito en el apartado anterior.
2.6 Mapa de núcleos urbanos
El objetivo es conseguir un mapa con las zonas cercanas a núcleos urbanos (1000m) para excluir las mismas. Para ello se toman los datos de la BTN 100 y se cortan para las provincias de estudio, como se realizó con las líneas eléctricas y los ríos. Posteriormente, se utiliza la herramienta “Buffer” para generar un nuevo mapa vectorial.
En el mapa buffer, entrando en la tabla de atributos, se crea una nueva columna con valores -1. Se rasteriza con la herramienta “Rasterizar”. Se realiza la misma operación con la capa vectorial de provincias, esta vez asignando el valor 1. Sumando ambos rásteres, con la herramienta “Calculadora Ráster”, se consigue un nuevo mapa, con valor 0 en los núcleos de población y sus cercanías (zonas excluidas) y 1 en el resto (zonas permitidas).
2.7 Mapa de espacios protegidos
De igual modo, los espacios protegidos deben ser excluidos del análisis. Para ello, se cargan las distintas capas de zonas protegidas(Red Natura 2000, Reservas de la Biosfera, Patrimonio de la Humanidad,etc.) y se juntan con la herramienta “Unión”. Se procede de modo análogo a los núcleos urbanos, obteniendo el mapa siguiente:
2.8 Ubicación de las centrales existentes
Se desea incorporar al análisis la posición de las centrales termosolares preexistentes, con dos objetivos diferenciados: comprobar si los criterios adoptados son adecuados y proponer nuevas localizaciones de futuras centrales.
Con este fin, se toman los datos de ubicación de las centrales del Mapa Interactivo de Infraestructuras Energéticas de la Junta de Andalucía7, en coordenadas UTM-30N. Se crea un archivo .csv con el nombre de las mismas y su posición y se incorpora al programa con la herramienta “Nueva Capa de Texto Delimitado”.
2.9 Análisis multicriterio y sensibilidad
Finalmente, para la evaluación las zonas más óptimas para la localización de la central termosolar, se recurre a un análisis multicriterio con los distintos mapas temáticos generados anteriormente. Se proponen las siguientes ponderaciones para cada una de las variables:
| Análisis | Radiación | Líneas | Ríos | Núcleos | Zonas protegidas | Pendientes |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1º | 0.6 | 0.2 | 0.2 | 0/1 | 0/1 | 0/1 |
| 2º | 0.6 | 0.3 | 0.1 | 0/1 | 0/1 | 0/1 |
| 3º | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 0/1 | 0/1 | 0/1 |
Se toma el valor más alto para la radiación debido a que es la variable influyente en el potencial de generación, lo más importante para la rentabilidad de toda central eléctrica. Las líneas pueden cobrar más importancia de los ríos, debido a que el coste de una línea eléctrica de alta tensión es más elevado al de una conducción de agua.
3 Conclusiones
A la vista de los resultados obtenidos, se puede concluir lo siguiente:
Primero, la mayoría de las centrales preexistentes se ubican en zonas con una puntuación alta (0.7-1.0), en todos los mapas obtenidos. Esto indica que el análisis realizado es coherente con la realidad y que las variables y ponderaciones consideradas han sido adecuadas.
Segundo, existe una zona de muy alta puntuación en torno al suroeste de la provincia de Sevilla, en todos y cada uno de los análisis. Es debido a que se trata de una zona con una radiación excelente, pendientes llanas, alejada de núcleos y zonas protegidas y con una red fluvial y eléctrica cercana.
Por último, se proponen tres posibles localizaciones para nuevas centrales termosolares, en la zona anterior, que reúnen las condiciones óptimas, según el criterio considerado, para convertirse en un punto de máximo rendimiento dentro de la red eléctrica.
Con este estudio, se demuestra la gran influencia que tiene el proceso de elección de la localización de nuevas centrales para su rentabilidad. Este análisis previo es vital para la construcción de nuevas infraestructuras que permitan la generación de electricidad de una manera limpia, económica y sostenible. La optimización de recursos es el gran reto del siglo XXI, y no será posible sin la ayuda de este tipo de estudios y los Sistemas de Información Geográfica, como es el caso de QGIS.
4 Bibliografía
- << Factibilidad de la implementación de una planta termosolar para la generación de energía eléctrica en Torreón, Coahuila, México >>. Antonio Castro, Blanca Barajas y Victor Moreno (Universidad Autónoma de Coahuila)
- << Estudio de viabilidad de una planta termosolar – Proyecto Fin de Carrera >> . Guillermo Entrecanales Ruíz de Villarías
- Agencia Andaluza de la Energía, Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa ( http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/Radiacion/radiacion2.php )
- Centro de Descargas del CNIG.
- Red de Espacios Naturales Protegidos de Andalucía (RENPA)(http://www.juntadeandalucia.es/medioambiente/site/rediam/menuitem.04dc44281e5d53cf8ca78ca731525ea0/?vgnextoid=5338808c72504210VgnVCM1000001325e50aRCRD&vgnextchannel=7b3ba7215670f210VgnVCM1000001325e50aRCRD&vgnextfmt=rediam&lr=lang_es)
- Mapa Interactivo de Infraestructuras Energéticas de Andalucía (MIEA)(www.agenciaandaluzadelaenergia.es/miea)
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