| Ubicación óptima de balsas superiores, en sistemas de bombeo reversible, mediante sistemas de información geográfica y análisis multicriterio |
Optimal site selection for upper reservoirs in pump-back systems, using geographical information systems and multicriteria analysis |
| Abstract |
Abstract |
| La proliferación que han tenido las energías renovables en la última década, unida a su poca capacidad de gestión en la red, están provocando plantearse antiguos métodos de almacenamiento energético, como es el caso de las centrales hidroeléctricas de bombeo reversible. |
The proliferation of renewable energies in the last decade coupled with their low processing capacity on the grid is bringing old power storage methods back into consideration, as is the case with pumped hydro power plants. |
| En nuestro caso, se ha tomado como referencia una presa ya construida de forma que aprovechando la energía excedentaria o generada en horas valle por un parque eólico cercano, se procederá al bombeo desde la presa existente hasta la balsa que se construirá, y así aprovechar la energía potencial adquirida para turbinar en horas punta. |
In our case, we have taken as a reference an existing dam such that, using surplus or off-peak power generated by a nearby wind farm, water will be pumped from the existing dam to the reservoir to be constructed, taking advantage of the potential energy acquired in order to run the turbines at peak times. |
| El problema es por tanto determinar la ubicación óptima de la balsa superior para que cumpla una serie de criterios de tipo constructivo y económico que hagan viable su construcción. |
The problem is, therefore, to determine the optimal location of the upper reservoir for it to comply with a number of construction and economic criteria that would make its construction viable. |
| Para ello se utilizarán métodos de evaluación multicriterio ayudados de la versatilidad de los sistemas de información geográfica. |
For this, multicriteria analysis methods will be used, assisted by the versatility of geographical information systems. |
| Los resultados obtenidos concuerdan con una verificación in situ, por lo que la metodología aplicada en este estudio puede ser extrapolable a otras zonas geográficas, conformándose como una herramienta valiosa. |
The results obtained concur with verification in situ, thus the methodology applied in this study can be extrapolated to other geographic areas, making it a valuable tool. |
| 1.Introducción |
1. Introduction |
| La generación de energía a partir de fuentes renovables ha experimentado un notable crecimiento mundial en las últimas décadas por diferentes motivos. |
Power generation from renewable energy sources has undergone considerable growth worldwide in the last few decades for various reasons. |
| Por ejemplo, en España, a partir de los años 90, se apostó por el desarrollo de las energías renovables como medio para disminuir la dependencia energética del exterior, y a la vez, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. |
For example, in the 1990s, Spain committed to the development of renewable energies as a means of reducing its dependence on external energy supplies at the same time as cutting greenhouse gas emissions. |
| Sin embargo, las energías renovables tienen una serie de inconvenientes asociados, entre otros la imposibilidad de gestionar la generación, y como consecuencia de ello, la dificultad para adaptar dicha generación a la curva de demanda eléctrica. |
However, renewable energy comes with various disadvantages, such as the impossibility of processing the power they generate, and as a consequence, the difficulty in adapting this power to the electricity demand curve. |
| Esta circunstancia provoca que en multitud de ocasiones sea desaconsejable su funcionamiento, desaprovechando un gran potencial y viendo perjudicada la viabilidad y el rendimiento de centrales como parques eólicos o campos solares. |
This situation means that renewable energy systems are inadvisable in countless instances, causing this great potential to be missed out on and compromising the viability and efficiency of power plants such as wind or solar farms. |
| En ocasiones, los parques eólicos tienen picos de generación en momentos que coinciden con horas valle en los consumos, como muestra la figura 1, por lo que en esos momentos el precio del kWh producido es muy bajo, o incluso puede estar penalizado, por lo que es más rentable desconectar los aerogeneradores. |
On occasions, wind farms have generation peaks at times coinciding with off-peak consumption, as shown in figure 1, so that at these times the price per kWh produced is very low, or even penalised, making disconnecting the wind turbines the most cost-efficient option. |
| Esto se debe a la inercia de las grandes centrales térmicas y nucleares, puesto que su tecnología no les permite la conexión/desconexión de la red fácilmente, por periodos cortos. |
This is due to the inertia of the large thermal and nuclear power stations whose systems in place do not allow them to easily connect/disconnect to/from the grid for short periods. |
| Para resolver estas situaciones, se está fomentando la aparición de sistemas de almacenamiento energético de diversos tipos, basados en acumular la energía en las horas valle o de bajo consumo para después liberarlas en periodos de alto consumo. |
To deal with these problems, the emergence of different types of power storage systems, based on accumulating power during off-peak or low consumption periods to later be released during high consumption periods, is being encouraged. |
| Evidentemente, en la operación de almacenaje, se producen pérdidas energéticas que varían en función del sistema utilizado. |
Obviously, during the storage operation, there are energy losses that vary depending on the system used. |
| Uno de los sistemas más utilizados y más interesantes por la cantidad de energía a acumular, la duración de la acumulación y la relativa baja tasa de pérdidas, es el sistema de bombeo reversible entre dos balsas situadas a diferente cota. |
One of the most used and most interesting systems, due to the amount of energy accumulated, the duration of the storage and the relatively low rate of losses, is the pump-back system between two reservoirs located at different elevations. |
| Figura 1. |
Figure 1. |
| Curva de demanda eléctrica (izq.) y generación de energía eólica (dcha.) del día 12 de enero de 2014 [1] |
Electricity demand curve (left) and generation of wind energy (right) on the 12th January 2014 [1] |
| Se trata de un sistema de gran madurez, ya que empezó a utilizarse a mediados del siglo XIX. |
This is a very mature system, having been used since the middle of the 19th century. |
| Su funcionamiento es sencillo: durante las horas de energía sobrante se bombea agua del depósito inferior a uno superior, funcionando como una central de bombeo, mientras que en las horas de necesidad, se turbina el agua desde el depósito superior al inferior como en una central hidroeléctrica normal. |
The way it works is simple: during the period of surplus power, water is pumped from the lower reservoir to one at a higher elevation, functioning like a pumping station, while in the periods of demand the water is released through the turbines from the upper reservoir to the lower one, like in a normal hydroelectric plant. |
| En este proceso las pérdidas se cuantifican aproximadamente en un 30% llegando incluso a un 20% en algunas centrales de tipo caverna. |
In this process the losses are approximately 30%, even reaching 20% in some underground power stations. |
| Estas Centrales Hidroeléctricas de Acumulación por Bombeo (CHAB) [2], cuentan con una legislación favorable en muchos países [3], donde se evidencia la tendencia dentro la UE en apoyo del incremento de la capacidad de gestión de las energías renovables. |
These Pumped-storage Hydroelectric Stations (PSHS) [2] enjoy favourable legislation in many countries [3], where the tendency of the EU to support the improvement in the processing capacity of renewable energies is demonstrated. |
| En España, se han desarrollado grandes proyectos como el caso de La Muela II con unos 1.200 MW de potencia, cuya finalidad es la de suavizar la curva de consumo, y otros proyectos de menor calado [4] basados en la creación de centrales híbridas entre energía eólica y CHAB. |
In Spain, large projects have been developed such as La Muela II with some 1,200 MW of power, whose objective is to soften the consumption curve, in addition to other projects of less magnitude [4] based on the creation of hybrid power plants combining wind energy and PSHS. |
| Dentro de estos últimos se encuentra el Parque hidro-eólico de Gorona del Viento [5] en la Isla de El Hierro (Canarias- España), que destaca por ser uno de los primeros sistemas conjuntos, cuya función es la de abastecer a la isla de servicio eléctrico, lo que convierte a El Hierro en la primera isla totalmente autosuficiente, energéticamente hablando, con el 100% de su suministro proveniente de energías renovables. |
Among these hybrid plants is the hydro-wind park of Gorona del Viento [5] on El Hierro island (Canary Islands - Spain), that stands out as being one of the first joint systems, whose function is to supply the island with electricity, making El Hierro the first totally self-sufficient island in the world, energetically speaking, with 100% of its supply coming from renewable energies. |
| Con la nueva planificación española [6], se pretende dar un gran impulso a este tipo de centrales, donde se espera que de los 2.700 MW de potencia para centrales de bombeo puro existentes en 2011 pasen a ser unos 8.850 MW en 2020, con un incremento de más del 300%, por lo que las perspectivas de crecimiento en este sector son muy altas. |
With the government’s new plan [6], Spain intends to give a boost to this type of power stations, and hopes to increase the 2,700 MW of power for existing pure pumped-storage plants in 2011 to 8,850 MW in 2020, a rise of more than 300%, offering very high growth perspectives for this sector. |
| A lo largo del presente trabajo se desarrolla una metodología que ayude en la implantación de este tipo de sistemas, estableciendo una sistemática para la localización de los depósitos superiores de las CHAB puras o de las centrales híbridas de nueva generación, analizando los factores intervinientes en la elección óptima de su localización e implementando sistemas de Evaluación Multicriterio (EMC) para posteriormente trasladar los resultados obtenidos a Sistemas de Información Geográfica (GIS) que nos permitirán una evaluación territorial extensa. |
Over the course of this study a methodology has been developed to help in the implementation of this type of system. |
| Este tipo de sistemas se están utilizando en multitud de estudios para obtener la mejor localización de diferentes instalaciones [7] [8] [9] [10] [11], estando sobradamente justificada su utilidad por otros autores. |
This type of system is being used in various studies to obtain the best location of different power plants [7] [8] [9] [10] [11], and other authors have more than proven its usefulness. |
| Sin embargo, la aplicación a este tipo de centrales es inexistente, por lo que los resultados obtenidos en el presente trabajo pueden resultar muy interesantes para aquellos autores que deseen desarrollar trabajos en este campo. |
However, it has never been applied to the type of plants in question, so the results obtained in our research could be of great interest to those authors who wish to develop work in this field. |
| Se establecerá, como origen del análisis e hipótesis principal del método, la existencia de un embalse inferior con suficiente capacidad y la existencia de relieves de entidad en sus inmediaciones, para a partir de ahí buscar la ubicación óptima del embalse superior. |
An existing lower reservoir with sufficient capacity and important elevations of land in its vicinity has been established as a basis for the analysis and main hypothesis of the method, in order to look for the optimal location of the upper reservoir from this starting point. |
| En el caso de estudio para este trabajo se ha elegido la zona del sur de España tomando el embalse de Rules como depósito inferior a partir del cual diseñar nuestra CHAB. |
In the case study for this paper the southern region of Spain has been chosen, taking the Rules Dam as the lower reservoir on which to base the design of our PSHS. |
| El presente trabajo está estructurado de la siguiente manera. |
Our paper is structured in the following way. |
| En el apartado 2 se expone una breve descripción sobre la evaluación multicriterio. |
In section 2 we make a brief description of multicriteria analysis. |
| En el apartado 3 se construye el modelo de decisión, específico para el problema que estamos abordando, identificando todos los aspectos que le son relevantes. |
In section 3 we construct the decision model, specifically for the problem that we are dealing with, identifying all the aspects that are relevant to it. |
| El apartado 4 presenta el caso de estudio como aplicación y finalmente en el apartado 5 se incluyen las conclusiones. |
Section 4 presents the case study it has been applied to and, finally, in section 5 we put forward our conclusions. |
