Sistemas de riego fotovoltaico: la solución en la que ... · –Proyecto financiado por MICINN y...
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Sistemas de riego fotovoltaico: la solución en la que confía Europa para un riego seguro,
fiable y barato
Luis Narvarte
Instituto de Energía Solar
Universidad Politécnica de Madrid
ANTECEDENTES • El coste eléctrico para agricultores y Comunidades de Regantes:
– FENACORE : incremento de costes 627% - 1255%
– 40% - 50% del total de costes de producción
– 2º consumidor eléctrico en España
• Única alternativa para algunos cultivos: – Remolacha – 2017
• Mercado Potencial:
– Sur de Europa: 14 millones Ha -16GW – 24.000M€
– Norte de África (Red + diesel): 1,5GW – 2.250 M€
¿POR QUÉ SABEMOS DE BOMBEO FV? • Programa Regional del Sahel (PRS):
– 600 bombas FV en países del Sahel – UPM: control de calidad
• Desde 1995 en el Norte de África: – 53 sistemas e bombeo FV en Marruecos, Algeria y Túnez – 5 sistemas de riego FV en Egipto
• Ampliación a alta potencia: – Proyecto financiado por MICINN y AECID – Demostrador real en Alto Vinalopó
¿Qué NO es adaptar el FV al riego?
• Lo que NO es:
– Incorporar al variador el seguimiento del punto de máxima potencia del generador FV (MPPT).
– Solución preparada desde fábrica
– Adaptar la red de riego al sistema FV
– Aumentar el tamaño del sistema FV a balsa para utilizarlo a presión constante
• El pobre estado del arte actual:
– Ejemplo de las 4 ofertas recibidas por una comunidad de regantes:
• Tamaño: de 90 kWp a 250 kWp
• Precio: de 1€/Wp a 2,7€/Wp
– No es que engañen; es que es nuevo conocimiento.
¿Qué SÍ es adaptar el FV al riego?
• Lo que SÍ es:
– Resolver los problemas asociados a la intermitencia FV.
– Ajustar la generación FV a las necesidades de riego.
– Integrar el sistema FV en el sistema de riego existente.
– Asegurar la fiabilidad durante 25 años.
El Problema de la Intermitencia FV
Día 18 de septiembre
0
200
400
600
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Hora
G (
W/m
2)
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100
120
Tc (
ºC)
G (W/m2)
Tc (ºC)
253m
• Desestabilización y parada brusca del variador: – Golpe de ariete: reduce el tiempo de vida de la parte hidráulica.
– Sobretensiones: reduce el tiempo de vida del variador y motobomba.
• Seguidor N-S
Ajustar generación FV y necesidades de riego
m3/día
mes
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1000
2000
3000
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5000
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
- €
0,05 €
0,10 €
0,15 €
0,20 €
0,25 €
0,30 €
0,35 €
m3/día
€/kWh Red
€/m3 Red
m3 / dia Coste €
• Sistema fotovoltaico: – Especificaciones técnicas
– Control de calidad
– Incluidas en contrato
Asegurar la fiabilidad durante 25 años
• Seguidor
– Probado
Advertencias
• CALIDAD DE LOS SISTEMAS: – Si el seguidor no está probado, es mejor poner estructura estática
– Si el contrato no incluye especificaciones técnicas y procedimientos de control
de calidad, es papel mojado
• FIABILIDAD ANTE PASO DE NUBE: – Si te dicen que es solar, y no tienen resuelto esto, no es solar.
• BOMBEO A PRESIÓN Y CAUDAL CONSTANTE: – Si te dicen que es a presión constante, hay muchas probabilidades que sea “a
balsa” sobredimensionado.
– Si tiene control por presión, el problema de la intermitencia es más grave.
• PROGRAMACIÓN Y SINTONIZACIÓN DE LOS VARIADORES: – Si te dicen que viene programado de fábrica, no funciona.
EL DEMOSTRADOR • Pozo Candela (CGUAV)
Datos pozos representativos CGUAV. Anualidad 2012
Pozo Tarifa Horas
func.
m3 kWh Coste
energía (€)
Coste fijo
(€)
kWh/m3 c€/m3
Candela 6.1 2.613 738.679 958.939 78.918 15.329 1,30 10,68
Rosita 6.1 4.844 1.815.960 2.054.426 165.727 17.756 1,13 9,13
B. Puentes 3.1a 3.994 1.381.751 1.396.196 152.926 8.099 1,01 11,07
Total 3.1a y
6.1
59.578 12.859.444 16.600.982 1.627.527 150.180 1,29 12,66
• Acondicionamiento
EL COSTE ACTUAL (BOMBEO A BALSA – ALTO VINALOPO)
• Coste: 1,7€/W
• Competitividad:
– Tasa interés 5%
– Incremento coste eléctrico 7%
– Tasa de descuento 3,5%
Pozo Candela - Amortización en 25 años
Crédito
100%
Coste Red
c€/m3
Coste FV
c€/m3
Coste Red
c€/kWh
Coste FV
c€/kWh
Ahorro
(%)
10 años 16,9 6,6 13,0 5,1 60,9
15 años 16,9 6,8 13,0 5,2 59,9
25 años 16,9 7,1 13,0 5,4 58,2
Simulación de costes a 25 años
25 años Red Red optimizada FV 300kW FV 600kW
(Crédito 10 años) 16.238.720 € 15.344.124 €
13.888.734 € 12.780.471 €
(Crédito 25 años) 13.928.632 € 12.860.267 €
Matriz de ahorro COSTE 25 años COSTE Red Red opt FV 300kW
Red 16.238.720 € - - -
Red optimizada 15.344.124 € 5,5% - -
FV 300kW 13.928.632 € 14,2% 9,2% -
FV 600 kW 12.860.267 € 20,8% 16,2% 7,4%
TIR y VAN TIR VAN
FV 300kW 17,94% 1.512.609,81 €
FV 600kW 16,57% 2.678.092,46 €
Simulación de costes a 25 años Uso 100%
Matriz de ahorro
TIR y VAN
25 años Red Red optimizada FV 300kW FV 600kW
(Crédito 10 años) 16.238.720 € 15.344.124 €
12.480.046 € 9.669.452 €
(Crédito 25 años) 12.519.944 € 9.749.248 €
COSTE 25 años COSTE Red Red opt FV 300kW
Red 16.238.720 € - - -
Red optimizada 15.344.124 € 5,5% - -
FV 300kW 12.519.944 € 22,9% 18,4% -
FV 600 kW 9.749.248 € 40,0% 36,5% 21,9%
TIR VAN
FV 300kW 24,36% 2.337.696,31 €
FV 600kW 23,68% 4.500.255,69 €
MASLOWATEN
MArket uptake of an innovative irrigation Solution based on LOW
WATer-ENergy consumption
H2020 PROGRAM
METODOLOGÍA • Implementación de las 5 “primeras aplicaciones de mercado:
• Alicante (España): 360 kWp
• Valladolid (España): 140 kWp
• Alentejo (Portugal): 140 kWp
• Marrakech (Marruecos): 120 kWp
• Cerdeña (Italia): 60 kWp
• Validación técnica y económica
• Penetración de mercado:
• Visitas técnicas a los demostradores
• Presencia en exhibiciones y ferias mostrando la solución
• Acreditaciones y especificaciones técnicas
TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA
• Transferencia a al menos 20 PYMES
• Al menos 5GW en el sur de Europa en 2018
• Seminarios internacionales para abrir mercados
Autónomo FV - Balsa
Balsa > 75.000 m3 aprox
2.500 m3/h Volumen 150 m x 100 m x 5 m
Sistema auxiliar FV 1 kWp caseta de Variador
Paneles 1000 Wp 4x250
Regulador 75 A 24V
Batería 24 V 915 Ah C10
Listado cargas Inversor 24 V - 5000 W
HMI + PLC - 24 V DC
Fuente 230- 12/ 24 V
Modem -router
Iluminación interior
Alarma caseta y generador
Motores y control seguidores
Generador Fotovoltaico 18 filas -360 kWp
Sólo Bombeo FV diurno
400...900 V dc
380 V AC
Contador con emisor Pulsos DN-250Q = 250 m3/h (proyecto) - 350 m3/h (def)
Variador A1000 de 355 kW (ND) CIMR-AC4A0675-FAA-+ FUENTE 24 V
Filtro Senoidal AC Salida L>250 m
Q
Bomba 250 KW a 300 metros Q= 63 l/sHMT =288 m
Boyas de nivel de balsa ¿?
Nivel de balsa
200 m
Caseta Variador 7x2,5 m
10 m
PLC
MPPT
HMI
Sensor Radiación (G)
Pulsos contador
VentilaciónArmario variador
Mulfila nº1 - 8 filas (32
ramas)
Mulfila nº2 - 8 filas (32
ramas)
Monofila nº1 (4 ramas)
Monofila nº2 (4 ramas)
25 m
12 m
Variado MX2 0,5 kW
Híbrido diesel-FV 3 Bombas centrigufas de superficie multi-rodete
MEC-MR 100/2D - 225M4-45 de 45 kW 4P 1450 rpm
Sistema FV 1
(cambiar por motor hidraulico)
Suministro eléctrico Aux. - Sistema Aislado FV 1
Listado cargas Sistema FV1
1 x Cuadro multifila -250 W Ac Paneles 1000 Wp 4x250
Cuadro variador RX Regulador 50 A 24V
Modem -router Batería 24 V 600 Ah
Anemómetro Inversor 24 V - 3000 W
Portátiles trabajo
Alarma seguidores Consumo día: 2,5 kWh
Alumbrado y control
Finca ELAIA : São BernabéSISTEMA DE BOMBEO HIBRIDO FOTOVOLTAICO -DIESEL
Balsa Comunitaria (infinito)2 Bombas sumergiblesHorizontales de 60 CV -- 70 l/s
Grupo Diesel 250 kVATrazado 2 km Cota : + 20 metros
Variador RX -3 55 kW
Motor400 V - 4P
45 KW
Motor400 V - 4P
45 kW
Motor400 V - 4P
45 kW
P =6 bar
Q
Sistema de filtrado con lavado automático
M
DepósitosFertilizantes
Depósito Superficie 350 m3Nivel +2 mca
Grupo Electrógeno
FV - 1 (70 kWp) 3,5 seguidores
ManómetroTransductor de Presión
PLC RX
400 V AC (3F+N)
P =6 bar + filtro
Caudalimetro Pulsos
Q = 210 ..245 m3/h
Programador Riego
Progress (Agronic 4000)
30 Electroválvulas
zonificación riego
Zona -
Electroválvula 1
Zona -Electroválvula 2
Zona -Electroválvula 30
Zona -Electroválvula 30Grupo Electrógeno
1
1
1
FV - 2 (70 kWp) 3,5 seguidores
Bus común Variador RX -2 55 kW
Variador 55 kW
Conmutación AUT FV-DIESEL
Arrancador suave 55 kW
Bomba 3
Bomba 2
Bomba 1
G = xx W/m2Tamb ºC
HMIScada
10
1
2
C.Prot
FV1
C.ProtFV2
Filtro AC
(ampliación de circuito)
Híbrido Red-FV 2 Bombas centrifugas de superficie multi-rodete Nuevas
MEC-AS4/125C- 225M4-45 de 45 kW 4P 1450 rpm
Finca ELAIA : Soprolives (Marruecos)SISTEMA DE BOMBEO HIBRIDO RED -FOTOVOLTAICA
Balsa junto a caseta de riego 25.0000 m3
Motor400 V - 4P
45 kW
P = 4,2- 4,3 bar
Q
Sistema de filtrado con lavado automático
M
DepósitosFertilizantesmezcla solido in situ
ManómetroTransductor de Presión
Caudalímetro PulsosQ = 380 ..400 m3/h
Zona - 1
Zona - 2
Zona - 4Zona - 3Red eléctrica
Motor400 V - 4P
45 kW
Bomba 1
Bomba 2
PLC
P =3,8 -4 bar (después del filtro)
Programador Riego Progress
4000
x Electroválvulas - 4 zonasde riego
G -> W/m2Tamb o Tcél -> ºC
HMI
1
Variador RX -2 55 kW híbrido
Arrancador suave 55 kW
0
MAN Conmutación 2
Variador-Arrancador
1
1
1
1
2
0FV - 1 (60 kWp) 3 Filas
FV - 2 (60 kWp) 3 Filas
C.Prot
FV1
C.Prot
FV21
1
Diodo de bloqueo
1
11
Diodo de bloqueo
1
Variador RX - 1 55 kW híbrido
Arrancador suave 55 kW
0
MAN Conmutación 1Variador- Arrancador
1
1
1
1
2
Generador Fotovoltaico 120 kWp
Bombeo FV diurno
400 V AC (3F+N)
Grid NetworkNight operation
Motor seguidor alimentado
desde la red eléctrica
Conmutación 2Aislado/hídribo
11
Conmutación 1Aislado/hídrido
11
Conmutación 2Aislado/hídrido
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