Optimización de sistemas híbridos de abastecimiento de energía para riego en aislada

Abstract

Este trabajo presenta un modelo para el dimensionamiento óptimo de un sistema de suministro de energía híbrido basado en las energías renovables solar fotovoltaica y micro‐hidráulica, enfocado a la reducción del coste total y del impacto ambiental. El modelo desarrollado emplea una versión modificada del algoritmo genético NSGA‐II. La optimización contempla el dimensionamiento de una planta de recuperación de energía (PAT‐ Pump As Turbine) y una planta solar fotovoltaica, como principales fuentes de energía, haciendo uso de baterías y un generador diésel como sistemas de apoyo. Además, el algoritmo decide si las herramientas y vehículos requeridos para el funcionamiento de la explotación, además de las demandas dependientes de la instalación de riego, son eléctricos o de combustión, para cada una de las soluciones propuestas. El modelo fue aplicado a un caso de estudio en una explotación de nogal de regadío en Palma del Río (Córdoba), mostrando un conjunto de posibles soluciones óptimas que minimizan el coste de inversión y el impacto ambiental del sistema de suministro energético. En aquellos escenarios enfocados a minimizar las categorías de impacto de cambio climático, y recursos energéticos, en los que se da prioridad a los dispositivos eléctricos, el coste del banco de baterías igualó o incluso superó a la suma del coste de la planta fotovoltaica y la planta de recuperación de energía micro‐hidráulica. La planta microhidráulica fue incluida en algunas de las soluciones, pero su participación fue muy baja, adquiriendo mayor participación en aquellas soluciones con valor mínimo para la función objetivo dos (impacto ambiental), presentando un valor más alto para el coste total. El porcentaje de energía aprovechada, frente al total de energía generada, fue de hasta el 37% para algunas de las soluciones propuestas, valor muy superior al obtenido en análisis anteriores para sistemas en aislada basados en energías renovables. Se observó que el coste de la energía generada asociado a cada tecnología tuvo un impacto significativo en el dimensionamiento y configuración del sistema. Por ello, la energía microhidráulica, con un mayor coste de inversión asociado, en comparación con la energía solar fotovoltaica, tuvo una menor participación en las soluciones óptimas con valores más balanceados para ambas funciones objetivo. Además, el patrón de producción de la energía solar fotovoltaica fue identificado como el factor más limitante para esta tecnología, lo que redujo el porcentaje de aprovechamiento energético y condicionó la dependencia de baterías y combustible. Las baterías supusieron un importante porcentaje del coste total, de hasta el 57%, y contribución al impacto ambiental, que podrían reducirse al introducir otras fuentes de energía renovable complementarias, como la eólica, o sistemas alternativos de almacenamiento de energía. El modelo desarrollado presenta una herramienta útil para el análisis sistemático de posibles configuraciones de un sistema híbrido para la gestión integral de la energía a nivel de parcela en explotaciones aisladas de la red eléctrica.