Localización óptima de centrales de biomasa y minihidráulica en El Bierzo

Metodologías para la Localización Óptima
de Centrales de Biomasa y Minihidraúlica
como Recursos Energéticos Renovables
en la Comarca de El Bierzo

Carlos de la Paz Blanco, CIEMAT

Índice de Contenidos
Introducción
Estado del Arte y Justificación
Objetivos
Recursos y Fuentes
Metodología y Resultados
Conclusiones

Introducción

• El sistema energético mundial se basa fundamentalmente en la obtención de
energía a partir de combustibles fósiles:

• Petróleo Efecto invernadero y Calentamiento global

• Gas Recursos limitados
• Carbón mineral Desigualdades entre países

Introducción

• En este escenario energético, una apuesta por el uso de energías renovables
aporta:

• Mejora de los efectos negativos de los combustibles fósiles

Seguridad del suministro energético
• Amplio rango de fuentes naturales
Menor dependencia energética
inagotables
Reparto energético equitativo

Introducción

• El paso previo dentro del dimensionado de instalaciones o sistemas que
aprovechan algún tipo de fuente energética es:

• Valoración del recurso
Ambas cuestiones están condicionadas
por factores de carácter geográfico
• Localización de emplazamientos

TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

Biomasa Forestal
Minihidráulica
Elección de la Zona de Estudio


• Este estudio esta basado en dos energías renovables con futuro:

Tecnología que no ha aprovechado
• Biomasa Forestal todo su potencial energético

Tecnología consolidada y eficiente de menor
• Minihidráulica
impacto ambiental que la hidráulica tradicional


BIOMASA FORESTAL

• Definición Biomasa: “todo material de origen biológico excluyendo aquellos
que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de
mineralización”.

• Recurso de la Biomasa Forestal: Residuos forestales generados en las operaciones
silvícolas de limpieza, poda y cortas parciales o finales de los montes.

Disponibilidad constante (Almacenable)
Reducción del riesgo de incendios forestales
• Ventajas de la Biomasa
Reconversión de energías tradicionales
Creación de empleo


MINIHIDRÁULICA

• Definición Minihidráulica: Aprovechamiento que utiliza la energía hidráulica
para generar energía eléctrica mediante un salto de agua entre dos niveles de
altura en un cauce. Cuando el agua cae del nivel superior al inferior, pasa por
una turbina hidráulica que transforma la energía hidráulica en energía eléctrica.

• Recurso de la Minihidráulica: Caudal de agua y desnivel del terreno

Caudal fluyente
• Tipos de aprovechamiento
Caudales en parte retenidos

• Ventajas del Caudal Fluyente: Menor impacto ambiental que los
aprovechamientos con caudales retenidos.


ELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

• Para encuadrar este trabajo en un lugar concreto, se ha optado por la selección
de una comarca de la provincia de León, El Bierzo.

NDVI. Fuente: IGN. Elaboración propia Altimetría y red hidrológica. Fuente: IGN. Elaboración propia.

Objetivos
Objetivo Principal
Objetivos Parciales

Objetivos

OBJETIVO PRINCIPAL

• Localización de zonas óptimas para la instalación de centrales de Biomasa
Forestal y Minihidraúlica que puedan generar energía eléctrica y estén
conectadas a la red.

METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN MULTICRITERIO (EMC)

DATOS

Factores Restricciones

EMPLAZAMIENTOS ÓPTIMOS

Objetivos

OBJETIVOS

BIOMASA FORESTAL

• Obtención de las zonas que presentan mayor aptitud para el aprovechamiento
del recurso (Demanda de biomasa forestal).

• Obtención de enclaves idóneos para el emplazamiento de centrales de Biomasa
Forestal (Oferta de localizaciones para las instalaciones).

• Obtención de modelos de localización-asignación con análisis de redes que
ubiquen las instalaciones de modo que su suministro desde los puntos de
demanda sea lo más eficiente posible.

Objetivos

OBJETIVOS

MINIHIDRÁULICA

Obtención de dos modelos comparativos:

• Modelo generado a partir de datos de caudal obtenidos de la Confederación
Hidrográfica del Miño-Sil.

• Modelo generado a partir de datos pluviométricos obtenidos de estaciones de
la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) y del modelo digital del terreno de
la zona de estudio, aplicando herramientas de hidrología del software ArcGIS.

Recursos y Objetivos

• Recursos:

• Fuentes:

Metodología y Resultados
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal
Metodología y Resultados: Minihidráulica


Metodología
para Biomasa
Forestal
El esquema de la
metodología para la
localización de centrales
de Biomasa Forestal se
compone de tres bloques.


Procesos para la
obtención de las
zonas aptas de
aprovechamiento
del recurso

Factores para la estimación del
Recurso

• Formato raster (pixel 100 x 100 m)

• Factores obtenidos:
Biomasa disponible
Pendientes
Desembosque

Normalización de Factores
• Estandarización de los factores en
una misma escala

• Ecuación de transformación lineal

fi = valor del factor normalizado
vi = valor origen del factor
vmax = valor máximo del raster a
normalizar
vmin = valor mínimo del raster que
vamos a normalizar
c = rango de estandarización
(c=255)


Asignación de Pesos a cada Factor
• Ponderación de los factores de forma que
pesen más en el modelo aquéllos que son
considerados más importantes, en base a
criterios técnicos y medioambientales.

FACTORES INDICADOR PESO
Biomasa Disponible Cantidad de Residuo 0,45
Pendiente Desnivel en porcentaje 0,30
Desembosque Distancia a Red Viaria 0,25

Suma Lineal Ponderada
• Sumatorio de los factores
normalizados multiplicados por
su correspondiente peso.

Restricciones sobre el
Recurso
• Las restricciones son criterios
que limitan la posibilidad de
considerar alguna opción,
excluyéndola de forma
definitiva.

• Son capas booleanas (1 y 0)

• Restricciones:
Pendientes
Desembosque
Biomasa entorno a los cauces
Espacios Naturales Protegidos

Resultado de las zonas aptas para el
aprovechamiento del recurso
• Es el producto de la SLP por el resultado de
la intersección de todas las restricciones.

Mapa raster

Raster
To Point

Capa vectorial de puntos
ANÁLISIS
PUNTOS DE DEMANDA
DE REDES DE BIOMASA FORESTAL

Flujo del proceso
en Model Buider
para la obtención
de las zonas
aptas para el
aprovechamiento
del recurso


Procesos para la
obtención de
emplazamientos
aptos para
instalaciones de
Biomasa Forestal

Restricciones sobre la
ubicación de Instalaciones
• La selección de emplazamientos
idóneos para la localización de
centrales de Biomasa se realiza
mediante intersección booleana.

• Restricciones:
Red Eléctrica
Infraestructuras Viarias
Usos del Suelo

Resultado de los emplazamientos
para las instalaciones
• Es el producto de la intersección de todas
las restricciones.

Mapa raster

Raster
To Point

Capa vectorial de puntos
ANÁLISIS
PUNTOS DE OFERTA DE
DE REDES INSTALACIONES

Flujo del proceso
en Model Buider
de la obtención de
emplazamientos para
las instalaciones de
Biomasa Forestal


Obtención de soluciones para
la ubicación de instalaciones
mediante modelos
de Localización–Asignación
(Análisis de Redes)


• Definición de los Modelos de Localización-Asignación: Análisis que permite
ubicar las instalaciones de modo que su suministro desde los puntos de demanda
(recurso) sea lo más eficiente posible.

• Distancias de transporte exactas a través de la red viaria.

• Los elementos del modelo de localización-asignación son los siguientes:
• Puntos de demanda (ponderados): Zonas aptas para el aprovechamiento de
Biomasa Forestal.
• Puntos de oferta: Emplazamientos óptimos para las instalaciones de Biomasa
Forestal.
• Cálculo de distancias: A través de la red de transporte.


Maximizar Abarca la mayor demanda Parámetros a introducir
Cobertura posible de Biomasa Forestal en el modelo de
Localización-Asignación
Límite de cobertura
para las instalaciones 25 km a través de la red
(Valor límite de impedancia)
1 Instalación
2 Instalaciones
Soluciones obtenidas según nº de Instalaciones
3 Instalaciones
4 Instalaciones


Interpretación de los
resultados de las
soluciones obtenidas

Distancia media desde las
Superficie de biomasa Recurso valorado
instalaciones a los puntos
Soluciones cubierta por las instalaciones (EMC) cubierto
de demanda
(ha) (%)
(km)
1 Instalación 20.542 47,50% 18
2 Instalaciones 29.361 66,78% 16
3 Instalaciones 35.251 79,58% 15,7
4 Instalaciones 39.034 88,24% 14,5


Metodología para
Minihidráulica
Esta metodología se compone de
dos modelos distintos que utilizan el
mismo proceso de Evaluación
Multicriterio:
• Modelo generado a partir de
datos de caudal.
• Modelo generado a partir de
datos pluviométricos y del MDT
de la zona de estudio.


Resumen de la Metodología para Minihidráulica
• La diferencia sustancial entre los dos modelos estudiados
se basa en los datos de inicio y herramientas aplicadas
para estimar el factor principal de la EMC
(La fuente energética).

FACTOR PRINCIPAL FACTORES COMUNES DEL RESTRICCIONES
MODELOS
DIFERENCIAL DEL EMC EMC COMUNES DEL EMC
Desnivel o Salto Bruto
Caudal Hidroeléctrico Pendientes
MODELO 1 Distancia a Subestaciones
Potencial Eléctricas Red y Subestaciones
Eléctricas
Distancia a la Red
Eléctrica Red Fluvial
Flujo Acumulado Espacios Naturales
MODELO 2 Hábitats Prioritarios
Hidroeléctrico Potencial Protegidos
Distancia a Red Fluvial

Factor Principal: Modelo 1
Datos de los Respetar Caudal Mínimo Puntos de Caudal
Puntos de Caudal Medioambiental Hidroeléctrico
(CHMS) (Décima parte del C.M.I) Potencial

Interpolación
Método Kriging


Factor Principal: Modelo 2
Interpolación
Datos de pluviometría Método Kriging Raster de
(Estaciones AEMET) precipitaciones

Herramientas de
MDT de la zona de Hidrología de ArcGIS Raster de acumulación
estudio de flujo

Acumulación de flujo
ponderado por la precipitación
(Hipótesis del caudal acumulado)

Factor Principal: Modelo 2.
Datos pluviométricos
INTERPOLACIÓN MÉTODO KRIGING
Kriging ordinario por defecto
Kriging ordinario modificado

Factor Principal: Modelo 2.
Modelo Digital del Terreno

HERRAMIENTAS DE HIDROLOGÍA
Sumidero/Sink: Valor del MDT incorrecto
Rellenar/Fill: Rellena los sumideros
Dirección de Flujo/Flow Direction: Raster
de las direcciones de flujo de la red fluvial
Acumulación de Flujo/ Flow Accumulation:
Raster del flujo acumulado para cada celda

Factores Comunes a ambos modelos
Desnivel o Salto Bruto
Distancia a Subestaciones Eléctricas
Distancia a la Red Eléctrica
Hábitats Prioritarios
Distancia a Red Fluvial


Asignación de Pesos a cada Factor

FACTORES INDICADOR PESO
Caudal hidroeléctrico Flujo acumulado
Caudal Flujo
potencial hidroeléctrico potencial 0,30
(Modelo 1) (Modelo 2)
(Modelo 1) (Modelo 2)
Salto Bruto Desnivel en porcentaje 0,25
Subestaciones Eléctricas Distancia a Subestaciones Eléctricas 0,15
Red Eléctrica Distancia a la Red Eléctrica 0,10
Hábitats Prioritarios Lejanía Hábitats Prioritarios 0,15
Red Fluvial Distancia a Red Fluvial 0,05

Suma Lineal Ponderada
• Raster ponderado con las zonas con una capacidad de acogida
más alta para la ubicación de centrales de Minihidráulica.

Restricciones de
emplazamientos
Pendientes
Red Eléctrica
Red Fluvial


Resultado de
Emplazamientos Óptimos

• Es el producto de la SLP por el resultado de la intersección de todas las
restricciones.

• Mapa raster compuesto de celdas de 25 x 25 m con las zonas con una capacidad
de acogida ponderada para la ubicación de centrales de Minihidráulica.

• El resultado final son dos Mapas de Viabilidad para instalaciones de
Minihidráulica en función de los dos modelos estudiados:

Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 1

Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 2


• Mediante el uso de diversas herramientas en un entorno SIG (Análisis Espacial, Análisis de
Redes, Análisis Geoestadístico, Hidrología etc.) se han obtenido metodologías de Evaluación
Multicriterio con las que localizar zonas óptimas para la instalación de centrales de Biomasa
Forestal y Minihidraúlica.

• Biomasa Forestal
• Cartografía de las zonas que presentan mayor aptitud para el aprovechamiento del recurso (biomasa
forestal disponible).
• Cartografía de las localizaciones idóneas para el emplazamiento de instalaciones de Biomasa Forestal.
• Ubicación de instalaciones mediante modelos de Localización-Asignación, de modo que su suministro
desde los puntos de demanda (biomasa disponible) sea más eficiente; permitiendo además, conocer
las distancias de transporte exactas a través de la red viaria.

• Minihidráulica
• Se han obtenido dos modelos para la localización de centrales de Minihidráulica:
Modelo 1. A partir de datos de caudal.
Modelo 2. A partir de datos pluviométricos y del MDT de la zona de estudio.
• Se han comparado los dos modelos de metodología desarrollados para evaluar su similitud. Ambos
modelos presentan resultados parejos, lo que supone la posibilidad de exportar el modelo de flujo
acumulado a zonas que tienen una información de aforos de caudales escasa o nula, atribuyendo un
mayor ámbito de aplicación a este modelo.

• Líneas de Trabajo Futuras y en Desarrollo
• Cálculo de la cantidad total (ton/año) de Biomasa Forestal potencial cubierta por cada central, así
como la posibilidad de obtener la cantidad de energía potencial (kW/año) que generaría cada central,
en función de los Poderes Caloríficos de las especies forestales aprovechadas.

• Cálculo del Salto Bruto mediante la utilización de Perfiles
Longitudinales y otras herramientas que permitan deducir la
energía potencial media (kW/año) en las zonas óptimas
seleccionadas para la ubicación de centrales de Minihidráulica.

P= 9,81 * Q * Hn * e

• Finalmente, se puede afirmar que los SIG pueden ser una herramienta determinante para la
caracterización de las fuentes o recursos energéticos y para la localización óptima de
instalaciones que aprovechen esos recursos. En consecuencia, los SIG permiten realizar
análisis para la obtención de cartografía del recurso energético y conseguir un primer
acercamiento a los trabajos de localización.

Gracias por su asistencia
• Bibliografía
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Carlos de la Paz Blanco
Colaborador en el CIEMAT en la aplicación de las TIG a las Energías Renovables
Máster en Tecnologías de la Información Geográfica (UCM)
Ingeniero Técnico Agrícola (UPM)

E-Mail: c.delapaz.blanco@gmail.com
Perfil Linked In: es.linkedin.com/pub/carlos-de-la-paz-blanco/47/9a7/770

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