Disseny d'una central fotovoltaica de 100 MW amb connexió a la xarxa de 400 kV en Alarcon (Conca)

Abstract

[ES] En el context actual de crisi energètica i climàtica, produïda en gran part per la dependència europea de matèries primeres importades de tercers països en vies de desenvolupament i per conflictes geopolítics que afecten greument el nivell de consum actual, sorgeix la necessitat d'assegurar i promoure una independència energètica. Per a això des de la Unió Europea s'està fomentant la creació de plantes d'energies renovables, que malgrat no ser regulable i dependre de les condicions climàtiques, suposen una energia neta, barata i il·limitada d'acord amb els objectius de transició ecològica i desenvolupament sostenible. El present Treball Final de Màster pretén contribuir a aquest objectiu amb el disseny, projecte i càlcul d'una planta fotovoltaica de 100 MW i 120 MVA en el municipi d'Alarcón (Conca), on precisament està previst el tancament i desmantellament de la pròxima central nuclear de Cofrentes (València). La metodologia emprada per a això es basa en el plantejament de diverses variants quant a tecnologia i disseny, així com en la valoració econòmica i la comprovació estructural dels elements emprats. En primer lloc, s'han valorat tres opcions amb diferents tipologies de tecnologies, tant en mòduls fotovoltaics com en solucions estructurals, mitjançant la simulació obtinguda amb el programa especialitzat PVSyst. L'anàlisi ha permés seleccionar la variant amb millor rendiment energètic, que posteriorment ha sigut modelada i calculada mitjançant el programa SolidWorks. Així mateix, aquest programa ha permés obtindre les sol·licitacions estructurals provocades pel vent mitjançant un model de Dinàmica de Fluids Computacional (C.F.D) i comprovar la resistència dels components mitjançant una anàlisi o Model d'Elements Finits (M.E.F). Posteriorment s'ha calculat i dimensionat la subestació elèctrica de 400kV, necessària per a poder injectar l'energia produïda en la xarxa de distribució. Amb l'objectiu de demostrar la viabilitat econòmica d'aquest projecte, s'ha comparat la rendibilitat amb quatre variants de preu de l'energia corresponents a moments anteriors, actuals i posteriors a la crisi energètica. Tot això ha permés justificar com a elecció més rendible i eficient la variant que combina mòduls fotovoltaics bifacials amb una estructura de seguidor d'un sol eix. Aquesta solució permet obtindre un retorn de la inversió en 7,86 anys, un benefici econòmic de 165.512.901,29€ i un benefici mediambiental amb una reducció de 2.922 *Tn de CO¿ al cap dels 25 anys de vida útil. Els objectius plantejats quant a eficàcia econòmica i mediambiental poden considerar-se aconseguits mitjançant el disseny proposat, ja que durant la seua vida útil injectara un total de 6.300 GWh a la xarxa i podria ampliar-se fàcilment gràcies al disseny sistemàtic basat en mòduls, que fins i tot podrien emprar-se en altres emplaçaments amb ajustos i càlculs relativament mínims.

[EN] In the actual context of energetic and climatic crisis, mainly due to the European dependence on primary materials imported from developing countries and geopolitical conflicts that seriously affect the current level of consumption, the need to ensure and promote an energetic independence becomes evident. To accomplish this, the European Union is promoting the creation of renewable energy plants, which despite being unregulated and dependent on climatic conditions, provide clean, economic and unlimited energy in accordance with the objectives of ecological transition and sustainable development. This Master's Final Project aims to contribute to this objective with the design, project and calculation of a 100 MW and 120 MVA photovoltaic plant in the village of Alarcón (Cuenca), where the closure and decommissioning of the nearby Cofrentes (Valencia) nuclear power plant is planned for 2030. The methodology used is based on the analysis of several variants in terms of technology and design, as well as on the economic assessment and structural verification of the elements used. Firstly, three options with different types of technologies were evaluated, both in terms of photovoltaic modules and structural solutions, using the simulation obtained with the specialised PVSyst programme. The analysis made it possible to select the variant with the best energy performance, which was then modelled and calculated using the SolidWorks programme. This software also made it possible to obtain the structural stresses caused by the wind using a Computational Fluid Dynamics (C.F.D.) model and to check the resistance of the components using a Finite Element Model (FEM) analysis. Afterwards, the 400kV electrical substation was calculated and dimensioned, which is necessary to inject the energy produced into the distribution network. To demonstrate the economic viability of this project, the profitability has been compared with four energy price variants corresponding to previous, current and post energy crisis conditions. The variant combining bifacial PV modules with a single-axis tracker structure has been proved to be the most cost-effective and efficient choice. This solution allows to obtain a return on investment in 7.86 years, an economic benefit of 165,512,901.29 euros and an environmental benefit with a reduction of 2,922 tons of CO2 after 25 years of service life. The proposed design achieves the previously stated objectives in terms of economic and environmental efficiency, as it contributes a total of 6,300 GWh to the power system during its lifetime and could be easily extended through its systematic design based on modules, which could even be used at other locations with relatively minimal adjustments and calculations.