Proyecto de instalación solar fotovoltaica de 700 kW para bombeo de riego agrícola a una superficie de 370 ha de vid en Utiel

Abstract

[ES] Este trabajo académico abarca el diseño y dimensionado de una instalación fotovoltaica para abastecer el riego de 370 ha de vid en la zona de Utiel, Valencia. El sistema de bombeo dará apoyo a la red de pozos ya existentes, extrayendo agua del pozo y enviándola a una balsa para su posterior inyección en la red de canalizaciones.

El trabajo consta de varias fases. En primer lugar, se establecerán las necesidades hídricas del cultivo determinando así el volumen de agua necesario para regar en cada una de las fases de desarrollo de la planta. Se plantearon dos opciones: utilizar las recomendaciones de la FAO u optar por la metodología del IVIA (el Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias). Al tratarse en este último caso de cálculos pensados para riego de apoyo a cultivos de secano, se ha preferido tratar con las recomendaciones de la FAO, más exigentes en este punto.

En segundo lugar y en paralelo, se ha caracterizado la irradiancia solar de la zona. De este estudio se busca obtener dos datos: la potencia que se puede obtener por metro de superficie y el número de horas de sol disponibles cada día del año. El número de horas de sol debe permitir determinar los caudales medio y máximo a extraer por la bomba.

En tercer lugar, se ha de proyectar la tubería de impulsión para las condiciones más desfavorables, esto es, para este caudal máximo y seleccionando el trazado a seguir por la impulsión. Como resultado de este dimensionamiento se llegará a un diámetro comercial y unas pérdidas de carga que deben permitir seleccionar la bomba más adecuada para la instalación.

Una vez establecidas las condiciones de riego, energía solar e hidráulicas, se seleccionará el equipamiento y punto de funcionamiento energéticamente óptimo. Se realizará para ello un balance entre las necesidades de caudal y la aportación de radiación solar, teniendo en cuenta factores como el almacenamiento de energía y agua, o la posibilidad de compensación de energía eléctrica con la red.

Se analizará la viabilidad y coste de las distintas opciones, así como la versatilidad y resiliencia de la instalación en caso de posibles variaciones en su modo de explotación para de esta forma presentar un proyecto completo.

[CA] Aquest treball acadèmic abasta el disseny i dimensionat d'una instal·lació fotovoltaica per a proveir el reg de 370 ha de vinya en la zona d'Utiel, València. El sistema de bombament donarà suport a la xarxa de pous ja existents, extraient aigua del pou i enviant-la a una bassa per a la seua posterior injecció en la xarxa de canalitzacions. El treball consta de diverses fases. En primer lloc, s'establiran les necessitats hídriques del cultiu determinant així el volum d'aigua necessari per a regar en cadascuna de les fases de desenvolupament de la planta. Es van plantejar dues opcions: utilitzar les recomanacions de la FAO o optar per la metodologia de l'IVIA (l'Institut Valencià d'Investigacions Agràries). En tractar-se en aquest últim cas de càlculs pensats per a reg de suport a cultius de secà, s'ha preferit tractar amb les recomanacions de la FAO, més exigents en aquest punt. En segon lloc i en paral·lel, s'ha caracteritzat la irradiància solar de la zona. D'aquest estudi es busca obtindre dues dades: la potència que es pot obtindre per metre de superficie i el nombre d'hores de sol disponibles cada dia de l'any. El nombre d'hores de sol ha de permetre determinar els cabals mitjà i màxim a extraure per la bomba. En tercer lloc, s'ha de projectar la canonada d'impulsió per a les condicions més desfavorables, això és, per a aquest cabal màxim i seleccionant el traçat a seguir per la impulsió. Com a resultat d'aquest dimensionament s'arribarà a un diàmetre comercial i unes pèrdues de càrrega que han de permetre seleccionar la bomba més adequada per a la instal·lació. Una vegada establides les condicions de reg, energia solar i hidràuliques, se seleccionarà l'equipament i punt de funcionament energèticament òptim. Es realitzarà per a això un balanç entre les necessitats de cabal i l'aportació de radiació solar, tenint en compte factors com l'emmagatzematge d'energia i aigua, o la possibilitat de compensació d'energia elèctrica amb la xarxa. S'analitzarà la viabilitat i cost de les diferents opcions, així com la versatilitat i resiliència de la instal·lació en cas de possibles variacions en la seua manera d'explotació per a d'aquesta manera presentar un projecte complet.

[EN] This academic work coversthe design and sizing of a photovoltaic installation for the irrigation of 370ha of vine(s) near Utiel, Valencia. The pumping system will support the already existing network of wells, extracting water and sending it to a pond for subsequently injecting it into the piping network.

This work consists of several phases. First, the water needs of the crop will be stablished, setting then the water volume needed to irrigate in each growing phase. Two options were considered at this point: following the FAO recommendations or use the IVIA (Valencian Institute of Agrarian Research) methodology. As the IVIA calculations are intended for support irrigation in rainfed crops, it has been preferred to deal with the FAO recommendations, which are more demanding on this point.

Secondly, solar irradiance at the studied area has been characterized. From this step is pretended to obtain two pieces of information: the power that can be obtained per surface and the available sunshine hours each day of the year. The number of hours of sun must allow determining the average and maximum flow rates to be extracted by the pump.

Thirdly, the discharge pipeline must be designed for the most unfavourable conditions, that is, for this maximum flow rate and selecting the path to follow for the discharge. As a result of this sizing, a commercial diameter and pressure losses will be obtained, allowing to select the most suitable pump for the installation.

Once the irrigation, hydraulic and solar energy conditions have been established, the equipment and optimal operating point will be selected. For this, a balance will be made between the flow needs and the contribution of solar radiation, considering elements such as energy and water storage or the possibility of compensation of electrical energy with the network.

The feasibility and cost of the different options will be analysed, also versatility and resilience of the installation in case of variations in its mode of exploitation to present a complete project.