Optimización del consumo energético en redes de riego a presión mediante el manejo hidráulico de la sectorización. Influencia de la configuración espacial del territorio

Abstract

[ES] La modernización del regadio basada en la sustitución de los antiguos riegos de superficie por sistemas a presión ha supuesto un incremento importante del consumo energético. El incremento exponencial del precio de la energía al que estamos asistiendo convierte a la eficiencia energética en una necesidad para que el regadío siga siendo sostenible. En los últimos años se han publicado interesantes estudios en los que se busca, mediante técnicas de optimización, la organización del riego en turnos cuyo consumo energético a lo largo de la jornada sea mínimo. Sin embargo, cuando dichos algoritmos se aplican a zonas de riego distintas, generan costes energéticos distintos. Estas diferencias deben pues ser atribuidas a la configuración espacial, tanto de la red, como de riego, como de la zona regable. En este trabajo se utilizó la aplicación informática SECTORIZA (García Prats, 2012) la cual emplea el modelo hidráulico EPANET (Rossman, 1990) para analizar hidráulicamente cada escenario y el algoritmo heurístico de optimización combinatoria simulated annealing para conseguir aquellos turnos con menor coste energético. Los costes energéticos de una jornada de riego se calcularon en 11 redes de riego distintas de la provincia de Valencia para una organización del riego en 4, 5, 6 y 7 turnos. El coste energético óptimo se comparó con el producido por las mismas redes si los turnos se organizan ordenando las tomas por desnivel con respecto a la estación de bombeo. Por otro lado se desarrolló un análisis espacial tanto de la red de riego como de la zona regable. Mediante un modelo dd regresión lineal múltiple se estableció la relación entre el coste energético optimizado y las variables espaciales que lo condicionan. Se encontró un ahorro energético del 28,41% con la sectorización optimizada respecto a la sectorización por cotas. Se encontró que las variables que condicionan el coste energético en una red son el perímetro de la zona regable, la superficie total de riego, la distancia entre la estación bombeo y el centro de gravedad de los hidrantes, la difernecia de cota entre la estación de bombeo y el hidrante más alto, así como el número de turnos o sectores en los que se organiza la red. Los resultados demuestran que es posible conseguir ahorros importantes simplemente mediante el manejo hidráulico de la red, sin necesidad de realizar inversiones, siendo este caso mayor el ahorro energético (Kw.h/día) cuanto mayor es el número de sectores. (no se entra en analizar periodos tarifarios).

[EN] Modernization of irrigation facilities based on substituting the former surface irrigation systems by pressurized irrigation systems has represented an important raise on energetic costs. The exponential raise that prize of energy have suffered, it becomes to ¿energy efficiency¿ in a crucial requirement to remaining the irrigation as a sustainable activity. In the last years, several papers have been published, which look for minimizing the daily energy consumption in an irrigation network, using optimization techniques that organize the watering in operating sectors. However, when we apply those algorithms to different networks, energy consumption results are different too. Differences can be assigned both to the spatial and geographical configuration irrigation of the network and irrigable zone. In this work we use SECTORIZA software (García Prats, 2012), which employs EPANET model (Rossman, 1990) to analyze hydraulically every scenario, and the heuristic combinatorial optimization algorithm simulated annealing to get an optimal watering organization on operating sectors with minimum energy daily consumption. Daily energy consumption was calculated for 11 irrigation networks around the Valencia region. Watering was organized into 4, 5, 6 and 7 operating sectors. Optimized energy costs were compared with the one produced by the same irrigation networks when the operating sectors were organized with an elevation difference from the pumping station criteria. In the other hand, a spatial and geographical analysis both the irrigation network and irrigable zone was developed. Using a multiple linear regression model, relation between optimum daily energy consumption and spatial variables was stabilized. We found an energy saving of 28,41% with the watering organization into operating optimized sectors versus the elevation criteria. The most important spatial variables that have influence on the energy consumption have been: total irrigable area, perimeter of the whole irrigable zone, distance between pumping station and gravity center of the hydrants, elevation drop between pumping station and the most elevated hydrant, and finally the number of operating sectors in with the network is divided. The more is the number of sectors, the more is the energy savings (without analyze tariff structure). Results evidence that is possible to achieve to considerable savings only with a correct hydraulic management of the network, without any additional investment