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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
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
Estado del Arte y Justificación
                           Biomasa Forestal
                              Minihidráulica
              Elección de la Zona de Estudio
Estado del Arte y Justificación


   •   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
Estado del Arte y Justificación

   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
Estado del Arte y Justificación

   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.
Estado del Arte y Justificación

  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 Fuentes
Recursos y Objetivos


    •   Recursos:




    •   Fuentes:
Metodología y Resultados
 Metodología y Resultados: Biomasa Forestal
   Metodología y Resultados: Minihidráulica
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal


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



                                              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)
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal


                                    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
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal



                                              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
   Espacios Naturales Protegidos
         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
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal




                                  Obtención de soluciones para
                                   la ubicación de instalaciones
                                             mediante modelos
                                     de Localización–Asignación
                                             (Análisis de Redes)
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal


  •   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.
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal


   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
Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica
Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica
Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica
Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal


                                                                 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 y Resultados: Minihidráulica



                                              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.
Metodología y Resultados: Minihidráulica



                    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
Metodología y Resultados: Minihidráulica


                                                    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
Metodología y Resultados: Minihidráulica


                                            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
Espacios Naturales Protegidos
Metodología y Resultados: Minihidráulica


                                                            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:
Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica
Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica
Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 1
Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 2
Conclusiones
Metodología y Resultados: Minihidráulica

 •   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.
Metodología y Resultados: Minihidráulica
 •   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
    •   COITF (2011) «Principales obstáculos y retos para el desarrollo comercial de la biomasa forestal». Colegio Oficial de
        Ingenieros Técnicos Forestales. Sevilla.
    •   Domínguez, J. (2000). «Análisis de la producción potencial de energía con Biomasa en la región de Andalucía
        (España) utilizando Sistemas de Información Geográfica».
    •   Domínguez, J. (2002). «Los Sistemas de Información Geográfica en la Planificación e Integración de Energías
        Renovables» [Libro]. - Madrid : CIEMAT, 2002. - Vol. I.
    •   ESHA (2006). «Guía para el desarrollo de una pequeña central hidroeléctrica». European Small Hydropower
        Association.
    •   EEA (2006). «How much bioenergy can Europe produce without harming the environment?» European Environment
        Agency. Copenhagen.
    •   Esteban, L.S., García, R., Cabezón, R., Carrasco, J.E. (2008). «Plan de Aprovechamiento Energético de la Biomasa en
        las comarcas de El Bierzo y Laciana (León) ». Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) perteneciente al
        Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).
    •   Esteban, L.S., García, R., Carrasco, J. (2008). «Biomass Resources and Costs in Spain and Southern EU Countries.
        Towards a Common Methodology and Assessment», en Schmid, J., Grimm, H.P., Helm, P. y Grassi, A. (Ed.):
        Proceedings of the 16th European Biomass Conference and Exhibition. Florence, ETA-Renewable Energies.
    •   Garañeda, R.J. y Bengoa, L. (2005) «Estudio de disponibilidad de biomasa en seis zonas de Castilla y León», en S.E.C.F.
        (Ed.): La ciencia forestal: respuestas para la sostenibilidad. 4º Congreso Forestal Español. Zaragoza, Sociedad
        Española de Ciencias
•   García-Martín, A., García Galindo, D., Pascual, J., De la Riva, J., Pérez-Cabello, F. y Montorio, R. (2011).
    «Determinación de zonas adecuadas para la extracción de biomasa residual forestal en la provincia de Teruel
    mediante SIG y teledetección», GeoFocus (Artículos), Nº 11.
•   IFN-2 (1986-1996). «Segundo Inventario Nacional Forestal». Ministerio de Medio Ambiente. Edit. Dirección General
    de Conservación de la Naturaleza.
•   IDAE (2005). «Energía de la biomasa». Madrid, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Ministerio de
    Industria, Turismo y Comercio.
•   IDAE (2007). «Energía de la biomasa». Madrid, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Ministerio de
    Industria, Turismo y Comercio.
•   Jarabo Friedrich, F. (1999). «La energía de la biomasa». Madrid, S.A.P.T. Publicaciones Técnicas.
•   López-Rodríguez F., Atanet C.P., Blázquez F.C., Celma A.R. (2009). «Spatial assessment of the bioenergy potential of
    forest residues in the western province of Spain, Caceres».
•   Lorente, J.M. (2009). «Situación energética y sector forestal: un análisis desde la perspectiva aragonesa», Foresta.
•   MFE50 (2007) «Mapa Forestal de España». Banco de Datos de la Naturaleza, Ministerio de Medio Ambiente.
•   Montero, G., Ruiz-Peinado, R., Muñoz, M. (2005). «Producción de biomasa y fijación de CO2 en los bosques
    españoles». Monografías INIA, Nº 13.
•   Velázquez, B. (2006). «Situación de los sistemas de aprovechamiento de los residuos forestales para su utilización
    energética», Ecosistemas.
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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Metodologías para la localización óptima de centrales de Biomasa y Minihidráulica

  • 1. 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
  • 2. Índice de Contenidos Introducción Estado del Arte y Justificación Objetivos Recursos y Fuentes Metodología y Resultados Conclusiones
  • 4. 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
  • 5. 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
  • 6. 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
  • 7. Estado del Arte y Justificación Biomasa Forestal Minihidráulica Elección de la Zona de Estudio
  • 8. Estado del Arte y Justificación • 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
  • 9. Estado del Arte y Justificación 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
  • 10. Estado del Arte y Justificación 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.
  • 11. Estado del Arte y Justificación 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.
  • 13. 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
  • 14. 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.
  • 15. 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.
  • 17. Recursos y Objetivos • Recursos: • Fuentes:
  • 18. Metodología y Resultados Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Metodología y Resultados: Minihidráulica
  • 19. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Metodología para Biomasa Forestal El esquema de la metodología para la localización de centrales de Biomasa Forestal se compone de tres bloques.
  • 20. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Procesos para la obtención de las zonas aptas de aprovechamiento del recurso
  • 21. Factores para la estimación del Recurso • Formato raster (pixel 100 x 100 m) • Factores obtenidos: Biomasa disponible Pendientes Desembosque
  • 22. 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)
  • 23. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal 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
  • 24. Suma Lineal Ponderada • Sumatorio de los factores normalizados multiplicados por su correspondiente peso.
  • 25. 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
  • 26. 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
  • 27. Flujo del proceso en Model Buider para la obtención de las zonas aptas para el aprovechamiento del recurso
  • 28. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Procesos para la obtención de emplazamientos aptos para instalaciones de Biomasa Forestal
  • 29. 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 Espacios Naturales Protegidos Infraestructuras Viarias Usos del Suelo
  • 30. 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
  • 31. Flujo del proceso en Model Buider de la obtención de emplazamientos para las instalaciones de Biomasa Forestal
  • 32. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Obtención de soluciones para la ubicación de instalaciones mediante modelos de Localización–Asignación (Análisis de Redes)
  • 33. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal • 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.
  • 34. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal 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
  • 39. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal 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
  • 40. Metodología y Resultados: Minihidráulica 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.
  • 41. Metodología y Resultados: Minihidráulica 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
  • 42. 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
  • 43. Metodología y Resultados: Minihidráulica 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)
  • 44. Factor Principal: Modelo 2. Datos pluviométricos INTERPOLACIÓN MÉTODO KRIGING Kriging ordinario por defecto Kriging ordinario modificado
  • 45. 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
  • 46. Factores Comunes a ambos modelos Desnivel o Salto Bruto Distancia a Subestaciones Eléctricas Distancia a la Red Eléctrica Hábitats Prioritarios Distancia a Red Fluvial
  • 47. Metodología y Resultados: Minihidráulica 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
  • 48. Suma Lineal Ponderada • Raster ponderado con las zonas con una capacidad de acogida más alta para la ubicación de centrales de Minihidráulica.
  • 49. Restricciones de emplazamientos Pendientes Red Eléctrica Red Fluvial Espacios Naturales Protegidos
  • 50. Metodología y Resultados: Minihidráulica 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:
  • 53. Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 1
  • 54. Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 2
  • 56. Metodología y Resultados: Minihidráulica • 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.
  • 57. Metodología y Resultados: Minihidráulica • 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.
  • 58. Gracias por su asistencia • Bibliografía • COITF (2011) «Principales obstáculos y retos para el desarrollo comercial de la biomasa forestal». Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Forestales. Sevilla. • Domínguez, J. (2000). «Análisis de la producción potencial de energía con Biomasa en la región de Andalucía (España) utilizando Sistemas de Información Geográfica». • Domínguez, J. (2002). «Los Sistemas de Información Geográfica en la Planificación e Integración de Energías Renovables» [Libro]. - Madrid : CIEMAT, 2002. - Vol. I. • ESHA (2006). «Guía para el desarrollo de una pequeña central hidroeléctrica». European Small Hydropower Association. • EEA (2006). «How much bioenergy can Europe produce without harming the environment?» European Environment Agency. Copenhagen. • Esteban, L.S., García, R., Cabezón, R., Carrasco, J.E. (2008). «Plan de Aprovechamiento Energético de la Biomasa en las comarcas de El Bierzo y Laciana (León) ». Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) perteneciente al Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). • Esteban, L.S., García, R., Carrasco, J. (2008). «Biomass Resources and Costs in Spain and Southern EU Countries. Towards a Common Methodology and Assessment», en Schmid, J., Grimm, H.P., Helm, P. y Grassi, A. (Ed.): Proceedings of the 16th European Biomass Conference and Exhibition. Florence, ETA-Renewable Energies. • Garañeda, R.J. y Bengoa, L. (2005) «Estudio de disponibilidad de biomasa en seis zonas de Castilla y León», en S.E.C.F. (Ed.): La ciencia forestal: respuestas para la sostenibilidad. 4º Congreso Forestal Español. Zaragoza, Sociedad Española de Ciencias
  • 59. García-Martín, A., García Galindo, D., Pascual, J., De la Riva, J., Pérez-Cabello, F. y Montorio, R. (2011). «Determinación de zonas adecuadas para la extracción de biomasa residual forestal en la provincia de Teruel mediante SIG y teledetección», GeoFocus (Artículos), Nº 11. • IFN-2 (1986-1996). «Segundo Inventario Nacional Forestal». Ministerio de Medio Ambiente. Edit. Dirección General de Conservación de la Naturaleza. • IDAE (2005). «Energía de la biomasa». Madrid, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. • IDAE (2007). «Energía de la biomasa». Madrid, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. • Jarabo Friedrich, F. (1999). «La energía de la biomasa». Madrid, S.A.P.T. Publicaciones Técnicas. • López-Rodríguez F., Atanet C.P., Blázquez F.C., Celma A.R. (2009). «Spatial assessment of the bioenergy potential of forest residues in the western province of Spain, Caceres». • Lorente, J.M. (2009). «Situación energética y sector forestal: un análisis desde la perspectiva aragonesa», Foresta. • MFE50 (2007) «Mapa Forestal de España». Banco de Datos de la Naturaleza, Ministerio de Medio Ambiente. • Montero, G., Ruiz-Peinado, R., Muñoz, M. (2005). «Producción de biomasa y fijación de CO2 en los bosques españoles». Monografías INIA, Nº 13. • Velázquez, B. (2006). «Situación de los sistemas de aprovechamiento de los residuos forestales para su utilización energética», Ecosistemas.
  • 60. 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