Pla energètic per a l'Illa de Sao Miguel (Açores)

MEMORIA Autor: Jordi Abadal Colomina Director: Miguel Villarrubia Convocatòria: Juny del 2012 Màster Interuniversitari UB-UPC d’Enginyeria en Energia Pla Energètic per a l’Illa de Sao Miguel (Açores) Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -1RESUM Sao Miguel disposa d’unes condicions òptimes per produir energia a partir de recursos renovables, tanmateix el seu sistema energètic depèn en gran mesura dels combustibles fòssils. En aquest projecte es plantegen les estratègies a seguir i les actuacions que cal dur a terme per aconseguir un sistema energètic basat en fonts renovables, locals i respectuoses amb el medi ambient. Es creu que aquest és un objectiu que es pot assolir a mig termini, per això es proposa un escenari d’actuació entre l’any 2015 i l’any 2030. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -2AGRAÏMENTS Primer de tot vull agrair aquest projecte a l’Ainhoa, ja que gràcies a ella vaig poder conèixer aquestes illes tant meravelloses i per la paciència que va mostrar quan parava el cotxe al mig de la carretera per fer una foto a unes plaques solars, molins de vent o a una vaca. També vull mencionar a tota la gent amb qui vaig poder compartir tantes experiències a Sao Miguel i a la resta d’illes, per mostrar-me llocs tant bonics i màgics que em van donar la inspiració necessària per realitzar aquest projecte. Per altre banda vull agrair als amics i als companys de l’agència per aguantar les meves “xapes” sobre el projecte i pels consells que m’han anat donant, i en especial al Moi, qui em va assessorar al llarg de tot el projecte i per tot el que m’ha ensenyat sobre l’energia i la ciència. Finalment als professors del màster per tot el coneixement que m’han transmès i al Miguel per dirigir el projecte. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -3ÍNDEX 1. Objectiu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2. Anàlisis DAFOB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3. Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4. Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5. Estat de la situació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.1. Green Island Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.2. Proyecto TRES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5.3. El Hierro 100% renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5.4. Projecte “Ecoisland” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6. Diagnosi actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 6.1. El sistema energètic de Sao Miguel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 6.2. El sistema elèctric de Sao Miguel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 7. Energies renovables a Sao Miguel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7.1. Energia solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 7.2. Energia solar tèrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 7.3. Energia solar termoelèctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 7.4. Energia eòlica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 7.5. Biomassa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 7.6. Energia geotèrmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 7.7. Energia hidràulica i minihidràulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 7.8. Energia del mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 8. Pilars del nou paradigma energètic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.1. Estalvi i eficiència energètica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.2. Distribució elèctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 8.3. Sistemes d’emmagatzematge d’electricitat i de calor . . . . . . . 65 9. Escenaris energètic per l’any 2030. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 9.1. Caracterització de la demanda energètica futura. . . . . . . . . . . 68 9.2. Cobertura de la demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 9.3. Avaluació econòmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 10. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 11. Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -4ÍNDEX DE GRÀFICS Gràfic 1: Producció elèctrica mensual a l’illa de Sao Miguel al 2010.. ....................................................... 20 Gràfic 2: Consum elèctric per sector a l’illa de Sao Miguel entre el període de Gener a Març de l’any 2011.. .......................................................................................................................................................... 21 Gràfic 3: Evolució de la població i consum energètic a Sao Miguel entre 1999 i 2010. ............................. 21 Gràfic 4: Evolució del consum energètic per sector a Sao Miguel entre 1998 i 2008 ................................ 22 Gràfic 5: Pèrdues elèctriques en la producció i distribució per les diferents illes de les Açores. ............... 23 Gràfic 6: Producció elèctrica mensual per KW de panell fotovoltaic fix a Sao Miguel. .............................. 28 Gràfic 7: Demanda mensual d’ACS per vivenda i cobertura a partir de partir de panells solars tèrmics (2 m2 per vivenda). ......................................................................................................................................... 30 Gràfic 8: Corba de freqüències de la velocitat del vent a Ponta Delgada. ................................................. 34 Gràfic 9: Rosa dels vents de velocitat mitja del vent (esquerra) i de freqüència del vent (dreta) per cada direcció. ...................................................................................................................................................... 35 Gràfic 10: Producció elèctrica de les centrals geotèrmiques entre 1999 i 20009. ..................................... 50 Gràfic 11: Distribució modal dels desplaçaments a Sao Miguel l’any 2002. .............................................. 61 Gràfic 12: Número de desplaçaments amb transport públic a Sao Miguel entre els anys 1997 i 2009. .... 61 Gràfic 13: Principals resultats de l’enquesta de mobilitat de Sao Miguel .................................................. 62 Gràfic 14:Previsió de l’evolució poblacional a Sao Miguel ......................................................................... 69 Gràfic 15: Evolució mensual del consum elèctric a Sao Miguel. ................................................................ 74 Gràfic 16: Distribució de la producció elèctrica mensual per les principals tecnologies renovables a Sao Miguel ......................................................................................................................................................... 74 Gràfic 17: Eovolució diària del consum elèctric actual per a les diferents estacions de l’any ................... 75 Gràfic 18: Evolució diària del consum elèctric amb la implantalció del cotxe elèctirc per cada estació de l’any ............................................................................................................................................................ 76 Gràfic 19: Radiació solar horària (pla horitzontal) per diferents estacions de l’any a Sao Miguel ............. 76 Gràfic 20: Evolució diària de la producció elèctrica per diferents estacions de l’any. ............................... 77 Gràfic 21: Producció elèctrica mensual per cada tipus de font renovable en l’escenari 2030 ................... 79 Gràfic 22: Proposta de cobertura de la demanda tèrmica a partir de recursos renovables per l’any 2030.. .................................................................................................................................................................... 83 Gràfic 23: Proposta de cobertura de combustibles per l’any 2030 ............................................................ 84 ÍNDEX DE TAULES Taula 1: Importacions de combustibles fòssils a Sao Miguel pels anys 2006, 2007 i 2008. ....................... 17 Taula 2: Energia primària importada a Sao Miguel pels anys 2006, 2007 i 2008 ....................................... 17 Taula 3: Energia primària total a Sao Miguel .............................................................................................. 17 Taula 4: Centrals de producció elèctrica a Sao Miguel a l’any 2009 .......................................................... 19 Taula 5: Centrals de producció elèctrica a Sao Miguel a l’any 2010. ......................................................... 20 Taula 6: Eficiències típiques i preu estimat per les diferents tecnologies de panells solars de silici. ........ 25 Taula 7: Radiació i temperatura mitjana mensual a l’illa de Sao Miguel .................................................... 27 Taula 8: Radiació i temperatura mitja mensual a la ciutat de Ponta Delgada ............................................ 27 Taula 9: Producció elèctrica per kW de panell fotovoltaic instal·lat a Sao Miguel, amb diferents sistemes de seguiment solar. .................................................................................................................................... 28 Taula 10: Producció elèctrica per kW de panell fotovoltaic instal·lat a Ponta Delgada, per a diferents orientacions respecte el sud ....................................................................................................................... 28 Taula 11: Principals característiques tècniques de les centrals termosolars ............................................. 32 Taula 12: Ocupació de sòl (m2/kW) de les diferents tecnologies termosolars ........................................... 33 Taula 13: Potencial energètic aprofitable de la biomassa forestal a Sao Miguel ....................................... 37 Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -5Taula 14: Potencial de producció d’etanol a partir de residus forestals a Sao Miguel. .............................. 38 Taula 15: Potencial energètic de la biomassa forestal segons via de valorització ..................................... 38 Taula 16: Superficies cultivada i producció agrícola a Sao Miguel ............................................................. 39 Taula 17: Potencial d’aprofitament de residus de blat de moro i vinícoles a Sao Miguel. ......................... 39 Taula 18: Potencial de producció de bioetanol a partir de residus agrícoles ............................................. 40 Taula 19: Potencial energètic de la biomassa agrícola segons via de valorització. .................................... 40 Taula 20: producció de residus bovins i porcins a Sao Miguel. .................................................................. 40 Taula 21: Potencial de producció de biogàs i elèctrica a partir de residus bovins i porcins a Sao Miguel . 41 Taula 22: Composició típica i contingut energètic dels residus generats als escorxadors. ........................ 42 Taula 23: Volum generat i contingut energètic dels residus generats als escorxadors de Sao Miguel. ..... 42 Taula 24: Potencial energètic dels residus generats als escorxadors segons via de valorització ............... 43 Taula 25: Previsió de residus generats i energia continguda a Sao Miguel per l’any 2030 ........................ 44 Taula 26: Previsió de residus orgànics generats i energia continguda a Sao Miguel per l’any 2030 .......... 44 Taula 27: Potencial de producció de biogàs a partir de la FORM a Sao Miguel ......................................... 45 Taula 28: Potencial energètic de la FORM segons via de valorització ........................................................ 45 Taula 29: Potencial de producció de biodièsel a partir dels olis usats a Sao Miguel .................................. 45 Taula 30: Producció de biocarburant per tipus de cultiu. .......................................................................... 47 Taula 31: Centrals hidroelèctriques a Sao Miguel ...................................................................................... 53 Taula 32: Comparativa dels diferents tipus de bateries elèctriques .......................................................... 67 Taula 33: Estimació del consum per habitant a Sao Miguel ....................................................................... 69 Taula 34: Consum actual i consum objectiu a l’any 2030 per habitant ...................................................... 69 Taula 35: Caracterització del consum energètic en les llars de Sao Miguel ............................................... 70 Taula 36: Consum de combustibles actual i objectiu per l’any 2030 del transport viari a Sao Miguel. ..... 70 Taula 37: Consum energètic per habitant del transport viari a Sao Miguel a partir de la introducció del vehicle elèctric i híbrid ................................................................................................................................ 71 Taula 38: Consum energètic actual per habitant i objectiu marcat per l’any 2030 ................................... 71 Taula 39: Consum energètic actual i objectiu marcat per l’any 2030 ........................................................ 71 Taula 40: Proposta de valorització energètica pels diferents fluxos dels residus de biomassa ................. 73 Taula 41: Potencia instal·lada i energia produïda per cada tipus de font renovable en l’escenari 2030.. . 79 Taula 42: Energia elèctrica produïda diària i setmanalment en un escenari de màxima producció .......... 81 Taula 43: Energia elèctrica produïda diària i setmanalment en un escenari de mínima producció .......... 82 Taula 44: requeriments de superfície i aigua per cultius energètics per poder abastir la demanda de biocombustibles ......................................................................................................................................... 84 Taula 45: Pressupost econòmic del sistema de producció d’energia elèctrica. ......................................... 86 Taula 46: Pressupost econòmic del sistema de producció d’energia tèrmica. .......................................... 87 Taula 47: Pressupost econòmic del sistema de producció de biocarburants. ........................................... 87 Taula 48: Pressupost econòmic de la integració del vehicle elèctric. ........................................................ 88 Taula 49: Inversió total, inversió pública i costos d’operació i manteniment del projecte ........................ 89 ÍNDEX DE FIGURES Figura 1: Objectiu del projecte. Font: Elaboració pròpia. ............................................................................. 7 Figura 2: Mapa de les Açores i de Sao Miguel ............................................................................................ 11 Figura 3:Mapa de les Açores i de Sao Miguel ............................................................................................. 12 Figura 4: Esquema del sistema elèctric a l’illa del Hierro (Canàries) .......................................................... 16 Figura 5: Esquema del sistema energètic a Sao Miguel a l’any 2008 ......................................................... 18 Figura 6: Mapa de les centrals de producció elèctrica de Sao Miguel a l’any 2008 ................................... 19 Figura 7: Panell fotovoltaic ubicada a un parc natural de la zona de Nordeste ......................................... 26 Figura 8: Instal·lació solar tèrmica per produir ACS en un càmping de la zona de Nordeste ..................... 30 Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -6Figura 9: Fotografia de la torres solar de Solar Two. Font: Wikipedia Commons ...................................... 31 Figura 10: Fotografies de instal·lacions solars de cilindres parabòlics (esquerra) i de Fresnel (dreta). ..... 31 Figura 11: Imatge d’un captador amb motor Stirling ................................................................................. 32 Figura 12: Els camps de cultiu de blat generen una gran quantitat de residus .......................................... 38 Figura 13: La Lagoa de Furnes és un clar exemple de llac eutrofitzat. Font. Elaboració pròpia. ................ 41 Figura 14: Imatge de la granja de porcs a la zona de Cabouco .................................................................. 42 Figura 15: Jerarquia del model de gestió de residus. Font: Elaboració pròpia ........................................... 46 Figura 16: Mapa de pluviometria anual (a dalt) i mapa d’usos del sol (a sota) per l’illa de Sao Miguel .... 46 Figura 17: Procés d’obtenció de biodièsel a partir d’algues ....................................................................... 47 Figura 18: Esquema del funcionament d’una planta geotèrmica de cicle indirecte .................................. 49 Figura 19: A la zona Caldera Vella es pot apreciar el elevat potencial geotèrmic de l’illa. ........................ 49 Figura 20: Fotografia de la central geotèrmica de Pico Vermelho ............................................................. 50 Figura 21: Esquema del camp geotèrmic de Ribera Grande ...................................................................... 51 Figura 22: mapa de les principals zones volcàniques de Sao Miguel ......................................................... 51 Figura 23: Fotografia de la central hidroelèctrica de Canario .................................................................... 53 Figura 24: Esquema del funcionament d’una instal·lació mareomotriu amb tecnologia d’aigua oscil·lant .................................................................................................................................................................... 55 Figura 25: Esquema del funcionament d’una instal·lació mareomotriu amb tecnologia Pelamis. ............ 56 Figura 26: Imatge de la planta pilot d’energia de les onades a l’illa de Pico .............................................. 57 Figura 27: Coche eléctrico (Fiat 500), coche híbrido enchufable (F3DM), coche hidrógeno (Honda FCX). 63 Figura 28: Fotografies d’un camp generadors minieòlics (esquerra) i d’un panell fotovoltaics (dreta) ubicats en indrets aïllats de l’illa ................................................................................................................ 64 Figura 29: Sistemes d’emmagatzematge elèctric segons capacitat de potència i duració d’emmagatzematge .................................................................................................................................... 66 Figura 30: Foto de la central reversible La Muela II (Espanya) ................................................................... 66 Figura 31: Construcció del dipòsit estaciona a Friedichshafen, Alemanya ................................................. 67 Figura 32: Principals centrals de producció elèctrica per Sao Miguel a l’any 2030 .................................... 78 Figura 33: Potència necessària de turbintatge en una situació d’elevada demanda elèctrica i baixa producció .................................................................................................................................................... 80 Figura 34: Potència necessària de bombeig en una situació de baixa demanda elèctrica i elevada producció .................................................................................................................................................... 81 Figura 35: Proposat de sistema energètic per l’illa da Sao Miguel a l’any 2030. ....................................... 85 Figura 36:Període d’amortització econòmica ............................................................................................. 89 Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -71. Objectiu El sistema energètic de Sao Miguel no és sostenible ni ecològica ni econòmicament; a l’any 2010 més del 90% de l’energia consumida provenia dels combustibles fòssils, els quals han de ser importats des de l’exterior amb vaixell. Sao Miguel és un indret ideal per a plantejar una proposta energètica basada en recursos renovables; d’una banda per l’enorme potencial de recursos renovables de que disposa (sol, vent, aigua, geotèrmica, biomassa, etc.) i d’altre banda per l’elevat estalvi energètic que es pot aconseguir a partir d’una millor eficiència en els diferents sectors de consum. Les illes són indrets idonis per testar aquests tipus de projectes; al tractar-se de zones aïllades pel mar són molt vulnerables a possibles crisis energètiques i per tant, poder generar localment l’energia que consumeixen ofereix una gran oportunitat per reduir la dependència de l’exterior i potenciar els recursos locals. A més disposar d’un sistema energètic segur i sostenible en una illa suposa tot un repte tècnic pel que fa a la gestió i dimensionament de l’oferta i la demanda energètica, sobretot per les dificultats que presenta l’electricitat per ser emmagatzemada i la impossibilitat d’intercanviar els excedents i els dèficits energètics amb altres zones. En aquest projecte es plantegen les estratègies a seguir i les actuacions que cal dur a terme per aconseguir un sistema energètic basat en gran mesura en tecnologies renovables i respectuoses amb el medi ambient. Es creu que aquest és un objectiu que es pot assolir a mig termini, per això es proposa un escenari d’actuació entre l’any 2015 i l’any 2030. Un sistema energètic basat en fonts renovables no només ofereix beneficis ambientals, sinó que també pot repercutir molt favorablement econòmica i socialment, ja que encara que requereixi d’inversions inicials molt elevades, s’obté un estalvi econòmic en les importació de combustibles fòssils en un mercat en que el preu del cru augmenta de forma vertiginosa. A més garanteix un sistema energètic segur, independent al exterior i pot crear una gran quantitat de llocs de treball pels habitants de Sao Miguel. Figura 1: Objectiu del projecte. Font: Elaboració pròpia. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -82. Anàlisis DAFOB Dificultats/debilitats: - Producció intermitent, molt relacionada amb les condicions climàtiques, d’algunes tecnologies renovables (eòlica, solar, hidràulica). - Les energies renovables ocupen grans extensions de sòl, el que suposa un problema en una illa que té un espai limitat. - Elevat impacte visual i sobre la fauna d’algunes tecnologies com l’eòlica o les hidroelèctriques de bombeig. - Un sistema aïllat energèticament implica que la demanda energètica ha de ser coberta en tot moment a partir de recursos locals. - Sao Miguel és un mercat petit, poc atractiu per als inversors. - Societat molt tradicional amb certa oposició social als canvis. - Existència de nombroses zones protegies i parcs naturals de l’illa. - Risc d’esgotament dels recursos geotèrmics de l’illa. - Risc de sobreexplotació forestal o agrícola. Amenaces: - Elevats preus d’algunes renovables com la fotovoltaica. - Poca maduresa d’algunes tecnologies renovables o d’emmagatzematge energètic. - Falta de conscienciació de la població (aquesta juga un paper molt important en la reducció del consum). - Increment desmesurat de la població. - Arribada massiva de turisme durant certs períodes. - Europa en general i Portugal en particular estan enmig d’una forta crisi econòmica. Barreres: - La xarxa elèctrica actual no està dissenyada per suportar un sistema elèctric basat en fonts renovables. - Falta de capital econòmic (la major part dels projectes que es desenvolupen actualment depenen de fonts de finançament europeus). - Mancança d’una legislació que fomenti la producció energètica de fonts renovables. - Indústria relacionada amb energies renovables quasi inexistent, el que implica que totes les instal·lacions i equips hauran de ser importats. - Falta de tècnics qualificats i d’empreses instal·ladores de panells solars fotovoltaics i tèrmics o d’instal·lacions de biogàs. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -15- - Generació amb fonts renovables: energia solar, eòlica, de l’oceà, RSU, residus industrials i energia de la biomassa forestal. Amb tot això es generen diferents escenaris energètics pel 2018, amb l’objectiu d’aconseguir que les energies renovables aportin el 75% del mix i el 40% de l’energia primària. Web: http://greenislandproject.org/Green_island_Project.html 5.2. Proyecto TRES El projecte TRES es centra en buscar solucions per tal de superar les barreres tècniques que frenen el desenvolupament de les energies renovables en els arxipèlags de les Canàries, Açores i Madeira. Un dels aspectes principals en que es focalitza el projecte són les xarxes elèctriques, que són un dels principals obstacles en la implantació d’energies renovables de naturalesa intermitent (solar o eòlica) a les illes. El projecte treballa per aconseguir 5 objectius: - Desenvolupament de potents models meteorològics que permetin disposar de la predicció a 48 hores de la producció esperada dels parcs eòlics i les instal·lacions solars. - Estudiar l’estabilitat de les xarxes per determinar les afectacions que les energies renovables podrien causar als sistemes elèctrics insulars, estudiar el màxim nivell de penetració que les energies renovables podrien tenir i suggerir actuacions per tal de reforçar les xarxes elèctriques. - Identificar el potencial d’implantació de sistemes d’emmagatzematge energètic que ajudin a compensar la variabilitat i la intermitència de les energies renovables. - Determinar les possibilitats d’aprofitament de la biomassa energètica a les illes per produir biocombustibles. - Proposar mesures d’estalvi i d’eficiència energètica i activitats de sensibilització energètica. Web: http://proyectotres.itccanarias.org/ 5.3. El Hierro 100% renovables El Hierro és l’Illa més petita i verge de les Canàries. A partir de plans d’eficiència energètica, electrificació de la mobilitat i sobretot a partir de la integració d’un parc eòlic i una central de bombeig es pretén aconseguir que sigui la primera illa del món que funcioni únicament amb energies renovables. El sistema de generació consta d’un parc eòlic de 11,5 MW de potència que es dedica integrament a bombejar aigua a un dipòsit de 200.000 m3 de volum situat a 682 metres d’altura. La central hidroelèctrica permetrà subministrar energia de forma continuada a la població. Es calcula que la central hidroelèctrica subministrarà el 90% de la energia, deixant el 10% a instal·lacions solars tèrmiques i fotovoltaiques distribuïdes per l’illa. També es disposarà d’una central de dièsel de 12,7 MW (ja existent) per donar més seguretat al sistema. Finalment es disposa d’una planta dessaladora a partir d’osmosis inversa que subministrarà aigua dolça al dipòsit inferior per compensar les pèrdues per evaporació. El cost del projecte és de 65 milions d’euros, dels quals la meitat els aporta el govern espanyol (IDAE). Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -16Figura 4: Esquema del sistema elèctric a l’illa del Hierro (Canàries). Font: Cabildo el Hierro Web: 5.4. Projecte “Ecoisland” http://www.elhierro.es/files/Proyectos/Resumen%20proyecto%20central%20hidroeolica.pdf Es tracta d’una iniciativa duta a terme per Toshiba Corporation que pretén dotar d’autosuficiència energètica l’illa de Wight. Aquesta illa està ubicada al sud del Regne Unit, té una població de 142.000 habitants i una superfície de 384 km2. L’objectiu del projecte és aconseguir que pel 2020 sigui la primera illa totalment autosuficient i inclús que pugui exportar l’energia sobrant al continent, gràcies a l’ús combinat d’energia solar, eòlica, mareomotriu, geotèrmica i de la biomassa. El projecte també pretén aconseguir un sistema de transport per carretera basat exclusivament en vehicles impulsats per hidrogen o electricitat. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -176. Diagnosi actual 6.1. El sistema energètic de Sao Miguel Actualment les Illes Açores tenen una forta dependència a les importacions de petroli. Pel cas de Sao Miguel, més del 90% de l’energia primària correspon a combustibles fòssils. A més, tot aquest petroli arriba amb vaixell, ja que a les Açores no es realitzen extraccions de recursos fòssils, per tan es pot afirmar que té una dependència energètica exterior de més del 90%. 2006 2007 2008 Gasolina (litres) 24.037.585 23.765.173 22.398.717 Petroli (litres) 15.855 11.454 12.165 Fuel pesat (kg) 80.166.376 62.326.897 69.091.983 Gasoil (litres) 63.226.421 67.020.291 70.044.405 GLP (kg) 11.174.193 11.192.390 10.693.634 Taula 1: Importacions de combustibles fòssils a Sao Miguel pels anys 2006, 2007 i 2008. Font: SREA. Al 2008 les importacions a Sao Miguel van ser de més de 150 ktep (1,82 GWh). A més cal anotar que aquest valor no té en compte el consum propi de les empreses distribuïdores, que suposa aproximadament entre un 12-15% les importacions energètiques, segons l’any de referència. Energia importada (TEPs) Energia importada (MWh) 2006 2007 2008 2006 2007 2008 Gasolina 17.490 17.292 16.297 203.369 201.064 189.504 Petroli 14 10 11 160 115 123 Fuel pesat 76.960 59.834 66.328 894.880 695.742 771.259 Gasoil 55.623 58.961 61.622 646.784 685.594 716.530 GLP 12.627 12.647 12.084 146.824 147.063 140.509 Total 162.713 148.744 156.342 1.892.017 1.729.579 1.817.925 Taula 2: Energia primària importada a Sao Miguel pels anys 2006, 2007 i 2008. Font: SREA. El 10% d’energia primària no importada correspon a la producció elèctrica a partir de fonts renovables, principalment geotèrmica i hidràulica. L’energia primària consumida anualment a Sao Miguel és aproximadament de 2 GWh. 2006 2007 2008 Energia (MWh/any) Contribució Energia (MWh/any) Contribució Energia (MWh/any) Contribució Gasolina 203.369 10,18% 201.064 10,42% 189.504 9,44% Petroli 160 0,01% 115 0,01% 123 0,01% Fuel pesat 894.880 44,79% 695.742 36,05% 771.259 38,42% Gasoil 646.784 32,37% 685.594 35,52% 716.530 35,69% GLP 146.824 7,35% 147.063 7,62% 140.509 7,00% Hidràulica 21.563 1,08% 22.772 1,18% 19.441 0,97% Geotèrmica 83.842 4,20% 177.520 9,20% 170.280 8,48% Altres renovables 384 0,02% 202 0,01% 30 0,00% Suma 1.997.806 100,00% 1.930.073 100,00% 2.007.676 100,00% Taula 3: Energia primària total a Sao Miguel. Font: Elaboració pròpia a partir de dades de SREA i EDA Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -18No es disposen de suficients dades per tal de determinar a que es destinen els combustibles fòssils importats. A partir de l’anàlisi de varis estudis realitzats pel MITPortugal, SREA i EDA, s’extreuen les següents conclusions: - El sector del transport és el més intensiu en consum de combustibles fòssils, consumint quasi un 50% de les importacions de petroli i un 35% de l’energia primària total. Aquest consum correspon principalment a gasolina i gasoil (transport viari), però també fueloil (transport aeri i marítim). - La generació d’electricitat és el segon major sector de consum de combustibles fòssils, cremant principalment fuel. L’electricitat és consumida principalment a les llars, edificis de serveis i indústries. - El sector industrial té consum directe tant de fuel, de dièsel i de GLP, però no es disposa de dades per tal d’estimar-ne la quantitat. - El GLP bàsicament s’utilitza en l’àmbit domèstic i en l’àmbit de serveis. S’utilitza per cuinar, escalfar aigua i per climatitzar els edificis. La següent figura mostra un esquema aproximat del sistema energètic de l’illa de Sao Miguel. Figura 5: Esquema del sistema energètic a Sao Miguel a l’any 2008 (els valor corresponen a energia primària i les unitats són MWh/any). Font: Elaboració pròpia Geotèrmic a 170.280 Hidràulica 19.441 Residencial Serveis Mobilitat Industrial Primari Electricitat Tèrmica Combustibles 407.488 572.637 788.385 ENERGIA PRIMÀRIA SECTOR DE CONSUM ENERGIA CONSUMIDA Derivats del petroli Gasolina 189.504 Fuel pesat 771.259 Gasoil 716.530 GLP 140.509 Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -196.2. El sistema elèctric de Sao Miguel 6.2.1. Producció elèctrica El 31 de Desembre del 2009, el sistema elèctric de l’illa de Sao Miguel estava composat per deu centrals de producció d’energia elèctrica i per deu substacions. Les centrals de Sao Miguel i les seves característiques principals es mostren a la taula següent: Tipus Nom/localitat Sigla Tensió de generació [kV] Unitats Potència instal·lada [kW] Térmica (fuel) Caldeirão CTCL 11 4 67.280 6,3 4 30.784 Geotérmica Ribeira Grande CGRG 10 4 16.600 Geotérmica Pico Vermelho CGPV 11 1 13.000 Hídráulica Túneis CHTN 6 1 1.558 Hídráulica Tambores CHTB 0,4 1 94 Hídráulica Fábrica Nova CHFN 3 1 608 Hídráulica Canário CHCN 0,4 1 400 Hídráulica Foz da Ribeira CHFR 0,4 1 800 Hídráulica Ribeira da Praia CHRP 0,4 1 800 Hídráulica Salto do Cabrito CHHC 0,4 1 670 Total - - 20 132.694 Taula 4: Centrals de producció elèctrica a Sao Miguel a l’any 2009 Font: EDA. Figura 6: Mapa de les centrals de producció elèctrica de Sao Miguel a l’any 2008. Font: EDA. La central termoelèctrica de fuel de Caldeirão funciona com a central de base, generant el 57,3% de l’electricitat de l’illa (EDA, 2010). Aquesta va ser construïda al 1987, amb una potència inicial de 7.696 kW. Durant el 1990 i 1993 es van instal·lar dos grups electrògens més de la mateixa potència que l’existent. Al 2002, per tal de cobrir la creixent demanda d’energia elèctrica es va ampliar la central amb dos grups generadors de 16,8 MW cada un. Amb aquesta última ampliació es va introduir una nova filosofia d’exploració amb el suport d’un sistema de seguiment, amb el que es podien controlar tots els Central geotèrmica Central hidràulica Central termoelèctrica Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -20grups electrògens. Al 2003 es van instal·lar 2 nous grups de 16,8 MW idèntics als anteriors, que van entrar en servei al 2004. La geotèrmica produeix el 36,6% de l’electricitat gràcies a les seves dues centrals (Pico Vermelho i Ribeira Grande) que entre les dues assoleixen una potència de 19,6 MW. Finalment Sao Miguel disposa d’un total de 7 centrals mini hidràuliques que sumen una potència de 4,93 MW. A continuació es mostra la generació elèctrica per a cada tecnologia mes a mes durant l’any 2010: Mix d’energia (%) Més G F M A M J J A S O N D Total Fueloil 58,8% 58,4% 59,9% 57,0% 56,4% 58,3% 54,2% 55,9% 55,7% 52,8% 51,7% 53,4% 57,4% Gasoil 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% Hidràulica 6,2% 6,3% 5,3% 6,3% 7,1% 6,7% 5,8% 5,0% 4,7% 5,3% 5,3% 4,0% 5,8% Geotèrmica 34,9% 35,2% 34,6% 36,6% 36,4% 35,0% 39,9% 39,0% 39,5% 41,9% 43,0% 42,5% 39,2% Altres 0,0% 0,1% 0,1% 0,1% 0,1% 0,0% 0,0% 0,1% 0,1% 0,0% 0,0% 0,0% 0,1% Generació d'energia (MWh) Més G F M A M J J A S O N D Total Fueloil 22.559 19.999 22.651 20.212 20.412 21.142 21.551 22.613 21.915 20.345 19.133 21.354 253.886 Gasoil 5 17 6 3 7 10 8 2 9 11 9 3 90 Hidràulica 2.379 2.149 2.022 2.233 2.584 2.441 2.313 2.042 1.830 2.030 1.975 1.603 25.601 Geotèrmica 13.380 12.036 13.098 12.969 13.161 12.685 15.869 15.761 15.514 16.155 15.910 17.009 173.547 Altres 15 27 40 32 25 3 2 21 52 18 9 19 263 Total 38.338 34.228 37.817 35.449 36.189 36.281 39.743 40.439 39.320 38.559 37.036 39.988 453.387 Taula 5: Centrals de producció elèctrica a Sao Miguel a l’any 2010 Font: EDA. Gràfic 1: Producció elèctrica mensual a l’illa de Sao Miguel al 2010. Font: EDA. 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 Producció energètica (MWh) Altres renovables Geotèrmica Hidràulica Gasoil Fuel-oil Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -216.2.2. Consum elèctric En el gràfic 2 es pot observar que els mesos de major consum corresponen a l’estiu i al hivern. Això és degut principalment a que en aquests períodes hi ha una arribada massiva de turistes o de gent local que havia emigrat a altres països i que torna a l’illa durant les vacances (principalment provinents de EUA). Els sectors de major consum són el sector domèstic (36,1%) i el de comerços/serveis (34,8%), seguits per la indústria (17.3%) i l’enllumenat públic (4,4%). Gràfic 2: Consum elèctric per sector a l’illa de Sao Miguel entre el període de Gener a Març de l’any 2011. Font: EDA. Durant el període de 1998 al 2004 a Sao Miguel hi va haver un fort increment del consum elèctric (aproximadament del 7-9% anual). En els darrers anys el consum energètic també ha seguit augmentat tot i que no de forma tant desmesurada. Un dels motius d’aquest increment és l’augment de la població, però com es pot observar al següent gràfic, l’augment energètic anual és molt més elevat que l’augment de la població (sobretot durant el període del 1998 al 2008) i per tant aquesta tendència creixent també està relacionada amb un augment del consum per habitant (del 6-8% anual entre 1998 i 2008). La tendència dels última anys és una augment mig del 2-3% del consum energètic per habitant, i un augment de la població del 0,35% anual. Gràfic 3: Evolució de la població i consum energètic a Sao Miguel entre 1999 i 2010. Font: EDA i SREA. Domèstic 36,1% Comerç/Serveis 34,8% Serveis públics 7,2% Indústres 17,3% Enllumenat públic 4,4% Consum propi 0,2% 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 500.000 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Consum elèctric (MWh/any) Població Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -22Tot i que el consum energètic augmenta pràcticament en tots els sectors, aquest creixement és molt destacat en el sector de comerços i serveis. Això és degut en bona part a les noves instal·lacions de Sao Miguel (hotels, comerços, restaurants, etc.), bona part d’aquestes destinades al sector turístic. Gràfic 4: Evolució del consum energètic per sector a Sao Miguel entre 1998 i 2008. Font: EDA. 6.2.3. Transport i distribució: El sistema de transport i distribució està format per una xarxa de transport de AT (60 kV) que possibilita la transferència d’electricitat dels punts principals d’injecció a la xarxa (central tèrmica de Caldeirão i les centrals geotèrmiques de Ribeira Grande i de Pico Vermelho) cap a les principals subestacions de transformació, ubicades als punts de major consum (Ponta Delgada, Milhafres, Aeroport, Lagoa i Foros). La distribució d’energia elèctrica de mitja tensió s’efectua en dos nivells de tensió, de 30 kV i de 10 kV. Les xarxes amb un nivell de tensió de 30 kV permeten una distribució d’energia elèctrica al llarg de les zones rurals de l’illa, a través de línies predominantment aèries amb una extensió aproximada de 400 km, abastint 399 centres de transformació. D’altre banda, les xarxes de distribució de 10 kV proveeixen electricitat a les principals zones urbanes de Ponta Delgada, Ribeira Grande, Lagoa, Provoçao, Vila Franca i la zona de Sete Cidades. Aquestes línies acostumen a ser subterrànies amb una extensió aproximada de 255 km, abastint 382 centres de transformació.5 5 Caracterização das Redes de Transporte e Distribuição de Energia Eléctrica da Região Autónoma dos Açores. EDA. 2009. 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Consum energètic (MWh/any) Il·luminació pública Indústria Serveis Públic Comerços/Serveis Domèstics Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -23Una bona part de l’electricitat produïda a Sao Miguel és perduda a les centrals de producció (principalment en els inversors i centres de transformació) i a les xarxes de distribució. Gràfic 5: Pèrdues elèctriques en la producció i distribució per les diferents illes de les Açores. Font: EDA. A Sao Miguel les pèrdues totals són del 7,2%, principalment degut a les pèrdues per distribució, que suposen més del 5%. Aquest valor no s molt elevat si es compara amb les altres illes, però es pot reduir de forma important a partir d’una millor gestió de l’electricitat, amb xarxes més intel·ligents i potenciant la generació distribuïda. 2,1% 2,0% 2,9% 4,5% 1,7% 4,0% 4,7% 3,7% 4,6% 6,9% 5,2% 6,0% 3,7% 7,2% 8,0% 4,8% 2,6% 9,1% 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% Santa Maria Sao Miguel Terceira Graciosa Sao Jorge Pico Faial Flores Corvo Pèrdues elèctriques Producció Distribució Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -247. Energies renovables a Sao Miguel Les energies renovables són aquelles que s’obtenen de recursos naturals, respectuoses amb el medi ambient i virtualment inesgotables. Generalment requereixen inversions molt elevades, però poden impactar de manera molt favorable a l’economia i a la societat, creant nous llocs de treball i representant un estalvi futur en la importació de combustibles fòssils. A més, el seu benefici ambiental és indiscutible. Les energies renovables com a generadores d’energia presenten diferents formes d’aprofitament que es poden resumir en: 1.- Producció elèctrica: - Solar fotovoltaica: per vendre a la xarxa o com autoconsum. - Termosolar: per vendre a la xarxa. - Eòlica: per vendre a la xarxa o com autoconsum. - Hidràulica: per vendre a la xarxa o com autoconsum. - Geotèrmica: cogeneració d’energia elèctrica i tèrmica. - Biomassa: cogeneració d’energia elèctrica i tèrmica. - Energia del mar (onades o marees): per vendre a la xarxa. 2.- Producció tèrmica: - Solar tèrmica: autoconsum. - Geotèrmica: xarxes de calor i autoconsum, millora d’eficiència de màquines de climatització. - Biomassa: xarxes de calor i calderes d’autoconsum 3.- Producció de biocarburants: - Biomassa: per a l’automoció L’illa de Sao Miguel disposa de recursos abundants de fonts renovables (sol, vent, aigua, biomassa, geotèrmica, onades, etc.). En els següents apartats es descriuen cada una d’aquestes tecnologies i s’avalua el seu potencial energètic. 7.1. Energia solar fotovoltaica 7.1.1. Descripció tècnica La radiació solar és l’energia electromagnètica que emana dels processos de fusió de l’hidrogen produïts al Sol. La radiació solar que arriba a la superfície terrestre pot ser directa o difusa. Mentre que la radiació directa incideix sobre qualsevol superfície amb un angle d’incidència únic i precís, la difusa cau en aquesta superfície amb diferents angles. Radiació solar És bo recordar el fet que quan la radiació directa no pot impactar a una superfície a causa de la presència d’un obstacle o de núvols, si que arriba la radiació difusa, amb el que el mòdul fotovoltaic podrà generar electricitat, tot i que la seva producció serà menor. Una superfície inclinada pot, a més, rebre la radiació reflectida pel terreny, per l’aigua o altres superfícies horitzontals, fenomen conegut com a albedo solar. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -317.3. Energia solar termoelèctrica 7.3.1. Descripció tècnica Una central solar termoelèctrica és una instal·lació industrial en la qual, a partir de l’escalfament d’un fluid mitjançant radiació solar i fent ús d’un cicle termodinàmic, es produeix l’energia necessària per moure un alternador i generar energia elèctrica. Per tal d’aconseguir un rendiment termodinàmic acceptable és necessari escalfar el fluid calorportador a una temperatura entre 300 a 1000ºC. La captació i concentració dels rajos solars s’aconsegueix mitjançant miralls amb una orientació automàtica. Normalment s’aconsegueixen rendiments de captació de fins al 75% de la radiació total rebuda. Segons el tipus de miralls i tipus de concentració es distingeixen quatre tecnologies. La tecnologia de torre central la que ha assolit un major grau d’implantació. Es tracta d’un camp de miralls que concentren la radiació solar a un receptor solar ubicat a la part superior d’una torre, en que s’arriba a temperatures de 500 a 1500ºC. Idealment aquestes plantes tenen potències entre 30 i 200 MW. Figura 9: Fotografia de la torres solar de Solar Two. Font: Wikipedia Commons La tecnologia de miralls parabòlics i Fresnel estan formats per fileres de miralls que concentren la radiació solar a un receptor tubular per on circula el fluid calorportador. Aquest fluid arriba a temperatures pròximes als 500ºC. Figura 10: Fotografies de instal·lacions solars de cilindres parabòlics (esquerra) i de Fresnel (dreta). Font: Wikipedia Commons. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -32Finalment el captador per motor Stirling consta d’un reflector parabòlic que concentra la radiació a un receptor, on s’escalfa un gas (normalment heli, hidrogen o simplement aire) i s’aprofita el treball realitzat per l’expansió i contracció d’aquest gas. Aquesta tecnologia es considera que, en un proper futur, serà de gran aplicació per a la producció d’electricitat aïllada per potències d’un pocs kW. L’eficiència d’aquest sistema pot ser superior al 30%. Figura 11: Imatge d’un captador amb motor Stirling. Font: Wikipedia Commons A continuació es detallen les principals característiques tècniques de cada un dels sistemes: Torre solar Cilindre parabòlic Fresnel Stirling Potència tipica (MW) 30-200 10-200 10-200 0,01-1a Potència real (MW) 10 80 0,3 0,025 Factor de concentració 600-1.000 50-90 25-50 Més de 3.000 Eficiència (%) 10-28% 10-23% 9-17% 15-25% Mode d’operació Xarxa Xarxa Xarxa Xarxa/aïllat Estat de desenvolupament + ++ 0 + Taula 11: Principals característiques tècniques de les centrals termosolars. Font: Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese, 2007. “Renowable Energy: technology, economics and environment“ Una de les principals avantatges de l’energia solar termoelèctrica és que pot disposar de sistemes d’emmagatzematge mitjançant fluids de sals foses. Amb aquests sistemes és possible seguir generant electricitat tota la nit. Aquesta característica és de gran importància en un sistema elèctric amb una elevada penetració d’energies renovables. A més aquestes plantes es poden alimentar alternativament amb combustibles fòssils o a partir de biomassa, per cobrir puntes de demanda en períodes de baixa radiació solar. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -337.3.2. L’energia solar termoelèctrica a Sao Miguel Les centrals termoelèctriques necessiten grans extensions de terreny lliure i a poder ser el més plana possible. A continuació es mostra les superfícies requerides per cada kW de potència instal·lada. Tipus de planta Superfície ocupada Torre solar 20-35 m2/kW Cilindres parabòlics 15-30 m2/kW Fresnel 10-25 m2/kW Stirling 5,7 m2/kW Taula 12: Ocupació de sòl (m2/kW) de les diferents tecnologies termosolars. Font: Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese, 2007. “Renowable Energy: technology, economics and environment“ La seva possible integració amb biomassa forestal i la seva capacitat per emmagatzemar electricitat fa que sigui una opció atractiva. Sao Miguel és la més gran de les Illes Açores, però no és una illa amb grans extensions lliures i sense desnivells. A més l’energia solar termoelèctrica és una tecnologia avui en dia molt cara i per tant a priori no es considera una solució adequada per a Sao Miguel. 7.4. Energia eòlica 7.4.1. Descripció tècnica El vent és conseqüència de l’acció del sol. La radiació solar calenta l’aire. L’aire calent tendeix a pujar cap a munt, i com a conseqüència, el seu lloc l’ocupen masses més fredes. El vent La massa d’aire en moviment és energia cinètica que, en incidir sobre les pales d’una turbina aèria, executa un treball mecànic de rotació del rotor, que a la vegada fa girar un generador elèctric que produeix l’electricitat. La velocitat del vent és el condicionant més important, ja que l’energia cinètica de l’aire augmenta proporcionalment al cub de la velocitat. A més com més fred sigui l’aire més energia se’n podrà extreure, ja que tindrà major densitat. 𝑃𝑑=1 2·𝑚·𝑣2=1 2·𝜌·𝐴·𝑣3→𝑃𝑑 𝐴=1 2·𝜌·𝑣3 On: Pd = Potència disponible de l’aire (W) m = massa d’aire (kg) v = velocitat del vent (m/s) ρ = densitat de l’aire (kg/m3) A = àrea escombrada per les pales de l’aerogenerador (m2) En termes generals es considera que una localització serà adequada per a instal·lar aerogeneradors si té una potència de vent de superiors a 200-250 W/m2 a una alçada de 10 metres, el que suposa una velocitat mitjana de més de 6 m/s. Pel que refereix a l’energia minieòlica aquesta velocitat pot reduir-se fins a 4 m/s, ja que la velocitat d’arrencada d’aquestes turbines és menor. Cal tenir en compte que els aerogeneradors entreguen entre un 20 i un 30% de l’energia disponible del vent, tenint en compte el coeficient de potència (cp), el rendiment mecànic, el rendiment de transmissió en els eixos i el rendiment elèctric. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -34𝑃 𝐴=1 2·𝐶𝑝 ·𝜌·𝑣3 Els generadors eòlics tenen un rang de potències i mides molt variables. Poden anar dels pocs kW a varis MW de potència i els diàmetre de pocs metres a més de 150 metres. Els aerogeneradors Es considera energia minieòlica quan la potència de l’aerogenerador és menor a 100 kW i diàmetres de rotor de menys de 15 m. L’energia minieòlica està prenent molt protagonisme en el últims anys. Tot i ser una tecnologia poc madura i cara, la seva possible integració dins de zones urbanes sense causar un impacte visual notable fa pensar que en un futur no gaire llunyà tindrà una contribució molt més important. Hi ha països, com Estats Units, Xina o Anglaterra, que han apostar firmament per aquesta tecnologia. La major part de la potència eòlica instal·lada es tracta de grans aerogeneradors de varis MW ubicats en llocs amb règims de vents molt favorables. Tanmateix els indrets amb major potencial ja estan ocupats i per això s’està treballant amb implantar molins al mar, coneguts com off-shore. Aquests acostumen a ser molins encara més grans, ja que el seu impacte visual és menor i la seva cimentació és molt cara. Els aerogeneradors també es poden classificar en funció de l’orientació de l’eix de rotació de les aspes. En els molins d’eix horitzontal, els més habituals, l’eix de rotació és paral·lel a la direcció del vent. Els aerogeneradors d’eix vertical, són més cars i la seva producció elèctrica és menor, però tenen l’avantatge de que no necessiten sistemes d’orientació, tenen un manteniment més senzill i un impacte visual més reduït, ja que acostumen a ser més petits. 7.4.2. La energia eòlica Sao Miguel Tot i disposar d’un recurs eòlic molt generós a Sao Miguel no hi ha cap aerogenerador. Si que hi ha molins instal·lats en altres illes, com Santa Maria o Terceira. Segons l’EDA, el parc ubicat a Terceira, de 4,5 MW, té una producció aproximada de 4.268 hores equivalents, un valor molt elevat si es compara amb la majoria de parcs eòlics del món. Per tal de calcular de forma acurada la producció eòlica en un indret és important disposar de dades instantànies de vent per un temps superior als 3 anys. Aquestes dades només es disposen per a una instal·lació meteorològica ubicada al aeroport de Ponta Delgada (altura de 72 metres), la qual mostra velocitats mitjanes de 5,2 m/s (sèrie de dades del 2005 al 2010). Les direccions predominants del vent són la oest, la nord i la nord-est. Gràfic 8: Corba de freqüències de la velocitat del vent a Ponta Delgada. Font: Elaboració pròpia a partir de dades de Mundomanz 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 p(u) velocitat vent (m/s) Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -35Gràfic 9: Rosa dels vents de velocitat mitja del vent (esquerra) i de freqüència del vent (dreta) per cada direcció. Font: Elaboració pròpia a partir de dades de Mundomanz Aquestes dades de vent són útils per a calcular el potencial de generació eòlic dins de la ciutat de Ponta Delgada a partir de molins minieòlics, però no es poden utilitzar directament per la resta de l’illa, doncs Sao Miguel és un indret amb una orografia molt abrupta i rodejada de mar, el que genera efectes locals de vent (efecte de la brisa marina, efecte turó...). A falta de més dades es pot estimar el vent a altres indrets de l’illa a partir de la següent expressió: 𝑣= 𝑉𝑟𝑒𝑓 · ln (𝑧 𝑧0 ⁄) ln �𝑧𝑟𝑒𝑓 𝑧0 ⁄� On: zref = alçada mesura vent z = alçada desitjada vent z0 = rugositat [m] S’estima que a altures superiors als 700 metres el recurs eòlic pot arribar a ser un 50% superior al de Ponta Delgada. S’ha calculat la producció elèctrica que tindrien varis models d’aerogeneradors per les condicions de vent descrites i s’estima que es pot aconseguir una producció entre 2.500 i 3.000 hores anuals. Tanmateix, com s’ha comentat, per tenir un càlcul més aproximat i realista, és necessari obtindre lectures de vent en els indrets a on es plantegi la instal·lació de aerogeneradors (Annex 5). Actualment hi ha un projecte de crear un parc eòlic a Salto de Cavallo (zona de les Furnes). Aquest parc estarà format per 10 aerogeneradors de 900 kW cada un i es preveu que començarà a instal·lar-se al octubre del 2011. S’ha estimat que els aerogeneradors tindran una producció de 3.900 hores anuals, amb el que es produiran 35,1 GWh a l’any. 7 Pel que fa a la eòlica marina, òbviament les Illes Açores tenen un potencial molt elevat. Tanmateix l’elevada profunditat de les seves costes i la gran quantitat d’espais protegits fan que la majoria dels indrets no siguin adequats per instal·lar aerogeneradors. Seria interessant avaluar la possibilitat de realitzar un parc eòlic comú entre les illes de Sao Miguel i Santa Maria i d’aquesta manera connectar-les elèctricament. 7 Informació directa del grup EEG (EDA) 0 1 2 3 4 5 6 N NE E SE S SW W NW 0% 5% 10% 15% 20% N NE E SE S SW W NW Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -367.5. Biomassa Segons el Diccionario de la Real Academia Española, la biomassa es defineix com: “Matèria orgànica en un procés biològic, espontani o provocat, utilitzable com a font d’energia”. El tipus de biomassa pot ser molt variable i el seu aprofitament energètic estarà condicionat pel tipus de biomassa que es disposi i per la pròpia demanda energètica. L’ús de la biomassa es considera una font d’energia renovable si es produeix al mateix ritme que es consumeix, sinó és així, el seu ús no es considera sostenible. La biomassa pot ser cultivada, el que es coneix per cultius energètics. A priori els cultius energètics són una opció que no es considera adequada per obtenir energia, doncs la terra ha de servir per cultivar aliments i no combustibles. Tanmateix Sao Miguel té unes condicions molt òptimes pels cultius energètics doncs té precipitacions abundants i terres molt fèrtils sense cultivar i per tant aquesta podria ser una via per reduir la dependència als combustibles fòssils. D’altre banda hi ha una gran disponibilitat de residus de biomassa generat als boscos, indústries, ciutats, etc, que actualment no són aprofitats. És important tractar de valoritzar energèticament bona part d’aquests residus, ja que poden generar un benefici ambiental i social molt beneficiós per l’illa. S’analitza el potencial dels següents fluxos: - Residus llenyosos (forestals o de la indústria) - Residus agrícoles - Residus ramaders - Residus dels escorxadors - RSU (Residus Sòlids Urbans) El PEGRA (“Plano Estratégico de Gestao de Resíduos dos Açores”), descriu les diferents estratègies a seguir a la regió de les Açores pel tractament dels seus residus, per tal d’assegurar una valorització dels recursos naturals, la protecció de la qualitat dels ecosistemes i cuidar la salut pública de la regió. En el PEGRA es tracten tots els residus generats a l’illa (RSU, industrials, hospitalaris, forestals, agrícoles i especials). Al PERAGRI (“Plano Estratégico de Residuos Agrícolas, 2004”), es descriu el pla de gestió de les diferents varietats de residus provinents de l’activitat agrícola a Portugal. En el pla s’inclouen restes de producció de fruita i verdura, residus vegetals provinents de l’activitat agrícola i forestals, residus d’animals, cadàvers d’animals, dejeccions ramaderes, residus plàstics, residus d’embalatges, etc.. Hi ha varies opcions per tal de valoritzar energèticament els residus: - En plantes de cogeneració per a produir electricitat i energia tèrmica, que es podrà distribuir mitjançant xarxes de distribució de calor. Les plantes de cogeneració típicament tenen un rendiment elèctric del 35% i un rendiment tèrmic del 50%. - En calderes de combustió per aprofitar directament el calor generat. Aquest calor pot servir per escalfar aigua, climatitzar espais, per aplicacions industrials que requereixin temperatura, etc. Les calderes tenen eficiències típiques del 90%. - La seva transformació en biocombustibles, els anomenats combustibles de 2na generació, generats a partir de residus de la biomassa. - Producció de biogàs, a partir del procés de digestió anaeròbia (sense presència d’oxigen) de la matèria orgànica. Aquest biogàs generalment es destina a la producció d’electricitat (amb una eficiència del 35%). Una part del calor sobrant és utilitzat en el propi procés de metanització i la resta pot ser utilitzat per a climatització o altres aplicacions tèrmiques. El biogàs també es pot distribuir a les llars com a substitut de bombones de butà. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -37Un dels problemes de la biomassa és que es troba distribuïda en tot el territori i en alguns casos el transport i tractament de la biomassa pot suposar una despesa energètica major, que la pròpia energia que se n’extraurà. Per això, sobretot en el cas de la biomassa forestal, és important potenciar el seu aprofitament local i elaborar un mapa de l’illa a on es detalli quines són les zones més adequades per a realitzar la recollida i els punts més idonis per a instal·lar les plantes de valorització. 7.5.1. Biomassa d’origen llenyós A l’arxipèlag de la Açores, el bosc es divideix en dos grans grups: el bosc de producció i el bosc de protecció. Aquest últim està bàsicament constituït per la Cryptomeria japonica, una espècie originaria de Japó i introduïda a les Açores fa menys de dos segles, però que a Sao Miguel representa més del 70% de la massa forestal. La seva massa és regular, majoritàriament pura, i té un tractament en alta muntanya amb una rotació mínima de 30 anys i amb produccions que en les millors estacions pot sobrepassar els 20 m3/ha/any. La resta d’espècies amb certa rellevància són el Eucalyptus sp., la Acacia melanoxylon y el Pinus Pinaster, que tot i tractar-se d’espècies autòctones, no representen ni el 30% de la superfície boscosa de Sao Miguel. 8 Al Inventário Florestal da Regiäo Autónoma dos Açores, publicat per la Direcçao Regional dos Recursos Florestais al Juliol del 2007, s’estima que a Sao Miguel, hi ha un total de 15.000 a 20.000 tm anuals provinents de la Criptomèria que es podrien aprofitar energèticament sense causar efectes significatius als boscos. És important considerar que els boscos de Sao Miguel no necessiten tractaments forestals específics per evitar incendis, tal com succeeix a regions més seques. La pròpia naturalesa humida de l’illa fa que sigui més beneficiós pel bosc deixar tots els residus que genera, ja que d’altre forma es reduiria el contingut de nutrients. A part dels propis residus generats pel bosc, es realitza una estimació sobre els residus generats a les fàbriques que es dediquen a l’explotació forestal. Aquesta estimació s’ha realitzat a partir d’enquestes als principals explotadors de l’illa, per tant que les dades poden tenir un marge d’error destacable. S’estima que a l’illa de Sao Miguel actualment s’exploten 122,2 ha de Criptomeria i 5,4 ha de Acacia. 9 En un informe editat per ONGA Quercus (Caracterizaçao e sugestöes de gestäo para os residuos sólidos na Regiäo Autónoma dos Açores, 2000), es cita que anualment a l’illa de Sao Miguel es consumeixen 106.726 tm de fusta, les quals generen unes 32.420 tm de residus de fusta. Forestal Massa (tm/any) PCS (kcal/kg) Contingut humitat PCI (kcal/kg) Energia primària [MWh/any] Residus forestals 20.000 4893 30% 4713,9 109.362 Residus industrials 32.420 4893 30% 4713,9 177.277 Total 52.420 - - - 286.639 Taula 13: Potencial energètic aprofitable de la biomassa forestal a Sao Miguel. Font: elaboració pròpia. En total s’estima un potencial energètic de 286.639 MWh/any de biomassa boscosa. L’opció més eficient per aprofitar aquesta fracció de residus és la seva combustió (a partir de pallets) en plantes de cogeneració per produir simultàniament electricitat i calor, o bé en estufes o calderes de biomassa per tal satisfer les necessitat tèrmiques dels habitatges, equipaments indústries. 8 Contribuciones a la Determinación de las Características de la Cadena Forestal de la Región Autónoma de las Azores. J. BELERIQUE, P. CORREIA i E. SILVA. 9 Contribuciones a la Determinación de las Características de la Cadena Forestal de la Región Autónoma de las Azores. J. BELERIQUE, P. CORREIA i E. SILVA. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -38Una altre possibilitat és utilitzar aquests residus per generar bioetanol (combustible de segona generació). Per realitzar aquest procés és necessari transformar la cel·lulosa en sucres (principalment glucosa) i posteriorment fermentar aquests sucres per produir l’alcohol. Tanmateix aquest procés actualment té eficiències molt baixes i requereix elevades inversions econòmiques. Potencial de producción d’etanol Residus forestals (tm/any) 52.420 Litres etanol/kg residu 0,25 Producció etanol (litres/any) 13.105.000 PCI etanol (kcal/litre) 5610 Energia (MWh/any) 85.282 Taula 14: Potencial de producció d’etanol a partir de residus forestals a Sao Miguel. Font. Elaboració pròpia. La següent taula mostra el potencial energètic de la biomassa llenyosa en funció de la seva via de valorització: Electricitat (MWh/any) Calor (MWh/any) Biocarburants (MWh/any) Combustió per aplicacions tèrmiques 0 257.975 0 Producció elèctrica amb cogeneració 100.324 143.320 0 Producció bioetanol 0 0 85.282 Taula 15: Potencial energètic de la biomassa forestal segons via de valorització. Font. Elaboració pròpia. 7.5.2. Residus agrícoles El sector agrícola genera una gran quantitat de residus que sovint són cremats al propi camp, el que suposa desaprofitar el seu contingut energètic a més de contaminar l’aire, ja que normalment es tracta de combustions poc controlades. Figura 12: Els camps de cultiu de blat generen una gran quantitat de residus. Font: Elaboració pròpia. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -39Segons, SRAE, la superfície cultivada a Sao Miguel és de quasi 2.500 ha. Aproximadament la meitat de la superfície es destina al cultiu de blat de moro, seguit pel de patata (29%) i de remolatxa (12%). Nom Superfície [ha] Producció [tm/any] Producció [%] Patata 705,3 14.982,1 21,11% Remolatxa 284,8 11.618,1 16,37% Te 37 145 0,20% Blat de moro 28,6 265,8 0,37% Farratge de blat de moro 1.177,4 42.187,7 59,45% Tabac 39,4 118,3 0,17% Vi 169,7 1.642,5 2,31% Total 2.442,2 70.959,5 100,00% Taula 16: Superficies cultivada i producció agrícola a Sao Miguel. Font: SRAE Els residus amb un potencial més elevat de valorització energètica és el de blat de moro. El cultiu de blat de moro genera una gran quantitat de residus (1,051 kg residu/kg cultivat), que acostuma a ser processat en boles de palla. D’altre banda, el cultiu vinícola, a part de residus de fruites, genera residus llenyosos amb un elevat poder calorífic (aproximadament 1 kg residu/ha cultivada). La resta de cultius, sobretot els de patata i remolatxa, també generen residus susceptibles de ser valoritzats, tanmateix al disposar de fluxos més petit no s’han quantificat. Es important considerar que un 20% dels residus generats no seran aptes per ser aprofitats, ja sigui per motius ambientals (restitució de la matèria orgànica del sòl) o tecnològics (els equips de recol·lecció no són capaços de recollir el residu en la seva totalitat). Pel cas del blat de moro, aquest valor pot augmentar fins a un 40% ja que una bona part dels residus es destina a alimentar la ramaderia. Nom Residus aprofitables [tm/any] PCI (GJ/tm) Energia primària [MWh/any] Blat de moro 26.771 15,1 113.189 Vi 1.314 15,3 5.629 Total 28.085 - 118.818 Taula 17: Potencial d’aprofitament de residus de blat de moro i vinícoles a Sao Miguel. Font: SREA, Recuperación energética ecoeficiente de residuos. L’opció més rentable per valoritzar energèticament els residus agrícoles és la seva combustió, ja sigui en plantes de cogeneració o en calderes de biomassa. Al tractar-se de residus poc homogenis i amb elevats continguts d’aigua, la seva combustió en calderes domèstiques no es considera adequada i per tant és preferible que siguin tractats en calderes de major mida per subministrar calor a industries o a barris sencers. Una altre possibilitat és la producció d’etanol, ja que aquests residus tenen un elevat continguts de cel·lulosa, que com s’ha comentat es pot transformar en etanol, tot i que es tracta d’un procés car i poc eficient. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -40Tipus de residu Producció bioetanol (litres/kg residu) Producció etanol (litres/any) PCI etanol (kcal/litre) Energia (MWh/any) Blat de moro 0,29 6.374.090 5610 41.480 Vi 0,25 328.500 5610 2.138 Total - 6.702.590 - 43.618 Taula 18: Potencial de producció de bioetanol a partir de residus agrícoles. Font: elaboració pròpia i Carlos Gràcia. A continuació es mostra el potencial energètic dels residus agrícoles segons la seva via de valorització: Electricitat (MWh/any) Calor (MWh/any) Biocarburants (MWh/any) Combustió en calderes de biomassa 0 106.936 0 Producció elèctrica amb cogeneració 41.586 59.409 0 Producció bioetanol 0 0 51.914 Taula 19: Potencial energètic de la biomassa agrícola segons via de valorització. Font. Elaboració pròpia. 7.5.3. Residus ramaders A Sao Miguel es genera una gran quantitat de residus ramaders, principalment de residus porcins i bovins. La valorització energètica d’aquests residus està prenent importància en els últims anys, per una banda per que es redueix el impacte ambiental de la seva gestió i d’altre banda per la gran quantitat d’energia que se’n pot obtenir. Unitats (en milers) Residus generats (tm/animal/any) Residus generats (tm/any) Bovins Vedelles 37 0,70 25.618 Vaques de llet 58 18,00 1.039.431 Altres 13 7,00 93.158 Porcs Lletons 7 0,32 2.326 Porcs de més de 50 kg 11 2,00 21.148 Porques reproductores 3 4,80 15.861 Total 129 - 1.197.543 Taula 20: producció de residus bovins i porcins a Sao Miguel. Font: Guia dejeccions ramaderes, SREA. Els residus ramaders creen efectes significatius tant a l’aire, aigua i terra. Els efectes que generen a l’atmosfera estan associats als components volàtils (NH3, H2S, CH4, CO2) produïts en la digestió anaeròbica de la matèria orgànica. Pel subsòl també pot suposar un problema, tot i que els residus poden ser utilitzats com a adobs naturals, un elevat contingut en elements contaminants com coure o la elevada acidesa dels residus pot ser nociu pel terreny. El problema més gran de Sao Miguel és l’elevada eutrofització d’alguns dels seus llacs. Aquest fenomen es produeix quan augmenta la concentració de nitrats i fosfats en l’aigua, el que fomenta la generació de vegetals dins del llac, que consumeixen tot l’oxigen de l’aigua i per tant acaba amb la vida aquàtica. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -47El rati de producció de biocarburant per hectàrea cultivada estarà molt relacionat amb les característiques del sòl, les condicions climatològiques i la espècie utilitzada. A partir de remolatxa, blat i patata, 3 dels cultius més estesos a l’illa, s’obtenen ratis de producció bastant òptims. Producció de bioetanol Cultiu Producció (tm/ha) Rendiment de l’etanol (kg/litre) Producció d’entanol (l/ha) Remolatxa 60,0 10,0 6.000 Melca 90,0 15,0 6.000 Patata 65,0 12,0 5.416 Blat de moro 10,0 2,7 3.703 Blat de secà 2,5 2,9 877 Producció de biodièsel Cultiu Producció (tm/ha) Rendiment de l’etanol (kg/litre) Producció d’entanol (l/ha) Colza 2,8 1,2 1.400 Gira-sol 1,5 0,6 682 Taula 30: Producció de biocarburant per tipus de cultiu. Font. IDAE. 7.5.7. Biodièsel a partir d’algues L’obtenció de biodièsel a partir d’algues és una tecnologia que s’ha demostrat tècnicament viable i moltes empreses i centres d’investigació estan treballant en aquest camp. El creixement de les algues és més eficient que el d’altres cultius, no ocupen tant espai, no contaminen les aigües i no competeixen amb els aliments, però actualment encara estan en fase experimental i per aconseguir que siguin rentables cal realitzar avanços en el procés productiu que millorin el seu balanç energètic i disminueixin els costos. Aquest procés que es pot resumir en quatre etapes: cultiu de l‘alga, recol·lecció de l’alga, extracció dels olis i transformació dels olis a biodièsel (transesterificació). Figura 17: Procés d’obtenció de biodièsel a partir d’algues. Font: Elaboració pròpia. Un dels punts més favorables d’aquesta tecnologia, respecte altres vies d’obtenció de biodièsel, és els seus baixos requeriments d’aigua, un recurs que en el futur es preveu que serà molt escàs. A més aquesta aigua no ha de ser necessariament dolça, doncs les algues poden créixer en aigües salades o inclús residuals. En aquest sentit, es podria aprofitar l’aigua eutrofitzada d’alguns dels llacs de l’illa que tinguin un contingut elevat de nutrients (Furnas, Sete Cidades, etc.), o també l’aigua residual de les ciutats. D’altre banda, el CO2 necessari per al seu creixement, pot provenir d’una planta industrial o termoelèctrica, aconseguint reduir les emissions d’aquestes instal·lacions. A més, els litres de biodièsel obtinguts per unitat de superfície poden arribar a ser molt superiors que els cultius energètics comuns. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -48Per tots aquests motius, es pot afirmar que la petjada ecològica del biodièsel a partir d’algues és menor que la d’altres cultius energètics i que per tant és una tecnologia més respectuosa amb el medi ambient. El problema és que tot i ser una tecnologia provada, encara no ha assolit el suficient grau de maduresa per que sigui comercialment viable. A mode general es pot estimar que per cada m2 de superfície de cultiu es produeixen 30 grams d’algues diaris, amb el que es pot obtenir 0,01 litres de biodièsel. Això suposa una producció anual de 36.500 litres de biodièsel per hectàrea cultivada, un valor molt superior als obtinguts amb cultius energètics. Per a que es compleixin aquestes condicions cal subministrar grans quantitats de CO2 (60 g/m2 i dia).10 7.6. Energia geotèrmica 7.6.1. Descripció tècnica L’energia geotèrmica és l’energia calorífica provinent de l’interior de la terra. Per recurs geotèrmic s’entén com la porció de calor que pot ser aprofitada per l’home en condicions tècniques i econòmiques viables. El recurs geotèrmic depèn de les condicions geològiques del terreny. Normalment el gradient tèrmic terrestre es troba entre 10-40 ºC per km. En aquestes condicions el recurs geotèrmic és pobre i no és suficient per a produir energia elèctrica. Les principals aplicacions en aquestes zones són per climatitzar, assecar fusta, fruites i vegetals, aqüicultura, per produir fred, balneoteràpia, entre altres usos. Quan la temperatura de la font és massa baixa, es necessita el suport d’una bomba de calor, que tindrà un consum elèctric no menyspreable. Tanmateix hi ha zones en que aquest gradient pot ser superior als 80ºC per km (àrees hipertermals), el que permet aprofitar el calor per a generar electricitat. Aquestes zones sovint es troben en àrees volcàniques, com és el cas de les Illes Açores. Per tal de que el reservori tèrmic sigui aprofitable ha de disposar de 4 elements bàsics: - Una font de calor, que pot ser un cos magnètic o roques calentes. - Un fluid transportador de calor, com ara aigua, amb recàrrega suficient per a contrarestar l’extracció dels pous. - Un conjunt de roques permeables que constitueixi el reservori - Una formació geològica impermeable i una coberta aïllant, per tal de retenir tota l’energia al reservori. Un cop identificat un reservori, s’han d’executar els pous de producció a una profunditat adequada per interceptar les formacions rocoses a on existeixi l’aigua o el vapor a elevada temperatura i pressió. Aquests fluids geotèrmics són captats i conduits cap a la superfície per tal de ser aprofitats a la central geotèrmica. Hi ha varies tecnologies de centrals geotèrmiques, segons el tipus de recurs de que es disposa. L’estat del fluid geotèrmic (vapor sec, humit o líquid) i la seva entalpia, definiran el tipus de central més adient. Quan es disposa de recursos d’alta entalpia, el vapor s’extreu directament i és conduït cap a una turbina, a on es generarà la electricitat. En alguns casos (vapor humit), el vapor haurà de passar per una estació de separació, que elimini el contingut d’aigua, abans de ser conduït cap a la turbina, ja que d’altre forma podria causar-li danys. 10 Sustainable Energy – without the hot air. DAVID JC MACKAY. 2009. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -49Figura 18: Esquema del funcionament d’una planta geotèrmica de cicle indirecte. Font: SOGEO Quan no es disposa d’un recurs amb una temperatura suficient per a generar el vapor d’aigua, es poden utilitzar centrals amb cicles binaris. En aquestes centrals s’aprofita el calor extret per escalfar un fluid amb un punt d’ebullició més baix que l’aigua (freons, isobutans, isopropans, etc.). Aquestes centrals també es poden utilitzar quan el fluid geotèrmic, tot i tenir una temperatura suficient, té característiques físico-químiques que no són adequades per al cicle directe. 7.6.2. L’energia geotèrmica a Sao Miguel Sao Miguel es troba entre la unió de dues plaques tectòniques, per això és una illa d’origen volcànic i amb un recurs geotèrmic suficient per a produir electricitat. Aquest elevat recurs es pot apreciar en moltes de les fumaroles existents a l’illa. Figura 19: A la zona Caldera Vella es pot apreciar el elevat potencial geotèrmic de l’illa. Font: Elaboració pròpia. L’interès per l’aprofitament geotèrmic a l’illa va aparèixer a mitjans dels anys 70, quan es van començar a fer estudis del terreny. Això va conduir a la construcció de varis pous d’extracció i d’una planta pilot (Pico Vermelho), que va començar a funcionar al 1980. La central va servir com a central de proves fins al 2005, ja que es va considerar que el seu equip generador estava obsolet. Aquesta va ser substituïda Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -50per una nova central geotèrmica de 10 MW, que va començar a funcionar al 2006. La nova planta era abastida per 5 pous d’extracció amb una profunditat de 1.000 metres i una temperatura màxima de 243ºC. Figura 20: Fotografia de la central geotèrmica de Pico Vermelho. Font: Elaboració pròpia. Actualment Sao Miguel disposa d’una altre planta geotèrmica, també ubicada a la regió de Ribera Grande i amb una potència de 13 MW. Aquesta va ser construïda en dues fases, al 1994 es van instal·lar dos grups turbogeneradors de 2,5 MW cadascun i al 1998 es van instal·lar dos grups més de 4 MW. Aquesta central també està basada en un sistema binari amb cicle de Rankine, utilitzant un fluid orgànic intermedi (normalpentà). Les dos centrals han demostrat una elevada estabilitat i continuïtat del recurs, complementades per un bon rendiment dels equips electromecànics utilitzats. Tanmateix s’observa un petit decreixement en la producció que està relacionat amb el declivi natural dels pous geotèrmics. Aquesta és una situació comú en les centrals geotèrmiques i que es corregida per l’execució de pous d’extracció addicionals. Gràfic 10: Producció elèctrica de les centrals geotèrmiques entre 1999 i 20009. Font: SOGEO Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -51Entre les dues centrals, la potència total instal·lada és de 23 MW. Al 2009 es va produir més de 161 GWh, el que va suposar aproximadament un 38% del consum electricic de l’illa. (EDA) Les dos centrals es troben sobre el camp geotèrmic de Ribeira Grande. Aquest és un reservori geotèrmic de laves traquítiques calentes, amb una temperatura màxima mesurada de 245ºC. El fluid es mou lateralment cap al nord oest, des del sector de Cachaços-Lombadas (CL) al sector de Pico Vermelho (PV). En el sector de CL hi ha formacions permeables de 700 a 1.300 metres de profunditat i al de PV de 450 a 900 metres. Segons estudis de SOGEO, la capacitat d’aquest camp geotèrmic és d’uns 90 MW. Figura 21: Esquema del camp geotèrmic de Ribera Grande. Font: SOGEO Tanmateix a l’illa hi ha altres zones volcàniques, algunes d’elles amb un potencial molt elevat, com la zona de Sete Cidades i la zona de Furnes. Per tal d’aprofitar aquestes zones és necessari realitzar estudis concrets de reconeixement del terreny i de viabilitat de l’explotació del recurs. Figura 22: mapa de les principals zones volcàniques de Sao Miguel. Font: SOGEO Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -52SOGEO actualment està treballant per augmentar l’aprofitament geotèrmic a Sao Miguel. Pel 2014 preveu una expansió de 10 MW de la planta geotèrmica de Pico Vermelho, tot i que s’estan realitzant estudis per tal d’assegurar que no s’esgoti el recurs. També s’està analitzant la possibilitat de crear una nova planta a les Caldeiras de Ribeira Grande, però pel moment hi ha problemes de sobreescalfament en un dels pous, el que està causant emissions nocives a la zona. D’altre banda també s’està treballant per que la potència de les plantes no es vegi reduïda degut a la degradació del recurs. La perforació de pous de compensació és la opció més comú per evitar aquest problema. També és vital analitzar els molts problemes relacionats amb la injecció de l’aigua un cop surt de la central (contaminació de l’aigua subterrània, pèrdua de productivitat dels pous, activitats sísmiques induïdes, etc.). A partir de probes amb traçadors i modelitzacions numèriques es podrà plantejar una estratègia optimitzada d’injecció. L’elevada disponibilitat d’aquest recurs fa que també sigui idoni per a cobrir qualsevol tipus de demanda tèrmica, tot i que prèviament cal realitzar estudis per tal d’evitar que es saturi el subsòl i que no es generin impactes ambientals importants. La baixa demanda de calefacció dels edificis fa que sigui una opció poc atractiva econòmicament per a teixits existents, però si que pot ser una solució rentable per a nous desenvolupament urbans. També per al sector industrial i per certes aplicacions dels sector primari (assecar fruites o verdures, climatitzar hivernacles, etc.) pot suposar una alternativa interessant. 7.7. Energia hidràulica i minihidràulica 7.7.1. Principis bàsics Una central hidroelèctrica converteix l’energia potencial de l’aigua en energia elèctrica aprofitant el desnivell existent entre dos punts del curs d’un riu. Es capta un cert cabal del riu i es condueix cap a un equip generador (turbina i alternador), que transforma l’energia de l’aigua en electricitat. Lo potència que s’obté és directament proporcional a la altura del salt i al cabal d’aigua que circula per la turbina. 𝑃= 𝜌·𝑄·𝑔·𝐻 On: ρ = densitat de l’aigua (kg/m3) Q = cabal del riu (m3/s) g = força de gravetat (m/s2) H = altura del salt d’aigua (m) A la realitat degut a les pèrdues dels diferents components de la central (tuberies, generador, transformador, etc.) l’energia que es produeix és aproximadament la meitat de la disponible. Encara que no existeix un acord generalitzat, s’acostuma a considerar minihidràulica a centrals amb una potència nominal inferior a 10 MVA i microhidràulica si no supera els 100 kVA. Aquestes centrals tenen un impacte ambiental molt més reduït que les grans centrals hidràuliques, ja que s’evita la construcció de grans preses i embassaments, que afecten negativament al medi aquàtic. Moltes d’aquestes centrals es situen en antics molins o en fàbriques de llum que es van instal·lar a prop de nuclis urbans aprofitant algunes característiques especials dels rius, com per exemple la facilitat per crear petites preses o per captar i canalitzar una corrent d’aigua a través del riu. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -537.7.2. L’energia hidràulica a Sao Miguel L’energia hidràulica des de sempre ha tingut molta importància a l’illa. Sao Miguel té un potencial hídric molt elevat, degut a la seva elevada pluviometria i la seva orografia abrupta. Antigament la força de l’aigua era utilitzada per moldre gra, però en l’actualitat la seva principal utilitat és la generació elèctrica. La primera central elèctrica que va existir a Sao Miguel funcionava a partir d’energia hidràulica. Aquesta estava ubicada a prop del municipi de Vila Franca du Campo i es va inaugurar al març de l’any 1890. La central va suposar una revolució pels habitants de l’illa, que fins a les hores havien viscut sense accés a l’electricitat. Actualment aquesta central ja no està operativa. Tanmateix si que hi ha un total de 7 centrals repartides per l’illa: 4 d’elles amb turbina Francis i 3 amb turbines Pelton. En total la potència útil instal·lada és de 4,93 MW, amb els quals l’any 2009 es van generar 18 GWh (aproximadament un 4% de la producció elèctrica). Nom Localització Potència útil (kW) Potència instal·lada (kVA) Nº de Turbines Data d’entrada de servei Fábrica Nova Água d´AltoSão Miguel 608 760 1/Pelton 1927 Ribeira da Praia Água d´AltoSão Miguel 800 1000 1/Pelton 1991 Tambores FurnasSão Miguel 94 118 1/Francis 1909 Canário FurnasSão Miguel 400 500 1/Francis 1990 Túneis FurnasSão Miguel 1.558 2073 1/Francis 2000 Foz Rib. Quente R. QuenteSão Miguel 800 1030 1/Francis 1990 Salto do Cabrito Rib. GrandeSão Miguel 670 670 1/Pelton 2006 Total - 4.930 6.151 - - Taula 31: Centrals hidroelèctriques a Sao Miguel. Font: EEG (EDA) Figura 23: Fotografia de la central hidroelèctrica de Canario. Font: EEG Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -54De moment els llocs amb millors recursos ja han estat aprofitats. Tanmateix existeix un enorme potencial de producció d’energia hidroelèctrica, sobretot a partir de centrals microhidràuliques (potència inferior als 100 kVA). Actualment hi ha un projecte per realitzar una nova central de 9 MW a Graminhais que s’estima que es produiran 22.500 MWh/any (2.500 hores anuals). A l’hora de buscar les zones idònies per a futurs projectes s’haurà d’avaluar el recurs hidràulic del riu. No és tant important que el riu tingui un cabal elevat, sinó que mantingui un cabal relativament constant durant tot l’any. D’aquesta manera la turbina podrà treballar en condicions nominals la major part del temps, optimitzant la rendibilitat econòmica de la instal·lació. Un altre factor important a considerar és la distància a la línea elèctrica o al punt de consum, doncs una distància massa elevada suposaria una gran despesa en infraestructures i unes pèrdues per distribució elevades. 7.8. Energia del mar Gràcies a l’acció del Sol i de la lluna apareixen tres tipus de fenòmens que poden ser aprofitats per obtenir energia del mar: les marees, les onades i les diferències de temperatura. També es pot extreure energia del gradient salí, tot i ser una tecnologia molt poc madura. L’aprofitament d’aquestes tecnologies està frenat per l’impacte visual i ecològic que causen a la costa, ja que la majoria de les centrals requereixen ocupar superfícies molt grans. Fins al moment el seu desenvolupament tecnològic és molt escàs i es necessiten elevats costos d’inversió. A continuació es descriu breument el principi de cada una de les tecnologies: 7.8.1. Energia mareomotriu Les centrals mareomotrius basen el seu funcionament en les pujades i baixades de les marees. Aquestes centrals han d’estar ubicades, idealment, a la desembocadura d’un riu a on les diferències entre altures de marees (amplitud) sigui de 5 metres com a mínim. En l’emplaçament s’han de construir dics capaços de contenir un gran volum d’aigua i unes comportes que retinguin aquesta aigua durant la pujada de la marea. Un cop baixa la marea, les comportes s’obren, donant lloc a un salt d’aigua que fa girar una turbina, connectada a l’alternador. Aquesta és una tecnologia coneguda des de fa molts anys. Antigament s’utilitzava la energia de les marees per moldre el grà i per altres aplicacions mecàniques. Al 1967 es va construir la primera central mareomotriu a França, amb una amplitud de marea de 13,5 m i una superfície de l’embassament de 20 km2, amb el que s’aconsegueix una producció anual de 550 GWh. L’energia teòrica que es pot obtenir per cada cicle de marea dependrà de la superfície de l’embassament i de l’amplitud de la marea: 𝐸=12 �·𝜌·𝑔·𝑎2·(𝐴·106) On: Ρ: densitat de l’aigua de mar (1033 kg/m3) g: acceleració de la gravetat (m/s2) a: amplitud de la marea (m) A: superfície de l’embassament (km2) Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -55A la realitat, tenint en compte diferents tipus de pèrdues (fregament, turbines, etc.) el rendiment de conversió es troba sobre el 25% respecte l’energia teòrica. Segons la turbina utilitzada, la central pot ser d’efecte simple (només aprofita l’energia de la pujada o la baixada) o de doble efecte. Les turbines de doble efecte tenen un major factor d’utilització,el que proporciona entre un 15% i un 20% més d’energia que les de simple efecte. A més produeixen energia durant 12-14 hores diàries, respecte les 8-10 hores de les de simple efecte. També es poden instal·lar turbines amb capacitat de bombejar aigua durant certs períodes per regular la corba elèctrica. Les marees a les Illes Açores oscil·len entre els 0,3 i 1 metre, per tant l’aprofitament d’aquest recurs no seria econòmicament viable.11 7.8.2. Energia de les onades L’energia cinètica continguda en el moviment de les onades es pot transformar en electricitat de diverses formes. Les oscil·lacions en l’altura d’aigua poden fer pujar o baixar un pistó ubicat dins d’un cilindre, el qual fa moure un generador elèctric. Una altre possibilitat és que el moviment de les onades desplaci l’aire interior d’un cilindre, que es impulsat cap a l’exterior i fa girar una turbina. Quan l’onada es retira el cilindre torna a absorbir aire fent girar de nou la turbina. Aquests sistemes poden estar ubicats a la costa, el que permet reduir els costos d’instal·lació i de manteniment, però generant un impacte visual major i amb rendiments més baixos. També poden ubicar-se mar endins, amb el que s’aconsegueixen produccions majors, però amb una major inversió inicial. Figura 24: Esquema del funcionament d’una instal·lació mareomotriu amb tecnologia d’aigua oscil·lant. Font: Wikipedia commons 11 Web: http://www.tablademareas.com/pt/acores/ponta-delgada Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -56Figura 25: Esquema del funcionament d’una instal·lació mareomotriu amb tecnologia Pelamis. Font: Wikipedia commons Les principals limitacions per a la explotació energètica de les onades són: - Irregularitat d’amplitud, fase i direcció de les onades. - Elevades cargues estructurals en condicions extremes de mala mar. - Acoblament a un generador elèctric de 50 Hz (la freqüència de les onades és aproximadament de 0,1 Hz). La potència unitària (potència per metre lineal de cresta d’onada) és proporcional al quadrat de l’amplitud de l’onada i al seu període, segons la següent expressió: 𝑃 𝑦= 1,96 ·𝐻2·𝑇 On: P = Potència (kW) y = Cresta de l’onada (m) H = Amplitud de l’onada (m) T = Període de l’onada (s) Les onades canvien el seu període i altura contínuament. Per tant per calcular l’energia que es pot obtenir al llarg d’un any s’haurà de determinar el percentatge de temps que les onades mantenen una altura i període constant (distribució de les onades). L’energia obtinguda també estarà limitada per l’eficiència del sistema, que acostuma a ser d’un 5%: 𝐸𝑒 𝑦=ɳ· 1,96 ·𝐻2·𝑇·𝐷·365 ·24 On: Ee = Producció elèctrica (kWh) ɳ = Rendiment del sistema D = Distribució de les onades (en funció de H i T) Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -63paral·lel, quan la bateria i el motor poden funcionar independentment. A més poden disposar d’un sistema de recuperació energètica durant les frenades per utilitzar-la en les arrancades, a priori un sistema idoni per a les ciutats, a on hi ha moltes frenades i arrancades degut als semàfors. També les carreteres tortuoses de l’illa obliguen als vehicles a frenar i accelerar constantment i per tant amb un vehicle híbrid es poden aconseguir estalvis importants. Es considera que amb aquests vehicles es poden aconseguir estalvis del 50% respecte un vehicle convencional. En els cotxes híbrids ja no existeix el problema de la baixa autonomia dels elèctrics purs, ja que tenen el suport del combustible. Per tal de reduir la dependència al petroli i l’impacte ambiental d’aquests vehicles, una opció és que funcionin a partir de biocarburants. - El cotxe d’hidrogen és una tecnologia que molts experts afirmen que tindrà molta importància en el futur. El principal problema és l’obtenció de l’hidrogen, ja que actualment és un procés molt ineficient. Hi ha vàries formes d’obtenció, la més esperançadora és a partir de l’electròlisi de l’aigua. Per tal de que l’electròlisi sigui respectuosa amb el medi ambient, l’electricitat necessària haurà de ser produïda a partir de fonts renovables. Posteriorment aquest hidrogen haurà de ser emmagatzemat i transportat, normalment en estat líquid, el que també té associat un cost energètic important. Aproximadament per cada kg d’hidrogen produït es consumeixen 60 kWh (50 kWh/kg per l’electròlisi i 10 kWh/kg per la liquació). L’hidrogen es pot utilitzar directament en motors de combustió interna, millorant la seva eficiència en un 25% i amb una combustió més neta (només emet NOx). També es poden utilitzar en piles de combustible, que són molt més eficients, més silencioses i menys contaminants que els motors de combustió, però més cares. Figura 27: Coche eléctrico (Fiat 500), coche híbrido enchufable (F3DM), coche hidrógeno (Honda FCX). FONT: Movele y U.S. Department of Energy A partir de les consideracions descrites i la tecnologia actual es considera que a mig termini la major part dels cotxes de l’illa podrien ser elèctrics, amb un percentatge determinat de cotxes híbrids per vehicles que recorrin molt km diaris (repartiment de mercaderies, taxis, transport públic, etc.). La implantació de cotxes d’hidrogen es desestima per la baixa eficiència actual en la producció d’hidrogen. Tanmateix aquestes tecnologies estan en ple desenvolupament i el panorama actual podria variar, per exemple augmentant l’autonomia de les bateries del cotxe elèctric o millorant la rendibilitat de l’hidrogen. D’altre banda la implantació del cotxe elèctric pot oferir beneficis en la gestió elèctrica en un sistema amb una elevada implantació d’energia renovable, ja que es poden usar les seves bateries per emmagatzemar electricitat en períodes de baixa demanda per ser utilitzada en períodes que es necessiti electricitat. El concepte d’utilitzar els cotxes elèctrics com a sistemes d’emmagatzematge s’anomena vehicle to grid (V2G). En el capitol 7.2.2 la implantació del cotxe elèctric a Sao Miguel i el seu impacte en la xarxa elèctrica és abordat amb més detall. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -648.2. Distribució elèctrica En un sistema amb elevada contribució de energies renovables és important disposar d’una xarxa elèctrica que pugui absorbir i subministrar en tot moment l’energia, garantint una bona qualitat elèctrica (evitar la creació d’harmònics i variacions importants de la tensió, intensitat i freqüència). Les xarxes actuals estan basades en sistemes de producció centralitzats, mentre que en un model 100% renovable la generació estarà més distribuïda: petites centrals de producció (panells solars, aerogeneradors, petites centrals de biogàs, etc.) distribuïdes per tot el territori i preferentment a prop dels punt de consum. D’aquesta manera es poden reduir les pèrdues energètiques en la distribució elèctrica, que actualment són del 5,2% (Gràfic 5). Les xarxes elèctriques hauran de ser per tant més flexibles i intel·ligents i s’haurà de fomentar la creació de mini i microxarxes per a zones allunyades dels principals punts de producció. 8.2.1. Microxarxes El concepte de microxarxa, definit al 2002 pel CERTS (Consortium for Electric Reliability Technology Solutions) per al departament d’Energia de USA, és: “Agregació de cargues i microgeneradors que operen en un sistema únic i que es proveeix tant d’energia elèctrica com tèrmica” Una microxarxa pot estar o no connectada amb la xarxa principal, de totes formes la idea és que sigui el màxim d’independent possible, i que els intercanvis energètics de la xarxa siguin mínims. A les Illes Açores i a Sao Miguel hi ha moltes zones on no tenen accés a la xarxa elèctrica, com ara parcs naturals, càmpings o zones rurals aïllades. En aquests indrets els sistemes de microgeneració donen una gran oportunitat d’oferir energia elèctrica de forma rentable i evitar les pèrdues del transport. També les zones urbanes que estiguin apartades dels grans nuclis de consum, són indrets idonis per implantar microxarxes, per exemple la zona de Nordeste. Figura 28: Fotografies d’un camp generadors minieòlics (esquerra) i d’un panell fotovoltaics (dreta) ubicats en indrets aïllats de l’illa. Font: Elaboració pròpia. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -658.2.2. Xarxes intel·ligents Les xarxes integren de forma intel·ligent les accions dels usuaris que es troben connectades a ella (generadors, consumidors i aquells que són les dues coses a la vegada) amb la finalitat d’aconseguir un subministrament elèctric eficient, segur i sostenible. Les xarxes intel·ligents també són un element bàsic per a la creació de microxarxes elèctriques connectades a la xarxa central. Entre les principals funcions de les xarxes intel·ligents es troben: - Optimitzar la connexió en zones amb fonts renovables d’energia, optimitzant les capacitats de connexió i minimitzant els seus costos de connexió. - Potenciar sistemes de generació descentralitzats, permetent el correcte funcionament d’instal·lacions més petites (generació distribuïda). - Millorar la integració de la generació intermitent i de noves tecnologies d’emmagatzematge. - Gestió activa de la demanda a partir de comptadors intel·ligents, permetent que els consumidors gestionin de manera més eficient el seu consum i millorant la eficiència energètica. - Possibilitar la penetració del vehicle elèctric, acomodant aquestes noves càrregues mòbils i disperses de la xarxa, minimitzant el desenvolupament de noves infraestructures i habilitant les funcionalitats d’emmagatzematge de que disposen. - Oferir una major robustesa i automatització de la xarxa, millorant l’operació de la xarxa, els índexs de qualitat elèctrica i reduint les pèrdues elèctriques. 8.3. Sistemes d’emmagatzematge d’electricitat i de calor El desajust temporal entre la oferta i la demanda elèctrica és un dels principals problemes que apareixen en un sistema elèctric amb una elevada contribució de energies renovables, ja que la producció elèctrica d’algunes tecnologies com la solar o la eòlica depenen bàsicament de les condicions meteorològiques, que són variables i bastant imprevisibles. Una possible solució per solucionar aquest desajust és emmagatzemar l’electricitat sobrant en certs períodes per ser utilitzada quan el sistema ho requereixi. Existeixen varies tecnologies per emmagatzemar electricitat: - Bombeig d’aigua - Bobines superconductores - Supercondensadors - Volants d’inèrcia - Aire comprimit - Bateries - Hidrogen La majoria d’aquestes tecnologies són poc eficients i cares, i amb els preus actuals de l’electricitat no són rentables, per això avui en dia tenen un baix nivell d’aplicació. Tanmateix, en un futur, amb un major grau de desenvolupament i amb una major contribució de les energies renovable, les tecnologies d’emmagatzematge elèctric tindran una major importància en el sistema elèctric. Cada tecnologia és adequada per a una capacitat de potència determinada i per a emmagatzemar l’energia durant un període determinat: - Les tecnologies d’emmagatzematge de curt termini (segons-minuts): són ideals pel sector de l’automoció (bateries) i per a la generació distribuïda, ja que permeten regular la tensió, estabilitzar la xarxa i donar una millor qualitat a la senyal (volants d’inercia i bobines supoerconductores). Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -66- - Les tecnologies d’emmagatzematge centralitzat a mig-llarg termini (hores-dia): com ara el bombeig, les bateries redox i l’aire comprimit, permeten regular els desajustos temporals entre la oferta i la demanda al llarg d’un dia o de varis dies. Figura 29: Sistemes d’emmagatzematge elèctric segons capacitat de potència i duració d’emmagatzematge. Font: CIEMAT Avui en dia la tecnologia més rentable per emmagatzemar electricitat a mitja-llarg termini és el bombeig d’aigua, a partir de centrals hidroelèctriques reversibles. El principal problema és que requereixen de grans inversions inicials i que tenen un impacte sobre el medi i sobre la fauna molt negatiu. Acostumen a tenir potències elevades, entre 100-1.000 MW, però també és possible construir centrals més petites. L’Illa de Sao Miguel és un indret que a priori sembla adequat per aquest tipus d’instal·lacions, ja que disposa de molts recursos hídrics i varis llacs ubicats a cotes elevades. És important estudiar quins són els indrets de l’illa més idonis per a aquests tipus d’instal·lacions, ja sigui des de el punt de vista de rendibilitat econòmica com sobretot pel seu impacte ambiental. També es pot plantejar construir petits embassaments artificials per a bombejar l’aigua. Figura 30: Foto de la central reversible La Muela II (Espanya). Font: Iberdrola L’any 2006 es va estudiar la viabilitat de construir una central de bombeig a Povoação, però en aquell moment es va desestimar per que no resultava econòmicament rentable comparat amb el cost de producció elèctrica. Actualment s’està tornant a avaluar per veure si amb la pujada del preu del petroli el projecte és econòmicament viable. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -67En un sistema 100% renovable, s’ha de garantir que la capacitat d’emmagatzematge de la central pugui cobrir la demanda elèctrica en els períodes de baixa producció i elevada demanda. També és important dimensionar aquestes instal·lacions (principalment la turbina) de tal forma que tinguin suficient potència de turbinatge per absorbir i subministrar tota l’energia en tot moment. Per això es necessari realitzar estudis i simulacions per predir el comportament (hora a hora) de l’oferta i la demanda durant tot l’any. Normalment les prediccions que l’elaboren són molt pròxims a la realitat. Les bateries elèctriques és un sistema que també s’ha mostrat eficient, tot i que el seu cost econòmic és notablement superior al de les centrals de bombeig, a més d’oferir un índex de emmagatzematge energètic per unitat de volum i de pes molt baix. Existeixen varis tipus de bateries (Plom, NiCd, Ió liti, etc.), tot i que les més utilitzades són les de liti. Tipus Energia específica (Wh/kg) Tensió per element (V) Durada (nombre de recàrregues) Temps de càrrega (h) Auto descàrrega per més (% del total) Plom 30-50 2 1.000 8-16 5% Ni-Cd 48-80 1,25 500 1 30% Ni-H 60-120 1,25 1.000 2-4 20% Ió liti 110-160 3,16 4.000 2-4 10% Li-Po 100-130 3,16 5.000 1-1,5 10% Taula 32: Comparativa dels diferents tipus de bateries elèctriques. Font: Diagnosi i perspectives del vehicle elèctric a Catalunya L’emmagatzematge d’energia tèrmica té sentit pel que fa a l’energia captada pels panells solars tèrmics, ja que els períodes de major demanda tèrmica en calefacció i ACS corresponen als punts de mínima producció (hivern) i els períodes de menor demanda corresponen als períodes de major producció (estiu). Aquest és un dels principals motius del potencial limitat de l’energia solar tèrmica ja que per no tenir pèrdues a l’estiu, a Sao Miguel els panells solars tèrmics només permeten cobrir un 76% de la demanda de ACS (capítol 4.2.). Hi ha varies possibilitats d’emmagatzemar el calor: acumuladors estacional d’aigua o d’altres compostos (sals foses, PCM’s) o enviar el calor per escalfar el subsòl. Al Nord d’Europa s’estan realitzant varis projectes d’emmagatzematge tèrmic estacional, en barris sencers, amb els quals s’ha aconseguit cobrir quasi el 50% de la demanda de calefacció i ACS a partir d’energia solar tèrmica. Aquests sistemes poden disposar del suport de bombes de calor, per tal d’impulsar el calor quan la temperatura del dipòsit no és suficient per cobrir la demanda. Figura 31: Construcció del dipòsit estaciona a Friedichshafen, Alemanya. Font: Universitat de Stuttgart Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -689. Escenaris energètic per l’any 2030 Per tal de definir un escenari energètic amb una elevada contribució de fonts renovables és vital conèixer amb el màxim detall la demanda i l’oferta energètica. Per una banda és important conèixer el tipus d’energia que es consumeix (elèctrica, tèrmica i combustibles) i com evoluciona al llarg de l’any. D’altre banda disposar de prediccions del comportament de la producció energètica per a cada una de les tecnologies de fonts renovables. A partir d’aquestes dades és possible determinar la contribució òptima de cada una de les tecnologies per tal d’adaptar al màxim l’oferta i la demanda i d’aquesta forma reduir la necessitat de disposar de sistemes d’emmagatzematge energètic, els quals comporten un sobrecost econòmic i unes pèrdues energètiques importants. Alguns estudis afirmen que l’electricitat serà la principal via per abastir energèticament als ciutadans, doncs amb l’electricitat es pot cobrir qualsevol demanda energètica: per generar calor (bombes de calor o resistències elèctriques), per propulsar els vehicles, per il·luminar, per fer funcionar els electrotècnics, etc. A més l’electricitat es pot transportar d’un lloc a un altre amb facilitat i amb pèrdues relativament baixes (si es compara amb l’energia tèrmica), es pot generar a partir d’una gran quantitat de tecnologies (solar, eòlica, geotèrmica, hidràulica, etc.) i a més es pot gestionar de forma més senzilla que l’energia tèrmica. 12 Tanmateix, per l’illa de Sao Miguel, no es considera idoni un sistema energètic basat únicament amb l’electricitat, ja que disposa de recursos abundants per generar energia tèrmica (solar, geotèrmica i biomassa) i biocarburants (biomassa). En aquest capítol es proposa un escenari energètic a mig-llarg termini (any 2030), en que l’objectiu és aconseguir un model que s’aproximi al màxim a l’autosuficiència energètica a partir de recursos renovables, tant pel que fa al consum elèctric, al tèrmic com al de combustibles. Per aconseguir-ho és imprescindible reduir el consum a partir de millorar l’eficiència i augmentar la capacitat de producció de fonts renovables. Per a definir aquest escenari, s’han hagut de realitzar tot un seguit de suposicions i consideracions, en alguns casos per falta d’informació o en altres degut a que són dades que són complicades o impossibles de predir. 9.1. Caracterització de la demanda energètica futura La demanda energètica es pot separar en tres grans grups: - Demanda elèctrica (edificis residencial i de serveis, indústria i enllumenat públic): es coneix amb bastant de detall gràcies a caracteritzacions i informes realitzats per la EDA. - Demanda tèrmica (climatització dels edificis, producció d’ACS i requeriments tèrmics de les indústries i del sector primari): s’estima a partir de les importacions de combustibles de Sao Miquel (SREA) i caracteritzacions sobre el consum energètic a les llars realitzats pel MITPortugal - Demanda de combustibles (gasolina i gasoil destinats al transport de persones i mercaderies): s’estima a partir de les importacions de combustibles de Sao Miquel (SREA) i caracteritzacions sobre el consum energètic realitzats pel MITPortugal. Degut a la impossibilitat de projectar el consum a través de models economètrics, ja que no es disposen de dades fiables sobre indicadors bàsics, com el PIB, s’assumeix que l’evolució de la demanda energètica estarà relacionada principalment amb el creixement de la població. S’estima que actualment a Sao Miguel hi ha un consum anual de 13.334 kWh per cada habitant. 12 Sustainable Energy – without the hot air. DAVID JC MACKAY. 2009. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -69Tipus d’energia Consum (kWh/hab./any) Electricitat 3.253 Calor 4.309 Combustibles 5.772 Total 13.334 Taula 33: Estimació del consum per habitant a Sao Miguel. Font: elaboració pròpia a partid de dades de SREA, EDA i MITPortugal. Per determinar la població al 2030 es considera que aquesta tindrà un creixement anual del 0,35% fins l’any 2020 (tendència dels últims 5 anys) i que partir d’aquest any creixerà un 0,1%. Això suposa que per l’any 2030 la població seria d’uns 140.949 habitants, és a dir un 4,6% major respecte el 2010. Gràfic 14:Previsió de l’evolució poblacional a Sao Miguel. Font: elaboració pròpia a partid de dades de SREA. A la següent taula es mostra el consum elèctric actual i l’objectiu d’estalvi proposat per cada sector de consum per l’any 2030. Es considera que sobretot gràcies a l’adquisició d’equips més eficients (il·luminació, electrodomèstics, motors, etc.) es pot assolir un estalvi en electricitat del 20% per habitant en la majoria dels sectors. Per l’enllumenat públic és considera viable reduir un 50% el consum. També es suposa que gràcies a una millora en l’eficiència de la xarxa elèctrica les pèrdues degudes a la producció i transport de l’electricitat seran del 5%, en front del 7,2% actual, el que reduirà encara més la producció elèctrica necessària. Sector de consum Consum (kWh/hab./any Objectiu d’estalvi Actual Futur Domèstics 986 788 20% Comerços/Serveis 1.155 924 20% Serveis Públic 222 177 20% Indústria 560 448 20% Il·luminació pública 123 62 50% Demanda elèctrica total 3.045 2.400 21% Pèrdues elèctriques 218 120 45% Producció necessària 3.253 2.510 23% Taula 34: Consum actual i consum objectiu a l’any 2030 per habitant. Font: elaboració pròpia a partid de dades de EDA. 120.000 125.000 130.000 135.000 140.000 145.000 Número d'habitants Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -70La demanda tèrmica és més complicada de caracteritzar que l’elèctrica. A partir dels estudis realitzats per SREA i pel MITPortugal (importació de combustibles, caracteritzacions de consum a les llars, consum del transport, producció elèctrica, etc.) s’estima que un 30% de l’energia primària consumida a l’illa es destina a cobrir la demanda tèrmica. Això suposa un consum d’uns 4.300 kWh/habitant. Al estudi “Inquerito ao Consumo de Enegia no Sector Doméstico” (MITPortugal) es mostra una caracterització del consum energètic a les llars de Sao Miguel. S’observa que el consum de calefacció i sobretot d’ACS és molt elevat (es creu que a l’informe hi pot haver un error de càlcul), principalment degut a els mals aïllaments que tenen les vivendes i a la falta d’equips eficients per escalfar l’aigua. Per aquest motiu es considera que la demanda tèrmica dels edificis es pot reduir de forma notable. Ús energètic Consum (kWh/llar/any) Calefacció 2.668 Refrigeració 139 ACS 15.706 Cuina 8.201 Equips elèctrics 812 Il·luminació 464 Total 27.991 Taula 35: Caracterització del consum energètic en les llars de Sao Miguel. Font: Inquerito ao Consumo de Enegia no Sector Doméstico Es marca com a objectiu reduir un 40% el consum de calefacció de les vivendes (1.600 kWh/vivenda/any) i que la demanda anual d’ACS sigui de 1.900 kWh/vivenda (Annex 4). D’altre banda la demanda tèrmica de la indústria i del sector primari té un potencial d’estalvi més limitat. Es proposa l’objectiu de reduir en un 30% de la demanda tèrmica per habitant i que per tant que sigui d’uns 3.000 kWh/habitant. Finalment pel consum de combustibles destinats a la mobilitat, es proposa l’objectiu de reduir un 30% els desplaçaments realitzats amb transport privat, principalment gràcies a una millora de la xarxa de transport públic i al foment del car-sharing i car-pooling. D’altre banda es considera que el transport públic augmentarà un 10% el seu consum per absorbir la reducció de desplaçaments amb vehicle privat. Pel que fa al transport de mercaderies es proposa un objectiu de reducció d’un 10%, el que es pot aconseguir fomentant el consum local i a partir d’una major planificació en les rutes de distribució. Tipus vehicle Consum actual (kWh/hab.) Objectiu de reducció Consum futur sense tecnologia (kWh/hab.) Gasolina Gasoil Total Gasolina Gasoil Total Cotxe 1.686 2.817 4.504 30% 1.180 1.972 3.153 Autobús - 175 175 -10% - 193 193 Camions - 1.051 1.051 10% - 946 946 Motocicletes 42 - 42 0% 42 - 42 Total 1.728 4.044 5.772 - 1.223 3.111 4.333 Taula 36: Consum de combustibles actual i objectiu per l’any 2030 del transport viari a Sao Miguel. Font: Elaboració pròpia a partir de dades del MIT Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -71D’altre banda es proposa una transició cap a tecnologies més eficients (cotxe elèctric i híbrid). També es podria plantejar l’opció d’introduir cotxes d’hidrogen, però en aquest projecte és considera que el cotxe elèctric és una millor solució ja que és una tecnologia actualment més madura, presenta eficiències majors (energia primària consumida per km recorregut) i Sao Miguel compleix unes condicions òptimes per a la seva implantació. Tipus vehicle Tecnologia Consum per habitant (kWh/hab.) Elèctric Híbrid Electricitat Combustible Total Cotxe 50% 50% 394 788 1.182 Autobús 100% 0% 48 0 48 Camions 0% 100% 0 473 473 Motocicletes 100% 0% 11 0 11 Total 53% 47% 453 1.261 1.714 Taula 37: Consum energètic per habitant del transport viari a Sao Miguel a partir de la introducció del vehicle elèctric i híbrid. Font: Elaboració pròpia a partir de dades del MIT La introducció del cotxe elèctric faria augmentar la demanda elèctrica descrita a la Taula 34 fins als 2.986 kWh/hab./any. A partir dels objectius d’eficiència descrits en les pàgines anteriors es considera que és viable reduir el consum energètic per habitant més del 45%, el que resultaria un consum anual de 7.257 kWh/habitant. El consum elèctric és el que es veu menys reduït, d’una banda perquè es marca un objectiu d’estalvi menor i d’altre banda degut a la implantació del cotxe elèctric. Tipus d’energia Consum (kWh/hab./any) Objectiu d’estalvi per habitant Actual Futur Electricitat 3.253 2.986 8,2% Calor 4.300 3.010 30,0% Combustibles 5.772 1.261 78,2% Total 13.325 7.257 45,5% Taula 38: Consum energètic actual per habitant i objectiu marcat per l’any 2030. Font: Elaboració pròpia. En termes absoluts, considerant la previsió de població realitzada per l’any 2030, el consum total d’energia final es redueix un 42,8%, mentre que el consum elèctric es manté pràcticament constant. Tipus d’energia Consum (MWh/any) Objectiu d’estalvi total Actual Futur Electricitat 436.832 420.838 3,7% Calor 577.430 424.257 26,5% Combustibles 775.099 177.754 77,1% Total 1.789.361 1.022.849 42,8% Taula 39: Consum energètic actual i objectiu marcat per l’any 2030. Font: Elaboració pròpia. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -729.2. Cobertura de la demanda En aquest capítol es proposen solucions per cobrir cada una de les demandes descrites (electricitat, calor i combustibles) a partir de la combinació de les tecnologies que es consideren tècnica i econòmicament més viables. Per la demanda elèctrica es creu viable plantejar un sistema basat exclusivament en fonts d’origen renovables, en canvi per la demanda tèrmica i de combustibles es plantegen alternatives per reduir la seva dependència als combustibles fòssils, tot i que es considera que cobrir-les únicament a partir de fonts renovables és més complicat que pel cas elèctric. Les tecnologies proposades per cada tipus d’energia son: - Demanda elèctrica: solar fotovoltaica, eòlica, geotèrmica, hidràulica i dels residus (biogàs provinent de la metanització i residus agrícoles). - Demanda tèrmica: solar tèrmica, geotèrmica, plantes de cogeneració (RSU i agrícoles) i residus forestals. - Demanda de combustibles: seran produïts a partir dels residus (bàsicament olis usats i residus forestals). Tanmateix aquests recursos són força limitats i per tant s’haurà de plantejar la viabilitat de realitzar cultius energètics o cultius d’algues. 9.2.1. Gestió de la biomassa: Un dels punts més interessants a analitzar és l’ús que se li dona als residus de la biomassa, ja que aquests es poden utilitzar per cobrir qualsevol dels tres tipus de demanda. En l’apartat anterior s’han definit les opcions de gestió que es creuen més adequades per cada flux de residu. Per altra banda, un factor clau a considera és la necessitat de disposar de centrals elèctriques de biomassa (ja sigui en petita o gran escala) per substituir les centrals de fuel actuals i que funcionin com a centrals de regulació. Pels RSU i els residus ramaders, es considera que la via més adequada de valorització energètica, és la seva metanització i posterior producció elèctrica. Aquests dos fluxos tenen el problema que no és adequat emmagatzemar-los, ja que es produiria una fermentació espontània, emetent metà al medi i reduint el seu potencial energètic. Per aquest motiu es considera que l’opció més rentable és que les plantes de biogàs funcionin a règim pràcticament constant durant tot l’any, funcionant com a centrals de base. Es proposa que els residus agrícoles no llenyosos (blat de moro i altres fluxos que no s’han quantificat per falta de dades) siguin incinerats a una planta de cogeneració per produir electricitat i utilitzar la calor sobrant per cobrir la demanda tèrmica en zones industrials o residencials. Per aquest flux si que és possible emmagatzemar els residus i utilitzar-los durant els períodes que el sistema ho requereixi, per tant la planta podrà funcionar com a central de regulació. Una part dels residus llenyosos forestals i els residus agrícoles no destinats a la producció elèctrica es proposa que s’incinerin en calderes de biomassa de pellets (centralitzades o individuals) per tal de cobrir la demanda en aquells indrets en que no sigui tècnicament viable fer arribar el calor d’una central de cogeneració o d’una instal·lació geotèrmica. La biomassa que no s’utilitza per cobrir necessitats tèrmiques es destina a la producció d’etanol. Finalment, pels residus generats en els escorxadors i pels residus d’olis usats, tot i que el seu potencial és molt limitat, es creu que la seva gestió més adequada és que siguin destinats a produir biodièsel, doncs tenen elevats continguts de greixos. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -79A continuació es mostra la potència instal·lada total a Sao Miguel de cada una de les tecnologies i la producció elèctrica esperada. A partir d’aquesta proposta és possible produir el 100% de l’electricitat consumida a l’illa a partir de fonts renovables. Tecnologia Potència [MW] HE [MWh/MW] Producció (MWh/any) Contribució Geotèrmica 30 8624 258.720 59,4% Hidràulica 14 3214 45.000 10,3% RSU 2 6102 12.204 2,8% Ramaders 5 8000 38.347 8,8% Eòlica 12 3675 44.100 10,1% Fotovoltaica 6 1243 7.455 1,7% Agrícola 15 1988 29.825 6,8% Producció bruta 84 5199 435.651 100,0% Pèrdues xarxa (5%) 5,0% - 21.783 - Pèrdues bombeig (3%) 3,0% - 13.070 - Producció útil 84 4783 400.799 - Taula 41: Potència instal·lada i energia produïda per cada tipus de font renovable en l’escenari 2030. Font: Elaboració pròpia. Gràfic 21: Producció elèctrica mensual per cada tipus de font renovable en l’escenari 2030. Font: elaboració pròpia. S’observa que durant el mes de febrer es preveu que la producció elèctrica (sense comptar amb la producció de la central de residus agrícoles) sigui superior a la demanda (excedent 248 MWh). Aquest desfasament haurà de ser solucionat o bé aturant la central de RSU o bé emmagatzemant l’excedent energètic a la central hidroelèctrica. 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 Energia produida (MWh/any) Agricola Fotovoltaica Eòlica Ramaders RSU Hidràulica Geotèrmica Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -80En un sistema elèctric basat únicament en fonts renovables és necessari disposar de sistemes d’emmagatzematge de gran capacitat que siguin capaços d’absorbir els excedents energètics en certs períodes per ser utilitzats quan el sistema ho requereixi. L’opció que és creu més adequada és disposar d’una o vàries centrals de bombeig, que com s’ha comentat és una solució idònia pel que fa a les condicions hídriques i orogràfiques de l’illa. El sistema d’emmagatzematge haurà de complir principalment 3 condicions: Capacitat d’emmagatzematge: a) Potència suficient per cobrir la demanda (MW): S’ha de garantir que la turbina tingui una potència suficient per cobrir el punt de màxima demanda elèctrica en un dia núvol sense vent. A partir de les caracteritzacions diàries de la demanda elèctrica es considera que la potència màxima demandada durant tot l’any no superarà els 60 MW. Es pot considerar que en una situació crítica, no es disposa d’energia solar ni eòlica i que les centrals hidràuliques funcionen a baixa càrrega (potència pràcticament nul·la). La potència disponible en aquesta situació és la corresponent a la central geotèrmica, la de RSU, les de residus ramaders i la de residus agrícoles. Amb això es calcula que la potència de la turbina ha de ser superior als 8 MW. Per proporcionar una major fiabilitat del sistema es proposa disposar d’una marge de seguretat del 20%, amb el qual es calcula que la turbina tindrà una potència de 10 MW. Figura 33: Potència necessària de turbintatge en una situació d’elevada demanda elèctrica i baixa producció. Font: elaboració pròpia. b) Potència suficient per absorbir els excedents energètics (MW): S’ha de garantir que la bomba tingui una potència suficient per absorbir en tot moment l’electricitat produïda que no es consumeixi. Això pot succeir sobretot durant la nit (hores vall), quan la producció eòlica pugui ser elevada i la demanda elèctrica sigui mínima. A partir de les caracteritzacions diàries de la demanda elèctrica es considera que la potència mínima demandada durant tot l’any no serà inferior als 40 MW (gràcies a la implantació del vehicle elèctric). Es decideix dimensionar la turbina de bombeig per absorbir l’energia en una situació en que l’energia eòlica produeixi a màxima potència (15 MW) i la hidràulica treballi a una potència de 6 MW. Es considera que les centrals de base segueixen funcionant a plena càrrega i la solar no produeix res (nit). Òbviament en aquesta situació la central de residus agrícoles estarà aturada. La potència de bombeig haurà de ser superior a 12 MW, però per tal de mantenir un marge de seguretat superior al 20% es proposa que la bomba tingui una potència de 15 MW. Geotèrmica 30 MW Ramaders 5 MW RSU 2 MW Demanda Central de bombeig 60 MW Producció 52 MW 8 MW Agrícoles 15 MW Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -81Figura 34: Potència necessària de bombeig en una situació de baixa demanda elèctrica i elevada producció. Font: elaboració pròpia c) Capacitat d’emmagatzematge (MWh): L’embassament ha de tenir una capacitat suficient (m3) per emmagatzemar suficient energia per a ser subministrada en els períodes de baixa producció. El cas més crític correspon a l’excedent energètic, ja que en períodes d’elevada producció és important tenir la capacitat suficient per absorbir tota la energia produïda. A continuació es representa la situació crítica corresponent a una setmana amb baixes demandes (1.000 MWh/dia), en que l’energia eòlica produeix al 80% de la seva capacitat (12 MW), l’energia hidràulica treballa a 6 MW i la solar a 4 MW. La resta de centrals de base estaran funcionant a plena càrrega, mentre que la de residus agrícoles estarà aturada. Es suposa un rendiment de bombeig del 85%. Tecnologia Potència instal·lada (MW) Potència treball (MW) Factor de capacitat (%) Energia produïda diaria (MWh) Energia produïda setmanal (MWh) Geotèrmica 30 30 100% 720 5.040 Hidràulica 14 6 43% 144 1.008 RSU 2 2 100% 48 336 Ramaders 5 5 100% 120 840 Eòlica 15 12 80% 230 1.613 Solar 15 4 27% 96 672 Agrícola 15 0 0% 0 0 Total 96 59 61% 1.358 9.509 Taula 42: Energia elèctrica produïda diària i setmanalment en un escenari de màxima producció. Font: elaboració pròpia L’excedent energètic de la setmana descrita anteriorment és de 2.912 MWh, que considerant una eficiència de la turbina del 85% suposaria un total de 2.475 MWh. L’energia emmagatzemada per cada m3 d’aigua elevat a una altura de 100 metres és d’uns 272 kWh. Es calcula que amb un total de 10.000 m3 d’aigua a una altura de 100 metres es pot absorbir tota l’energia excedent de la setmana descrita. D’altre banda també s’observa que aquesta capacitat és suficient per emmagatzemar l’excedent energètic del mes de febrer (248 MWh). El cas contrari, corresponent a elevades demandes i baixes produccions no és tant crític, sobretot gràcies a que es disposa de la central de residus agrícoles, que funciona com a central de regulació. Suposant una demanda diària de 1.400 MWh, que la producció eòlica i solar són nul·les, la hidràulica Geotèrmica 30 MW Ramaders 5 MW RSU 2 MW Fotovoltaica 3 MW 6 MW Hidràulica Eòlica 6 MW Demanda Central de bombeig 40 MW Producció 52 MW 12 MW Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -82funciona a 4 MW i les centrals de residus i agrícoles a plena potència, si l’embassament estigués a plena capacitat, el sistema tindria una autonomia al sistema de més de 10 dies. Tecnologia Potència instal·lada (MW) Potència mitja (MW) Factor de capacitat (%) Energia produïda diària (MWh) Energia produïda setmanal (MWh) Geotèrmica 30 30 100% 720 5.040 Hidràulica 14 4 29% 72 504 RSU 2 2 100% 48 336 Ramaders 5 5 100% 120 840 Eòlica 15 0 0% 0 0 Solar 15 0 0% 0 0 Agrícola 15 10 67% 240 1.680 Total 96 51 53% 1.200 8.400 Taula 43: Energia elèctrica produïda diària i setmanalment en un escenari de mínima producció. Font: elaboració pròpia d) Pèrdues energètiques del bombeig Tant en el bombeig com en el turbinatge de la central hidroelèctrica existeixen unes pèrdues elèctriques que cal considerar. Com a referència general es poden considerar unes pèrdues del 15% tant pel bombeig com pel turbinatge. Disposar d’un càlcul exacte de les pèrdues anuals requeriria disposar de predicció sobre la producció i demanda elèctrica molt detallada (hora a hora durant tots els dies de l’any), el que amb les eines disponibles no és possible. S’ha pres la consideració no gens optimista que el 10% de la energia produïda serà bombejada, el que suposarà unes pèrdues aproximades del 3% de la energia anual produïda. 9.2.3. Escenari tèrmic L’energia tèrmica és necessària bàsicament per cobrir la demanda d’ACS, de climatització i el calor de les indústries i sector primari. No es disposen d’estudis detallats per determinar la demanda tèrmica mensual, per tant serà complicat definir una proposta tant acurada com en l’escenari elèctric. Anteriorment s’ha estimat que l`energia tèrmica anual demandada al 2030 serà de 424.257 MWh (Taula 39). L’energia tèrmica també es pot produir a partir d’electricitat (mitjançant bombes de calor o resistències elèctriques), tanmateix Sao Miguel disposa de molts recursos per tal de cobrir la demanda de forma més eficient. Les tecnologies que es proposen per cobrir la demanda tèrmica són: - Energia solar tèrmica: es destina a cobrir l’ACS en vivendes i alguns edificis de serveis (principalment hotels). En el apartat 7.2 s’ha calculat que el potencial de cobertura tèrmica a partir d’energia solar, per tal de no sobredimensionar el sistema, és del 76,4%, el que s’aconsegueix aproximadament instal·lant 2 m2 de placa per vivenda. La implantació d’energia solar tèrmica en 40.000 llars (90% del total) suposaria la producció de 58.200 MWh. - Residus ramaders: una part del calor sobrant de la combustió del biogàs es pot utilitzar per cobrir la demanda tèrmica de la pròpia granja, d’hivernacles o vivendes i edificis que es trobin pròxims a la central. En total es calcula que els residus ramaders generen a l’any uns 27.391 MWh susceptibles de ser aprofitats. - Residus forestals: poden ser incinerats en calderes de biomassa per cobrir qualsevol tipus de demanda tèrmica. Les calderes de biomassa poden ser implantades a nivell particular (per subministrar calor a vivendes o indústries aïllades o de forma més centralitzada a edificis sencers) o bé servir calor a barris o zones industrials a partir de xarxes de districte. En total s’ha estimat que a partir de l’aprofitament del 50% dels residus forestals es poden produir uns Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -83128.988 MWh tèrmics, el que donaria cobertura a unes 37.000 vivendes. A mode estimatiu es considera que 1/3 de la demanda és coberta a partir de xarxes de distribució de calor (que poden anar connectades a les centrals de cogeneració de residus agrícoles) i que els 2/3 hauran de ser coberta a partir de calderes particulars. - Residus agrícoles: l’energia tèrmica sobrant a les centrals de cogeneració de residus agrícoles es destina principalment a cobrir la demanda de calor, a partir de petites xarxes de districte, en indústries i en el sector primari, ja que aquestes tenen una demanda força constant al llarg de l’any. També es pot plantejar la possibilitat d’ampliar les xarxa de districte en zones residencials properes a aquestes centrals (distància màxima de 1,5 km). Es calcula que aquestes centrals poden arribar a produir un total de 44.557 MWh tèrmics anuals. També es proposa utilitzar els residus agrícoles que no s’han destinat a la planta de cogeneració (aproximadament un 25%) en calderes de biomassa, amb el que es podrien cobrir uns 26.734 MWh/any. - Energia geotèrmica: té un elevat potencial a Sao Miguel. Tot i que no tots els jaciments són idonis per produir electricitat, la temperatura del subsòl és força elevada en la major part de l’illa. En alguns indrets i per a alguns usos es podrà utilitzar directament el calor del subsòl per cobrir la demanda, però en els casos en que la temperatura no sigui suficient, es podran utilitzar bombes de calor per tal d’arribar a la temperatura desitjada (cal considerar que aquestes bombes tindran un consum elèctric important). Es considera que l’energia tèrmica no coberta amb les tecnologies descrites anteriorment podrà ser coberta a partir de l’energia geotèrmica. En total l’energia geotèrmica haurà de subministrar 138.388 MWh tèrmics. Caldrà estudiar quins seran els indrets més idonis per realitzar cada una d’aquestes instal·lacions en funció de la disponibilitat del recurs i de la demanda energètica i analitzar la viabilitat tècnica i econòmica d’aquests. 1. Quan es requereixi el suport d’una bomba de calor questa tindrà un consum elèctric no despreciable. Gràfic 22: Proposta de cobertura de la demanda tèrmica a partir de recursos renovables per l’any 2030. Font: Elaboració pròpia. 9.2.4. Escenari de combustibles La cobertura de la demanda de combustibles a partir de fonts renovables és el punt més crític del projecte, tot i que gràcies a una millora del transport públic i a la introducció del cotxe elèctric la demanda de combustibles és pot reduir dràsticament (més d’un 75%). S’estima que al 2030 la demanda anual en combustibles per a l’automoció (només transport viari) serà de 177.754 MWh. Com s’ha comentat els biocombustibles es poden obtenir a partir d’una gran varietat de recursos: biodièsel a partir de residus rics en grasses; bioetanol a partir de residus rics en sucres; hidrogen a partir de l’electròlisi o de biomassa. Tanmateix la major part dels residus de biomassa s’han destinat a produir Solar tèrmica 14% Agrícoles 17% Ramaders 7% Forestals 30% Geotèrmica1 33% Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -84electricitat o calor, ja que són processos molt més eficients i que generalment requereixen d’una inversió més petita. Es proposa destinar els residus d’olis usats (380.560 Kg/any) i els residus grassos generats als escorxadors (322.481 kg/any), a produir biocarburants, amb el que s’estima que es poden generar uns 600.000 litres de biodièsel (5.491 MWh/any). També es proposa utilitzar la meitat dels residus forestals (26.000 tones anuals) per produir uns 6,5 milions de litres de etanol (42.641 MWh/any). A partir d’aquests recursos es calcula un potencial de producció de 48.132 MWh en biocarburants, el que permet cobrir un 26,5% de la demanda de combustibles. A priori la part no coberta amb aquests recursos (129.622 MWh/any) correspondran a importacions de combustibles fòssils. Per aconseguir la independència del petroli, una possible alternativa són els cultius energètics o cultius d’algues. Com s’ha comentat, s’ha d’anar molt en compte a l’hora de realitzar cultius extensos per a fins energètics, ja que poden tenir un impacte molt negatiu sobre el sòl i els recursos hídrics de l’illa. Sao Miguel disposa grans extensions de terreny fèrtil que actualment no estan ocupades, a part de tenir una pluviometria elevada, tanmateix la demanda de combustibles és massa elevada i no és viable que sigui coberta únicament a partir de cultius energètics, doncs es requeririen d’extensions de cultiu massa grans. També cal avaluar la possibilitat de realitzar cultius d’algues, aprofitant el CO2 emès per les centrals de biomassa i les aigües brutes provinents de les indústries o de les zones urbanes. Com s’ha comentat anteriorment, per cada hectàrea de cultiu d’algues es poden obtenir fins a 36.500 litres de biodièsel, un valor molt superior als altres cultius energètics. D’altre banda el subministrament de CO2 serà un altre factor limitant, ja que per cada hectàrea de cultiu es necessitaran 219 tones de CO2 a l’any. Tipus cultiu Rendiment (l/ha) Superfície necessària (ha) Superfície necessària (km2) Remolatxa 6.000 3.412 34,1 Patata 5.416 3.780 37,8 Blat de moro 3.703 5.528 55,3 Algues 36.500 397 4,0 Taula 44: requeriments de superfície i aigua per cultius energètics per poder abastir la demanda de biocombustibles. Font: elaboració pròpia. 1. Aquest percentatge es pot reduir a partir de cultius energètics o cultius d’algues. Gràfic 23: Proposta de cobertura de combustibles per l’any 2030. Font: Elaboració pròpia. Residus grassos (olis usats, grasses animals, etc.) 3% Residus forestals 24% Combustibles fòssils1 73% Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -859.2.5. Proposta energètica global L’escenari descrit en aquest apartat permet disposar d’un sistema energètic en que els combustibles fòssils només representen un 12,8% de l’energia primària de Sao Miguel. L’energia geotèrmica és la que te una major contribució i suposa un 39,3% de l’energia primària (produint quasi un 2/3 parts de l’energia elèctrica i cobrint quasi 1/3 de la demanda tèrmica). També és destacable l’aportació energètica de l’aprofitament dels residus forestals, agrícoles i ramaders, que entre els tres suposen un 30,8% de l’energia primària. L’energia eòlica i la hidràulica tenen una contribució important pel que fa al mix elèctric, però en termes d’energia primària la seva contribució no arriba al 10% entre les dues. La demanda de combustibles per a l’automoció és la que té una major dependència al petroli i en aquest escenari només es planteja cobrir-ne un 27% a partir de recursos renovables, tot i que aquest valor es pot reduir a partir de cultius destinats a generar biocarburants. La següent figura mostra els fluxos energètics del sistema energètic proposat per Sao Miguel de cara a l’any 2030. 1Els RSU inclouen els residus dels escorxadors. 2Les importacions de petroli es poden reduir a partir de cultius energètics o cultius d’algues. Figura 35: Proposat de sistema energètic per l’illa da Sao Miguel a l’any 2030. Font: elaboració pròpia. Geotèrmica Tèrmica 58.200 397.108 Hidràulica 45.000 Ramaders 65.738 Agrícoles 101.116 Forestals 171.629 RSU 1 17.694 Fotovoltaica 7.455 Eòlica 44.100 Petroli 2 129.622 Residencial Serveis Mobilitat Industrial Primari Electricitat Tèrmica Combustibles 435.651 424.257 177.754 RESIDUS DE BIOMASSA SOLAR ENERGIA PRIMÀRIA SECTOR DE CONSUM ENERGIA FINAL Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -869.3. Avaluació econòmica El sector energètic i l’economia d’un país i regió estan fortament lligats, la gran majoria d’activitats econòmiques requereixen d’un subministrament energètic. Sovint es parla de les elevades inversions que requereixen els projectes d’energies renovables o d’eficiència energètica, però cal considerar que a la llarga poden suposar un estalvi econòmic, doncs permeten reduir les importacions de combustibles fòssils en un mercat on el preu del cru augmenta any rere any. En aquest capítol es realitza una estimació de les inversions necessàries en cada un dels àmbits d’actuació i de l’estalvi econòmic associat a la reducció de les importacions de petroli. Les inversions necessàries s’han dividit en varis grups: centrals elèctriques, centrals i infraestructures d’energia tèrmica, centrals de biocarburants i eficiència energètica. En l’Annex 8 es detallen les fonts i la metodologia utilitzada per calcular el cost econòmic de cada partida. 9.3.1. Producció elèctrica: Les centrals elèctriques de producció i la central hidroelèctrica de bombeig s’estima que requeriran una inversió inicial de 137,4 M€ i tindran uns costos d’operació i manteniment d’uns 8 M€/any. A més també caldrà invertir en la millora de les xarxes de distribució i centres de transformació, pels quals s’estima una partida de 20 M€. Aquesta inversió haurà de ser realitzada des de la pròpia administració, una part amb pressupostos públics, o bé a partir de subvencions europees o inversions de capitals privats (empreses elèctriques). Cal anotar que la tecnologia més cara (en termes de €/kWh) és l’energia fotovoltaica, sobretot a curt termini. Això és degut als elevats costos d’inversió i als baixos rendiments que s’obtenen. Tanmateix, les previsions per aquesta tecnologia són molt optimistes i es creu que en els propers anys el preu del panell es reduirà de forma considerable14 També les centrals de gestió de residus tenen un cost més elevat que la resta, per una banda per l’elevada inversió requerida, però també per l’elevat cost d’operació que tenen. Però cal tenir en compte que els residus han de ser gestionats de totes maneres, el que també té associat un cost econòmic i ambiental important. . A més, la seva fàcil integració dins d’àmbits urbans consolidats i l’adaptació entre l’oferta i la demanda, justifiquen la instal·lació de panells fotovoltaics a Sao Miguel. Instal·lació Potència (MW) Producció (MWh/any) Inversió inicial Costos d’operació i manteniment Cost energètic (€/kWh) Preu unitari Inversió (€) Preu unitari Inversió (€/any) 10 anys 20 anys Geotèrmica 9 77.616 2.000 €/kW 18.000.000 4 c€/kWh 3.104.640 63,19 51,60 Hidraulica 9 22.500 1.500 €/kW 13.500.000 1,45 c€/kWh 326.250 74,50 44,50 RSU 2 12.204 3.800 €/kW 7.600.000 60 €/tm 1.688.668 200,65 169,51 Ramaders 5 38.347 5.000 €/kW 23.967.080 5 c€/kWh 1.917.366 112,50 81,25 Eólica 12 44.100 900 €/kW 10.800.000 15 €/kW 180.000 28,57 16,33 Fotovoltaica 6 7.455 3.500 €/kW 21.000.000 35 €/kW 210.000 309,86 169,01 Agrícola 15 29.825 1.500 €/kW 22.500.000 2 c€/kWh 596.499 95,44 57,72 Bombeig 20 - 1.000 €/kW 20.000.000 1,45 c€/kWh 193.329 - - Total 78 240.844 - 137.367.080 - 8.023.424 93,77 64,18 Taula 45: Pressupost econòmic del sistema de producció d’energia elèctrica. Font: Elaboració pròpia (Annex 8). 14 Final report on technical data, costs and life cycle inventories of PV applications. NEEDS (New Energy Externalities Development for Sustaniability). AMBIENTE ITALIA. 2006. Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -879.3.2. Producció tèrmica En aquest apartat es quantifica el cost de construir les noves centrals de generació d’energia tèrmica (panells solars, calderes de biomassa i instal·lacions geotèrmiques). A més també cal quantificar el cost d’inversió de les xarxes de districte necessàries per distribuir el calor als edificis. En total s’estima que es requereix una inversió d’uns 257 M€ i que el cost d’operació i manteniment serà d’uns 2,25 M€/any. La inversió del sistema tèrmic és de quasi el doble que la del sistema elèctric, d’una banda perquè es parteix d’una situació en que les energies renovables tenen una implantació nul·la i d’altre banda degut a l’elevat cost de construir les infraestructures de distribució de calor. L’energia geotèrmica, tot i el gran potencial que té, és la que suposa un major cost econòmic, sobretot degut a l’elevat cost de construir els intercanviadors de calor amb el terrenys ja urbanitzats. Les plantes centralitzades i les xarxes de districte hauran de ser finançades des de l’administració, però les calderes individuals, els panells solars tèrmics i les instal·lacions geotèrmiques dels edificis no públics correran a càrrec dels propietaris, encara que una part haurà de ser subvencionada. Els costos d’operació i manteniment de les centrals de cogeneració (agrícola i forestals) no es consideren perquè el cost d’obtenció de la matèria prima ja ha estat inclòs en la taula 45. D’altre banda el costos anuals de les instal·lacions geotèrmiques no han estat quantificats per falta de dades, de totes formes tant de manteniment com d’operació (consum elèctric de la bomba) correran a càrrec de l’usuari. Finalment, per assegurar el bon funcionament dels panells solars tèrmics es proposa que el seu manteniment sigui dut a terme des de l’administració. Instal·lació Dimensió Cobertura (MWh/any) Inversió inicial Costos d’operació i manteniment Cost energètic (€/kWh) Preu unitari Inversió (€) Preu unitari Inversió (€/any) 10 anys 20 anys Solar tèrmica 80.000 m2 58.200 400 €/m2 32.000.000 8 €/m2 640.000 65,98 38,49 Biomassa amb xarxa 50 MW 51.907 400 €/kW 20.000.000 1,25 c€/kWh 648.840 51,03 31,77 Biomassa amb caldera 100 MW 103.814 350 €/kW 35.000.000 1,25 c€/kWh 1.297.680 46,21 29,36 Cogeneració amb xarxa 50 MW 81.078 400€/kW 20.000.000 - - 24,67 12,33 Geotèrmia 150 MW 138.388 1.000 €/kW 150.000.000 - - 108,39 54,20 Total - 424.257 - 257.000.000 - 2.586.520 66,67 36,38 Taula 46: Pressupost econòmic del sistema de producció d’energia tèrmica. Font: Elaboració pròpia (Annex 8). 9.3.3. Producció de combustibles Les centrals de producció de biocarburants (bioetanol i biodièsel) requeriran una inversió d’uns 10 M€ i tindran un cost d’operació d’uns 6,8 M€/any, que seran finançats per l’administració. L’elevat cost d’operació dels biocombustibles és degut al procés de transformació de residus llenyosos a etanol, sobretot perquè té uns requeriments energètics molt elevats. Instal·lació Capacitat (litres/any) Cobertura (MWh/any) Inversió inicial Costos d’operació i manteniment Cost energètic (€/kWh) Preu unitari Inversió (€) Preu unitari Inversió (€/any) 10 anys 20 anys Olis usats 369.619 3.396 0,25 €/l 92.405 0,23 €/l 85.012 27,76 26,40 Forestals i vid 13.433.500 42.641 0,75 €/l 10.075.125 0,5 €/l 6.716.750 181,15 169,33 Total - 46.037 - 10.167.530 0,23 6.801.762 169,83 158,79 Taula 47: Pressupost econòmic del sistema de producció de biocarburants. Font: Elaboració pròpia (Annex 8). Pla energètic per l’illa de Sao Miguel 2015-2030 -889.3.4. Eficiència energètica Millorar els aïllament de les parets i finestres dels edificis, adquirir nous electrodomèstics i maquinària més eficient, renovar la il·luminació en els edificis i al carrer, desenvolupar plans de mobilitat, realitzar campanyes d’informació i conscienciació, etc. també suposa un esforç econòmic que cal quantificar. La inversió necessària per dur a terme totes aquestes actuacions s’ha calculat en base al “Plan de Ahorro y Eficiencia Energética en España 2011-2020”, elaborat per l’IDAE a on s’estima que cal invertir uns 20 c€ per cada kWh d’energia final estalviat. Amb aquesta suposició es calcula que la inversió necessària per aconseguir els objectius d’aquest projecte en estalvi d’energia és d’uns 171M€, amb el que s’estima que es podran estalviar uns 855 GWh a l’any. La major part d’aquesta inversió haurà de ser realitzada pels propis habitants, però haurà de ser incentivada des de l’administració a partir de subvencions. 9.3.5. Vehicle elèctric L’elevat cost econòmic de la integració del vehicle elèctric fa que mereixi ser tractat apart. La major part de d’inversió és deguda a l’adquisició de nous vehicles, però també els punts de recàrrega i les infraestructures necessàries tenen una repercussió econòmica important. Tanmateix el cost dels vehicles (cotxes i motocicletes) correran a càrrec dels propis habitants, sent subvencionat una part des del sector públic. Per aconseguir els objectius descrits en aquest projecte en integració del vehicle elèctric s’estima que Sao Miguel haurà d’invertir uns 929 M€. Vehicle Nº vehicles Preu (€/vehicle) Inversió (€) Cotxe 23.352 30.000 700.560.000 Autobús 110 300.000 33.000.000 Motocicletes 3.455 3.000 10.365.000 Total 26.917 - 743.925.000 Punts de recàrrega Nº punts Preu (€/vehicle) Inversió (€) Privats 30.000 4.000 120.000.000 Públics 10.000 6.500 65.000.000 Total 40.000 - 185.000.000 Taula 48: Pressupost econòmic de la integració del vehicle elèctric. Font: Elaboració pròpia (Annex 8). 9.3.6. Inversió total Per aconseguir els objectius d’aquest projecte és necessària una inversió de més de 1.500 M€, dels quals aproximadament una tercera part (585 M€) hauran de provenir de fons públics, empreses privades o fons europeus. Això suposa una inversió anual entre l’any 2015 i l’any 2030 d’uns 40 M€. La resta d’inversió (939 M€) haurà de provenir dels habitants de l’illa, en l’adquisició de nous sistemes de climatització per les seves llars, d’equips més eficients, vehicles elèctrics, etc. Aquesta inversió pot semblar una barbaritat i que no és assumible, però si es divideix per la població de Sao Miguel, suposa una inversió de menys de 450€ per l’any i habitant. S’ha de tenir en consideració que aquesta inversió repercuteix a una millor qualitat de vida i suposa un estalvi energètic i per tant econòmic a la població, i que la major part d’aquesta es realitza per adquirir equips que és necessari renovar cada cert temps (bombetes, electrodomèstics, cotxes, etc.).