Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica

i Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica Autor: Pablo Infante Gómez Tutor: José Lázaro Amaro Mellado Dpto. Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica Autor: Pablo Infante Gómez Tutor: José Lázaro Amaro Mellado Profesor asociado Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 v Trabajo Fin de Grado: Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica. Autor: Pablo Infante Gómez Tutor: José Lázaro Amaro Mellado El tribunal nombrado para juzgar el Trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2021 El Secretario del Tribunal vii Agradecimientos A mi familia, a la que se lo debo todo. A mi tutor. ix Resumen En la actualidad, la importancia de las fuentes de energía renovables es cada vez mayor, y esto es debido a que se presentan como una solución limpia y eficiente frente a los principales problemas de las fuentes no renovables: efectos medioambientales negativos y recursos limitados. Motivado por este auge de las energías renovables, y a la vez por la necesidad de responder a la alta demanda de electricidad con la generación de energías limpias, este trabajo persigue analizar el lugar idóneo para ubicar una central hidroeléctrica en la región de Andalucía, al sur de España. Para el desarrollo de este trabajo se ha planteado un análisis multicriterio según una serie de factores. Como herramienta informática para su resolución se ha utilizado un sistema de información geográfica y datos libres disponibles a través de la Web. Dicha herramienta nos permite operar con datos representados cartográficamente, analizarlos y tomar decisiones en función del análisis realizado. 8 Realización del trabajo 33 8.1 Datos de partida 33 8.2 Análisis multicriterio 34 8.2.1 Jerarquía de cauces fluviales 35 8.2.2 Capacidad de los embalses 37 8.2.3 Distancia a líneas eléctricas 38 8.2.4 Precipitaciones 39 8.2.5 Distancia a espacios protegidos 40 8.2.6 Presencia de central hidroeléctrica 41 9 Resultados 43 9.1 Jerarquía de cauces fluviales 44 9.2 Capacidad de los embalses 44 9.3 Distancia a líneas eléctricas 45 9.4 Precipitaciones 46 9.5 Distancia a espacios protegidos 46 9.6 Presencia de central hidroeléctrica 47 9.7 Puntuación final 48 10 Conclusiones 52 Referencias 53 xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Coeficientes (pesos) en función de la importancia de cada criterio 34 Tabla 2. Puntuación relativa a la jerarquía de los cauces fluviales 35 Tabla 3. Puntuación relativa a la capacidad de los embalses 37 Tabla 4. Puntuación relativa a la distancia a líneas eléctricas 38 Tabla 5. Puntuación relativa a las precipitaciones 39 Tabla 6. Puntuación relativa a las distancias respecto a los espacios protegidos 40 Tabla 7. Puntuación ponderada del embalse de Guadalcacín 50 Tabla 8. Puntuación ponderada del embalse del Barbate 51 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 – Potencia generada a través del aprovechamiento hidroeléctrico en todo el planeta 1 Figura 2 – Presa de gravedad 5 Figura 3 – Presa en arco 6 Figura 4 – Presa de contrafuertes 6 Figura 5 – Rendimiento turbinas Pelton 8 Figura 6 – Rendimiento turbinas Francis 9 Figura 7 – Rendimiento turbinas Kaplan 9 Figura 8 – Central de agua fluyente 11 Figura 9 – Central de regulación 12 Figura 10 – Central de bombeo 13 Figura 11 – Esquema de funcionamiento de una central hidroeléctrica 14 Figura 12 – Distribución y clasificación de las precipitaciones de una serie de 15 años 16 Figura 13 – Curva de caudales clasificados 17 Figura 14 – Porcentaje de energía consumida a partir de fuentes renovables sobre el total 20 Figura 15 – Potencia hidráulica instalada en España en 2019 21 Figura 16 – Potencia hidráulica instalada en España de 2010 a 2019 22 Figura 17 – Esquema del procedimiento de concesión de explotación 24 Figura 18 – Ejemplo de representación de la realidad mediante un modelo vectorial. 31 Figura 19 – Ejemplo de representación de la realidad mediante un modelo ráster 31 Figura 20 – Clasificación de las categorías de un campo, dentro de las propiedades de la capa 36 Figura 21 – Órdenes de jerarquía d ellos cauces fluviales 36 Figura 22 – Modificación simbología dentro de las propiedades de la capa 37 Figura 23 – Embalses clasificados según su capacidad 38 Figura 24 – Distancia a líneas eléctricas 39 Figura 25 – Media de precipitaciones anuales en los últimos 50 años 40 Figura 26 – Distancia a espacios protegidos 41 Figura 27 – Centrales hidroeléctricas 42 Figura 28 – Apartado uniones dentro del menú propiedades 43 Figura 29 – Embalses clasificados según la jerarquía de los ríos que los componen 44 Figura 30 – Embalses clasificados según su distancia a líneas eléctricas 45 Figura 31 – Embalses clasificados según precipitaciones 46 xix Figura 32 – Embalses clasificados según su distancia a espacios protegidos 47 Figura 33 – Embalses que no disponen de central hidroeléctrica 47 Figura 34 – Puntuaciones finales de cada embalse 48 Figura 35 – Núcleos de población cercanos a los embalses 49 Figura 36 – Puntuación según cercanía de los núcleos urbanos 50 Figura 37 – Solución final sobre cartografía base 51 Notación IEA Internacional Energy Agency CNIG Centro Nacional de Información Geográfica DERA Dato Espaciales de Referencia de Andalucía kW kilovatio MW Megavatio Hu Salto útil Hn Salto neto Q Caudal de equipamiento e Factor de eficiencia Rt Rendimiento de la turbina Rg Rendimiento del generador Rs Rendimiento del transformador de salida kN kilonewton kV kilovoltio GWh Gigavatio-hora TWh Teravatio-hora SIG Sistema Información Geográfica ESRI Environmental Systems Research Institute RDPH Reglamento del Dominio Público Hidráulico TRLA Texto Refundido de la Ley de Aguas IGN Instituto Geográfico Nacional Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 1 1 INTRODUCCIÓN En la actualidad, el mundo atraviesa por un complejo escenario energético: por un lado, existe cada vez mayor demanda de energía debido al crecimiento demográfico, tecnológico y económico en el mundo. Y por otro, la mayoría de las presentes fuentes de energía tienen recursos limitados y lo que es más importante, generan efectos medioambientales negativos que provocarán un empeoramiento de las condiciones de vida de los seres vivos del planeta Tierra en un futuro próximo. Las fuentes de energía renovables han surgido como solución a estos problemas energéticos debido a que son fuentes de energía limpias, inagotables y crecientemente competitivas. Por este motivo, todos los países están invirtiendo cada vez más dinero en las fuentes renovables provocando un importante crecimiento de estas en el mercado energético. La fuente de energía renovable más transcendental en todo el mundo es la hidroelectricidad, pues suministra cerca del 16% de demanda global de electricidad, porcentaje mucho mayor que el de otras fuentes renovables como la solar y la eólica. Figura 1 – Potencia generada a través del aprovechamiento hidroeléctrico en todo el planeta (World Resources Institute, 2018) Introducción 2 Además de lo comentado anteriormente, el proceso conocido como generación de energía hidroeléctrica, a partir del cual se convierte la energía potencial del agua en energía eléctrica, puede llegar a alcanzar una eficiencia muy elevada, próxima al 90%. Por el contrario, los procesos de conversión térmica de energía primaria como son los combustibles fósiles tienen una eficiencia que puede estar en torno al 40%. Aparte, estos últimos cuentan con un coste directo asociado al combustible de la energía no aprovechada, situación que en el caso de la energía hidroeléctrica no ocurre. De lo comentado hasta ahora, se puede concluir que la hidroelectricidad, aparte de ser energía renovable es energía sostenible, y que contribuye a reducir tanto la pobreza como la contaminación ambientan, alcanzando de esta manera los objetivos de desarrollo sostenible. Por todo lo expuesto, se ha considerado realizar este trabajo sobre la ubicación de una central de este tipo de fuente renovable. 1.1 Objetivos El objetivo fundamental de este proyecto es encontrar una posible solución viable para ubicar una central hidroeléctrica a pie de presa en la región de Andalucía, al sur de España. La solución se obtendrá en base a unos criterios que se definirán en apartados posteriores. Por lo tanto, el resultado conseguido no será una solución real sino una solución particular para los criterios aplicados. Para tratar de cumplir estos objetivos, se utilizarán una serie de análisis y herramientas que se detallarán en posteriores capítulos. Fundamentalmente, utilizaremos un sistema de información geográfica (SIG) y datos de libre acceso. El SIG es una herramienta muy utilizada para la integración, gestión, representación y análisis de datos. 1.2 Estructura del trabajo • Introducción (capítulo 1) En este primer apartado se realiza una breve introducción sobre el problema que se va a analizar en este trabajo. A su vez, se definen los objetivos que se pretenden lograr con el desarrollo de este proyecto y la estructura que lo compone. • Centrales hidroeléctricas (capítulo 2) El segundo apartado contiene una definición de central hidroeléctrica, así como información detallada del equipamiento necesario para su correcto funcionamiento. Además, recoge dos clasificaciones de centrales hidroeléctricas según dos criterios distintos. • Funcionamiento de una central hidroeléctrica (capítulo 3) En este apartado, se profundiza en el funcionamiento de las centrales hidroeléctricas y se detalla con cierto nivel técnico cómo se realiza el cálculo de la potencia nominal de dichas centrales. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 3 • Contexto fuentes renovables en Europa y España (capítulo 4) Con este apartado se trata de definir la situación actual de las fuentes renovables, y más concretamente las fuentes de energía hidráulica, dentro del marco de la Unión Europea y también dentro del ámbito nacional. • Legislación sobre centrales hidroeléctricas en España (capítulo 5) Este apartado contiene un resumen del marco normativo para la adjudicación de concesiones de agua para recursos hidroeléctricos, así como un fragmento comentado de la legislación sobre la protección de la naturaleza en aprovechamientos hidroeléctricos. • Criterios para la ubicación de una central hidroeléctrica (capítulo 6) En este apartado se detallan los criterios que van a condicionar la ubicación de la central hidroeléctrica. • SIG y realización del trabajo (capítulos 7 y 8) Antes de explicar el trabajo realizado, en el capítulo 7 se introduce la herramienta con la que se ha trabajado, los sistemas de información geográfica. Una vez definidos los SIG y haber explicado su funcionamiento, en el capítulo 8 se desarrolla todo el trabajo realizado con esta herramienta. • Resultados (capítulo 9) Este apartado recoge los resultados obtenidos tras la realización del trabajo y, después de analizarlos, propone una posible solución al problema planteado. • Conclusiones (capítulo 10) Finalmente, en este último apartado se comentan las conclusiones extraídas del trabajo realizado y los resultados obtenidos. Centrales Hidroeléctricas 4 2 CENTRALES HIDROELÉCTRICAS En este apartado se realizará una introducción a las centrales hidroeléctricas. En primer lugar, se definirá el concepto de central hidroeléctrica para posteriormente detallar los componentes y los tipos en los que se pueden clasificar según distintos criterios. 2.1 Definición central hidroeléctrica Según (Fundación Endesa, 2021), una central hidroeléctrica se define como un conjunto de infraestructuras y equipos electromecánicos, gracias a los cuales se transforma la energía potencial de un caudal de agua en energía eléctrica. El funcionamiento de estas centrales se fundamenta en aprovechar la energía potencial gravitatoria que contiene una masa de agua debido al desnivel provocado por el cauce natural de un río o por la construcción de una presa, dicho desnivel se conoce como salto geodésico. Dicha masa de agua descenderá por ese desnivel y se conducirá hasta una turbina hidráulica. La fuerza con la que llega provocará un giro en el eje de la turbina, transformando la energía potencial generada por la caída del agua en energía mecánica rotatoria. El eje de la turbina hidráulica está conectado a su vez a un generador de corriente alterna, el cual transformará la energía mecánica transmitida por el eje de la turbina en energía eléctrica. 2.2 Componentes principales Una vez explicado en qué consiste una central hidroeléctrica, se va a definir en este apartado el equipamiento principal requerido para que las centrales puedan realizar la actividad para la que han sido diseñadas. La información detallada en este apartado se ha conseguido de dos fuentes: (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, 2006) y (Fundación Endesa, 2021). 2.2.1 Azud y presa • Azud: estructura no muy alta, con forma de muro, trasversal al curso del río. Está diseñado para producir un remanso de agua sin alterar notablemente el nivel del río. Su propósito es desviar parte del caudal del río hacia la toma de la central. Entre los materiales más utilizados para su construcción destacan el hormigón, ladrillos, escollera o tierra. Es capaz de resistir al empuje del agua por su propio peso, aunque en el caso de los de tierra y escollera es común anclarlos al terreno con el objetivo de incrementar su estabilidad. • Presa: se trata de un muro cuyo propósito es contener el agua de un río y almacenarla en un embalse. Su construcción provoca dos niveles distintos de agua: antes y después de la contención. El desnivel se utiliza para la producción de energía. La orografía y el cauce en el que se ubica condiciona la forma de la presa. Dependiendo del material empleado, hay presas de tierra y de hormigón, donde estas últimas son las más utilizadas dada su mayor resistencia. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 5 Según su estructura, las presas se pueden clasificar en: a) Presas de gravedad: son aquellas que contrarrestan la fuerza del agua con su propio peso. Por tanto, su estabilidad dependerá del esfuerzo de la superficie sobre la que se asienta. La resistencia del terreno determina la altura de las mismas. Su forma es triangular y su base es amplia, y se hace más delgada en la parte superior que se estrecha en la parte superior. Tienen una vida útil bastante prolongada en el tiempo y no necesitan mantenimiento. Figura 2 – Presa de gravedad (IngCivilEng, 2016) b) Presa en arco: destacan por la forma curva de su pared. Debido al efecto del arco, las paredes del valle reciben toda la presión generada por el agua. En determinados casos donde las condiciones son favorables, la estructura puede requerir menos hormigón que una presa de gravedad. Además, este tipo de presas tienen la peculiaridad de que suelen plantearse en estrechos valles con laderas rocosas. Centrales Hidroeléctricas 12 • De regulación Este tipo de infraestructuras hidroeléctricas constan de una presa y su respectivo embalse. Estos dos elementos son fundamentales ya que gracias a ellos se facilita la gestión del agua, y con ello de la energía producida. En ellos se encuentra la toma de agua y, a continuación, las compuertas de regulación, para encauzar el agua hasta la canalización de conducción a presión. Esta canalización mencionada se trata de una galería vertical llamado chimenea de equilibrio, cuya función es amortiguar las ondas de presión que se originan en las maniobras de puesta en marcha o parada rápida, y precede a la tubería forzada que conduce el agua hasta las turbinas. En muchas ocasiones la central se construye al pie de la presa. En estos casos, la instalación es mucho más simple, ya que se integra todo el circuito hidráulico en el interior de la presa. Al igual que pasaba en las centrales de agua fluyente, el agua que sale de las turbinas es devuelta por una conducción al río. Una de las ventajas principales de este tipo de centrales es la facilidad de su puesta en marcha. Partiendo de una detención completa de la instalación, tarda apenas 90 segundos en alcanzar la generación de potencia máxima. Ninguna otra instalación de generación de energía que trabaje con estas potencias arranca con esta rapidez, siendo muy útil para solventar escenarios de desacople o desenganche de la red. Figura 9 – Central de regulación (Aelec, 2016) Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 13 • De bombeo La demanda de electricidad varía de manera ostensible durante el día y en función de la época del año provocando un funcionamiento muy irregular del sistema eléctrico. Esta irregularidad en la demanda de electricidad ha provocado la aparición de este tipo de centrales. Las centrales de bombeo funcionan como las centrales de regulación cuando turbinan el agua del embalse superior. La principal diferencia entre las centrales de bombeo y de regulación es que aguas abajo de la central se sitúa un depósito que suele estar formado por otra presa y su embalse, y cuya capacidad será igual o superior al embalse situado aguas arriba. Las centrales de bombeo funcionan como las centrales de regulación cuando turbinan el agua del embalse superior. En las horas del día en las que la demanda de energía eléctrica es máxima, estas centrales operan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde el embalse superior haciendo girar las turbinas produciendo energía eléctrica y quedando almacenada en el depósito inferior. Por el contrario, durante las horas en las que la demanda es menor, el agua del depósito inferior se bombea al embalse superior para que de esta forma se pueda repetir el ciclo productivo. Las centrales de bombeo cuando turbinan actúan como centrales de regulación, por lo que tienen la ventaja añadida de poseer un tiempo de puesta en marcha muy breve, así como una gran facilidad de regulación. Figura 10 – Central de bombeo (Sector electricidad, 2016) Funcionamiento de centrales hidroeléctricas 14 3 FUNCIONAMIENTO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía potencial, que posee una determinada masa de agua al ser trasladada entre dos puntos de distinto nivel o altitud, y la convierten en energía eléctrica. Para realizar dicha transformación, se conduce un determinado caudal de agua por un circuito hidráulico que conserva el desnivel entre los dos puntos. Dentro de este circuito, el agua va ganando velocidad conforme la energía potencial se va convirtiendo progresivamente en energía cinética. El equipo que se encarga de convertir esa energía cinética en energía mecánica es la turbina hidráulica, mientras que el generador es el encargado de transformas esa energía mecánica en energía eléctrica. En la última etapa del proceso, la masa de agua sale de la turbina y desagua al río de nuevo, sin prácticamente velocidad y con la energía potencial correspondiente a la altura del punto de desagüe. El rendimiento global de todo el proceso descrito es muy elevado (90-95%), ya que se aprovecha prácticamente toda la energía potencial de la masa de agua. Las pérdidas de rendimiento se deben a pérdidas de carga en el circuito hidráulico, a rozamientos en la rotación del grupo hidroeléctrico y a pérdidas en los equipos eléctricos. Figura 11 – Esquema de funcionamiento de una central hidroeléctrica (Secretaría de Medio Ambiente del gobierno de México, 2019) Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 15 3.1 Diseño de un aprovechamiento hidroeléctrico El desarrollo de un proyecto de aprovechamiento hidroeléctrico se basa principalmente en el cálculo técnico de la cantidad de energía que se podrá generar haciendo uso de los recursos naturales disponibles y los equipos que las condiciones ambientales permitan construir. Esos valores energéticos obtenidos mediante la expresión de la potencia nominal, determinarán la viabilidad económica del proyecto y, por consiguiente, la ejecución o no del mismo. 3.1.1 Parámetros fundamentales Para poder calcular la potencia nominal suministrada por una central hidroeléctrica es necesario conocer una serie de parámetros que son directamente proporcionales a dicha potencia y que se van a definir en el siguiente apartado (Juan José García-Egocheaga, 2005). . • Salto útil (Hu): es la diferencia entre el nivel de la lámina de agua en la cámara de carga y el nivel del punto de desagüe de la turbina. Este parámetro no aparece de forma explícita en el cálculo de la potencia, pero es necesario para obtener el salto neto, el cual si aparece. • Salto neto (Hn): se obtiene al restar al salto útil tanto las pérdidas de carga ocasionadas por el paso del agua a través de la entrada de la cámara de carga, como de la tubería forzada y sus componentes. Una aproximación aceptable es suponer que la pérdida de carga es del orden de entre un 5% y un 10% del salto bruto, el cual se define como la diferencia de altura entre la lámina de agua en la toma y el nivel del río en el punto de desagüe del agua turbinada. • Caudal de equipamiento (Q): se trata del caudal de diseño obtenido a partir de un riguroso estudio sobre el régimen de caudales del río en la zona próxima a la toma de agua, y que tiene como objetivo determinar el equipamiento a instalar, de manera que la energía generada sea la máxima posible. • Factor de eficiencia (e): mide el rendimiento total de la central teniendo en cuenta los rendimientos de los distintos equipos que participan en la generación de la energía. Por tanto, el factor de eficiencia se calcula mediante el producto de los rendimientos individuales de cada equipo como muestra la siguiente expresión: e = Rt * Rg * Rs Siendo: Rt = Rendimiento de la turbina Rg = Rendimiento del generador Rs = Rendimiento del transformador de salida El rendimiento de la maquinaria variará en función del tipo de equipo y del fabricante. Sin embargo, se puede tomar 0,85 como valor aproximado del factor de eficiencia para una minicentral hidroeléctrica moderna. Funcionamiento de centrales hidroeléctricas 16 3.1.2 Determinación del caudal de equipamiento El caudal de equipamiento es el parámetro más complejo de obtener ya que será necesario conocer datos de caudales correspondientes a un conjunto de años lo suficientemente amplio como para abarcar años secos, normales y húmedos. Según (Juan José García-Egocheaga, 2005),estos datos referentes a los caudales se pueden conseguir principalmente mediante dos métodos. El primero es a través de una red de estaciones de aforo que recogen datos de caudales de un elevado número de ríos de España. El segundo método se empleará en el caso de que no exista una estación de aforo cercana a la central, se elabora un estudio hidrológico empleando un modelo matemático de simulación que se apoya en los datos de precipitaciones y caudales de una cuenca de similares características, obteniendo de esta forma una estimación de los caudales a lo largo de una serie de años determinados. Una vez conocidos los caudales de una serie de años, el siguiente paso será caracterizar hidrológicamente los años en los cuales se dispone de registro de caudales. Para ello se debe reunir la información de lluvias de las estaciones meteorológicas del entorno, posteriormente se realiza un cálculo correlativo de lluvias y caudales para verificar si existe relación entre la aportación de lluvias y los caudales registrados. En la figura 12 se muestra, un ejemplo de distribución de precipitaciones para una serie de 15 años. Figura 12 – Distribución y clasificación de las precipitaciones de una serie de 15 años (Juan José García-Egocheaga, 2005) Según (Juan José García-Egocheaga, 2005), después de determinar los años normales se cogen los caudales correspondientes a esos años y se calculan los caudales medios diarios. A raíz de estos caudales medios diarios se elabora la curva de caudales clasificados, la cual muestra el número de días del año en los que circula un caudal determinado por el río. Para concluir, el caudal de equipamiento de la central se adquiere a partir de la curva de caudales clasificados. En dicha curva hay que restar el caudal ecológico, que se trata del caudal mínimo que debe circular por el río en el transcurso del año. El caudal ecológico suele establecerlo el Organismo de Cuenca o las Diputaciones Forales. En caso contrario, una buena aproximación es considerar el caudal ecológico igual al 10% del caudal medio interanual. Tras haberle restado el caudal ecológico a la curva de caudales clasificados, se escoge el posible caudal de equipamiento en el intervalo de la curva comprendido entre el Q80 y el Q100, siendo el Q80 el caudal que circula por el río durante 80 días al año y el Q100 el que circula durante 100 días al año (figura 13). Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 17 Figura 13 – Curva de caudales clasificados (Juan José García-Egocheaga, 2005) Por otro lado, el estudio del caudal de equipamiento también es fundamental en la selección del tipo de turbina que generará la energía eléctrica, la cual constituye otra de las fases dentro del diseño de la central hidroeléctrica. Para poder llevar a cabo la selección mencionada, será imprescindible el conocimiento de la curva de caudales clasificados comentada anteriormente, ya que cada tipo de turbina tiene un rango de funcionamiento con un caudal máximo y otro mínimo. Dicho caudal mínimo varía según el tipo de turbina para un mismo caudal de equipamiento: 1. Para turbinas Pelton: 10% del caudal de equipamiento. 2. Para turbinas Kaplan: 25% del caudal de equipamiento. 3. Para turbinas Francis: 40% del caudal de equipamiento. Funcionamiento de centrales hidroeléctricas 18 3.1.3 Potencia Nominal Una central hidroeléctrica contiene una potencia disponible la cual varía dependiendo del caudal de agua disponible para ser turbinado y el salto existente en cada instante. Para obtener la potencia nominal, por un lado, el caudal deberá ser igual al caudal de equipamiento y por otro lado el salto de agua deberá ser igual al salto neto, parámetros que se acaban de definir en el apartado anterior. Por lo tanto, la expresión que nos proporciona la potencia instalada en kilovatios es la siguiente: P = 9,81 * Q * Hn * e Es de utilidad, para conocer exactamente el origen de la expresión, que la constante de valor 9,81 que aparece, se obtiene del producto de la densidad del líquido por la aceleración de la gravedad terrestre y se mide en kilonewton (kN) por metro cúbico. Una vez se conozca la potencia es posible calcular la producción media de la central hidroeléctrica, como el producto de la potencia en cada instante por las horas de funcionamiento. Para la simulación del cálculo de la producción se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones: 1. Como el caudal es variable en función del tiempo, la energía se calculará en períodos de tiempo en los que el caudal pueda considerarse constante. 2. Respecto al salto, se podrá considerar constante en centrales fluyentes y será variable en centrales de pie de presa (curva Q-H del embalse). Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 19 4 CONTEXTO FUENTES RENOVABLES EN EUROPA Y ESPAÑA En este apartado se analiza la situación actual de las energías renovables, y en particular de la energía hidráulica, dentro del marco europeo y posteriormente dentro del ámbito nacional. 4.1 Energías renovables dentro del marco europeo Según (SmartGridsInfo, 2021), en 2019 las fuentes de energía renovables representaron el 34 % del consumo bruto de electricidad en la UE, por encima del 32% en 2018. La energía eólica e hidráulica representaron ambas más de dos tercios de la electricidad total producida a partir de fuentes renovables (35% cada una), y el 30% restante se repartió entre la energía solar (13%), los biocombustibles sólidos (8%) y otras fuentes renovables (9%). La energía solar fue la fuente que percibió el incremento más vertiginoso. En 2008 representó apenas el 1%, creciendo de solo 7,4 TWh en 2008 a 125,7 TWh en 2019. Como puede observarse en la gráfica de la figura 13, Austria (75%) y Suecia (71%) son los Estados miembro donde mayor electricidad se consumió en 2019 a partir de energía generada de fuentes renovables. El consumo de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables también fue elevado en Dinamarca (65%), Portugal (54%) y Letonia (53%). Sin embargo, en el extremo opuesto, hubo países como Chipre, Luxemburgo y Hungría (todos al 10%), o Malta (8%) donde la proporción de electricidad procedente de fuentes renovables fue del 10% o menos. El crecimiento de las energías renovables durante la pandemia, en parte gracias a los planes de recuperación, ha provocado que la Agencia Internacional de la Energía (IEA) actualice las previsiones que publicó en noviembre de 2020. Por ello, ha hecho público en mayo de 2021 un nuevo informe en el cual se aumenta hasta en un 25% las previsiones para 2021. En este último informe emitido (Renewable Energy Market Update 2021, 2021), la IEA asegura en primer lugar que en 2020 la potencia total instalada de las fuentes renovables aumentó hasta 280 gigavatios, lo que supone un incremento de más del 45%, la mayor subida interanual desde 1999. Por otro lado, también en el mismo informe, la IEA pronostica que Europa se convertirá, por detrás de china, en el segundo mercado de las energías renovables, con una subida de hasta 44 gigavatios (11%) en 2021 y hasta 49 gigavatios en 2022. Alemania seguiría siendo el Estado líder dentro de la Unión Europea, seguida de Francia, Holanda, España, Reino Unido y Turquía. Contexto fuentes renovables en Europa y España 20 Figura 14 – Porcentaje de energía consumida a partir de fuentes renovables sobre el total (SmartGridsInfo, 2021) Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 21 4.2 Energía Hidráulica en España Según (El Agora Diario, 2020), en España, la producción hidroeléctrica anual es muy fluctuante y está sujeta en gran parte a las precipitaciones. En años húmedos sobrepasa los 40.000 GWh, sin embargo, en años secos no alcanza los 25.000 GWh, siendo la media de los últimos años 32.500 GWh, lo que supone un 17% de la producción anual. En la actualidad, el 88% de la producción hidráulica anual es generado por las centrales convencionales, incluidas dentro de éstas las centrales de bombeo, que equivale, de manera aproximada, a 29.000 GWh. El 12% restante es producido por las minicentrales, que equivale a 4.000 GWh. En la actualidad existen más de 1.350 centrales hidráulicas, de las cuales 1.200 son minicentrales. En las figuras 14 y 15 se muestra la potencia hidráulica instalada en España en los últimos 10 años, así como la instalada en España en 2019 clasificada por comunidades autónomas. Figura 15 – Potencia hidráulica instalada en España en 2019 (Statista, 2019) Criterios para la ubicación de una central hidroeléctrica 28 • Capacidad: en las centrales hidroeléctricas cuanta mayor capacidad tenga el embalse, mayor será la energía eléctrica en reserva. Por ello, se buscan embalses que almacenen un gran volumen de agua. La disposición de una central hidroeléctrica a pie de presa permite emplear la capacidad del embalse generado por dicha presa para incrementar la turbinación en los periodos en los que el caudal fluyente es pequeño; y en el extremo opuesto, almacenar total o parcialmente el caudal fluyente en periodos donde el nivel del río es más elevado o cuando no se necesita generar energía. • Cercanía a espacios protegidos: según el estudio (Impactos Ambientales de la producción de electricidad, 2014), “el sistema energético que produce menores impactos sobre el medio ambiente es el de las minicentrales hidroeléctricas”. No obstante, la construcción y la infraestructura de las centrales hidroeléctricas provocan distintos efectos ambientales que, aunque sean inferiores comparados con otras fuentes de energía, se han de tener en cuenta. Entre otros podemos señalar que: provocan una alteración en el terreno que les rodea, en el ciclo de vida de la fauna, en el nivel de las capas freáticas, en la composición del agua embalsada y en el microclima. También obstaculiza la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como limos y arcillas). Sin embargo, estos efectos negativos no son irreversibles y pueden ser contrarrestados si se evalúan detalladamente y se adoptan medidas correctivas. Por todo lo explicado anteriormente, se impondrá como criterio que, cuanto más lejos se ubique la central hidroeléctrica de zonas protegidas, mejor solución será dicha central. • Precipitaciones: el registro de precipitaciones en la zona en la que se localice la central también supondrá un criterio a tener en cuenta, ya que cuanto mayor reserva de agua tenga la central a lo largo del año, mayor margen de maniobra tendrá para producir energía. • Proximidad a núcleos urbanos: la cercanía a zonas urbanas es una característica fundamental en este tipo de instalaciones, ya que cuanto más cerca esté de un núcleo de población y, por consiguiente, cuanto mayor sea el número de habitantes de éste, más productiva será. De esta forma, suministrará energía a una mayor cantidad de personas en menor tiempo y con menor coste de transporte. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 29 7 SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA A continuación, tras haber contextualizado y definido el objeto de análisis de este proyecto, es decir, las centrales hidroeléctricas, se va a introducir y detallar la herramienta que se utilizará para tratar de localizar una central hidroeléctrica dentro de la región de Andalucía. Dicha herramienta será un sistema de información geográfica, la cual se ha convertido, gracias a la actual era de la información, en una herramienta tecnológica e innovadora con aplicaciones infinitas dentro de ámbitos muy diversos. 7.1 Introducción histórica de los SIG De acuerdo con (Aeroterra, 2019), el primer SIG informatizado del mundo fue creado por el geógrafo inglés Roger Tomlinson en 1963, como resultado del trabajo que le encargó el gobierno canadiense de crear un inventario de los recursos naturales del país, el cual fuese fácilmente gestionable. Tomlinson diseñó la computación automatizada para almacenar y procesar amplios volúmenes de datos acerca de los recursos naturales de todas las provincias, lo que permitió a Canadá comenzar su programa de gestión parcelaria nacional. Dos años más tarde, en 1965 se estableció el laboratorio de la Universidad de Harvard para gráficos por computadora. Dicho laboratorio, en el cual se desarrollaron los primeros softwares de creación de mapas, pronto se transformó en un centro de investigación para el análisis espacial en el que colaboraban un conjunto de reconocidos geógrafos, planificadores, expertos de la computación y otros muchos de diversos campos. Uno de los miembros del laboratorio de Harvard mencionado anteriormente, Jack Dangermond, fundó en 1969 el Instituto de Investigaciones de Sistemas Ambientales, también conocido como ESRI (Environmental Systems Research Institute), que hacía mapas con ordenador y análisis espacial para apoyar tanto a los planificadores territoriales como a los administradores de recursos de la tierra, a tomar decisiones bien fundamentadas. Al mismo tiempo que los ordenadores se volvieron más eficientes, ESRI mejoró las herramientas de su software. El primer producto GIS que ESRI lanzó al mercado fue ARC/INFO, en 1981. Dicho producto trató de suplir la necesidad de analizar un número creciente de proyectos de forma más efectiva. En la actualidad, gracias a la evolución de campos como la informática, las telecomunicaciones, la electrónica o la nanotecnología entre otros, existen múltiples medios para obtener, compartir y almacenar un número casi infinito de datos de cualquier ámbito que nos rodea. Así, aplicaciones como los SIG permiten manipular, analizar y entender dicha información geográfica con el fin de revelar patrones, tendencias y relaciones que ayuden a solucionar problemas de difícil gestión y tomar decisiones. Existen una gran cantidad de SIG tanto de formato propietario, como ARC/INFO o Geomedia, como de código abierto y gratuitos como gvSIG o QGIS, además de la tendencia cada vez más creciente de gestionar directamente bases de datos geográficas, como en el caso de usar Postgree (PostGIS). Sistemas de Información Geográfica 30 7.2 Definición Los Sistemas de Información Geográfica son herramientas que permiten operar con datos referenciados a través de coordenadas espaciales o geográficas de análisis y a su vez, ofrecen la posibilidad de analizar dichos datos con el objetivo de determinar las relaciones espaciales de los elementos que se estudian. La principal diferencia que hay entre un SIG y otros componentes de software gráficos reside en que el SIG, aparte de ser una aplicación gráfica con una amplia variedad de operaciones posibles, contiene una base de datos espacial, esto le concede una cualidad incomparable en el tratamiento de análisis orientados a solventar problemas reales que se desarrollan en el espacio geográfico. El SIG acumula información cartográfica digital, a la cual se agrega una información con diversos atributos y que se clasifica mediante tablas. Los datos geográficos almacenados en las tablas permiten efectuar análisis, consultas, gráficos e informes relacionados con los datos espaciales. 7.3 Modelo de datos Como se ha manifestado en los apartados anteriores, la base que sustenta el funcionamiento de los SIG y que permite cumplir el objetivo con el que fueron creados es una base de datos, la cual se asocia a través de un identificador común a los elementos gráficos de un mapa digital. Esta relación permite conocer los atributos de un objeto que es señalado en el mapa y de manera inversa, preguntando por un determinado criterio en la base de datos se puede conocer su localización en la cartografía. Dicha información geográfica se puede dividir en dos grandes grupos según el formato de los datos, es decir, en función de la manera en la que se estructura la información. Vectorial La representación de los datos espaciales se realiza mediante tres geometrías básicas: puntos, líneas y polígonos. En el modelo vectorial cada punto equivale a una coordenada o nodo, la cual puede tener un conjunto de atributos asignados. En este modelo, las líneas se representan mediante la unión por cadenas o arcos de dos o más nodos, generando de este modo la forma de una línea. Y finalmente, las áreas o polígonos están representados por un conjunto de puntos o líneas encadenados entre sí. Sin embargo, al contrario que en la línea, en el caso de los polígonos la coordenada inicial y final son la misma, generando de esta forma una superficie o polígono. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 31 Figura 18 – Ejemplo de representación de la realidad mediante un modelo vectorial. (Ingeoexpert, 2019) Ráster En el modelo ráster, a diferencia del modelo vectorial, no existen ni los puntos, ni las líneas ni los polígonos, por lo que la realidad se representa por una malla regular que contiene una serie de atributos o propiedades. Dichos atributos serán los que permitan distinguir entre categorías. La malla regular está desarrollada por un conjunto de celdas o pixeles, cuyo tamaño determinará la resolución de la imagen. Figura 19 – Ejemplo de representación de la realidad mediante un modelo ráster (Ingeoexpert, 2019) Sistemas de Información Geográfica 32 7.4 Funcionamiento de los SIG Para entender el funcionamiento de un SIG se aconseja imaginarlo como un conjunto de subsistemas, donde cada uno de ellos tiene asignadas una serie de funciones particulares. Se considera que hay tres subsistemas fundamentales (Geopaisa, 2017): • Subsistema de datos: controla las operaciones de entrada y salida de los datos, así como la gestión de éstos dentro del SIG. Contribuye a que el resto de los subsistemas pueda acceder a los datos y puedan ejecutar sus funciones según los datos recogidos. • Subsistema de visualización y creación cartográfica: es el encargado de crear representaciones gráficas (mapas, leyendas, etc.) utilizando los datos. También se encarga de la edición de los datos. • Subsistema de análisis: alberga métodos y procesos para el análisis de los datos geográficos. Profundizando un poco en las funciones que cumplen dichos subsistemas se pueden distinguir cuatro funciones principales que se detallan a continuación (Morea Rodrígues & Huerta Rodríguez, 2011): a) Incorporación de la información. Dentro de esta función se incluye tanto la digitalización de los datos geográficos como su integración en las bases de datos del sistema. Previamente, es necesario efectuar un exhaustivo análisis de la información necesaria dotar el trabajo de una estructura adecuada. b) Gestión de la información. El sistema debe poder gestionar toda la información añadida, permitiendo realizar búsquedas de diversos tipos: temáticas, espaciales y con la posibilidad de selección multicriterio para su consecuente análisis. Los datos gestionados pueden ser geográficos y relacionados con atributos. c) Análisis de la información. Esta función se trata del elemento característico de los SIG. Posteriormente a la preparación de los datos (apartados A y B) se emplean procedimientos de análisis territorial para la elaboración de resultados. Los resultados serán más certeros cuanto mejor sea la calidad de los datos y más consistentes sean las hipótesis planteadas. d) Interrelación con el usuario. Todo el procedimiento detallado en los puntos anteriores debe finalizar en una relación práctica y amigable con el usuario, de manera que pueda escoger la salida de los resultados obtenidos que considere oportuna en función de los objetivos perseguidos. Un SIG debe poder ofrecer salidas tales como mapas, gráficos o base de datos. Además, debe permitir la salida en distintos soportes, tanto por papel, como por pantalla, o en ficheros digitales. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 33 8 REALIZACIÓN DEL TRABAJO En este apartado se va a detallar tanto el proceso que se ha seguido como las herramientas que se han utilizado para cumplir el objetivo de este proyecto, el cual consiste, como se ha explicado anteriormente, en encontrar la mejor localización posible para una central hidroeléctrica en la comunidad autónoma de Andalucía. Para resolver el problema de la localización, se han considerado un método de análisis multicriterio que permita la toma de decisiones según los criterios expuestos en el apartado 6. Con el fin de su resolución efectiva, se ha empleado una aplicación informática SIG, en concreto, QGIS (QGIS, 2021). Se trata de un software libre de código abierto con multitud de herramientas y opciones para manipular y analizar datos geográficos. A lo largo de este apartado comentaremos algunas de las numerosas herramientas que se han empleado para la elaboración del trabajo. El análisis multicriterio es una herramienta de apoyo en la toma de decisiones durante el proceso de planificación que permite integrar diferentes criterios en un solo marco de análisis para dar una visión integral. Aplicado a los SIG, cada uno de los criterios establecidos tendrá asociado un peso; como datos de partida se considerarán una serie de capas con información temática; sobre dichas capas se trabajará utilizando las herramientas integradas en el SIG de manera que, como consecuencia de la aplicación de dichas operaciones, se generarán nuevas capas resultantes. La superposición de estas capas resultantes (cada una con su peso) determinará la solución final, que en este caso será la ubicación de la central hidroeléctrica. 8.1 Datos de partida De los dos formatos de datos posibles que se han definido en apartados anteriores, se ha considerado el modelo vectorial como el más conveniente para la realización de este proyecto. Por ello, toda la información geográfica obtenida y sobre la cual se ha trabajado se encuentra en el formato vectorial shapefile (.shp). La mayoría de los datos geográficos que se han manejado han sido descargados de manera gratuita de la página web del Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía (Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía, 2021). Dentro de dicha web existe un apartado denominado Datos Espaciales de Referencia de Andalucía (DERA), el cual contiene una amplia recopilación de bases cartográficas con diversos formatos y sobre múltiples temáticas (relieve, hidrografía, transportes, comunicaciones, divisiones administrativas, infraestructuras energéticas, etc) todas ellas comprendidas dentro de los límites de Andalucía. Así mismo, dentro del DERA también aparecen dos bloques de datos espaciales (Contexto España y Contexto Mundo) que permiten contextualizar a Andalucía en el mundo y en su entorno más inmediato, además de un bloque de toponimia para usar en la maquetación de mapas. Aunque la mayoría de información espacial se ha obtenido del DERA, algunos datos cartográficos como los núcleos de población o los límites provinciales, ambos referidos a la comunidad autónoma de Andalucía, se han descargado del Centro Nacional de Información Geográfica (Centro Nacional de Información Geográfica, 2021), un organismo autónomo adscrito al Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, a través de la Dirección General del Instituto Geográfico Nacional (IGN). Entre otras funciones destaca por distribuir, promocionar y comercializar datos, productos, servicios y aplicaciones geográficas de carácter oficial generados por IGN y CNIG. Tanto las bases cartográficas del DERA como las del CNIG se pueden descargar en formato shapefile (.shp), se representan en el sistema de referencia geodésico ETRS89 y se proyectan en UTM huso 30, Realización del trabajo 34 que es el huso que abarca casi el territorio español por completo, así como la mayor parte de la región de Andalucía, que es el ámbito geográfico de este trabajo. El mapa base sobre el que se han superpuesto todas las capas descargadas y generadas en la realización de este proyecto, se ha conseguido de OpenStreetMap (OpenStreetMap, 2021). Gracias al plugin “OSM Downloader” se carga de manera automática el archivo “.osm” como capa dentro del programa QGIS. 8.2 Análisis multicriterio La solución que trata de obtener la realización de este proyecto se basa en el análisis multicriterio ponderado. El procedimiento de dicho análisis constará de dos fases que se detallan a continuación: 1. Acotación de las posibles soluciones: en esta primera etapa cada parámetro tendrá un valor asignado en función de la importancia que posea para poder llevar a cabo el emplazamiento de una central hidroeléctrica. Los valores de dichos parámetros están comprendidos entre 0 y 1, así mismo la suma de todos es igual a 1 como refleja la tabla 1. Posteriormente, se realizará un análisis a cada uno de los parámetros de manera individual, asignando una serie de coeficientes de puntuación relativa (pesos) según el efecto que tengan determinados rangos de dichos parámetros. Al final de esta fase, cada embalse tendrá una puntuación total como resultado de la aplicación de todos los parámetros con sus respectivos coeficientes. De todos los embalses resultantes como posibles soluciones, se seleccionarán los dos con mayor puntuación para que se analicen en la siguiente etapa. 2. Elección de la solución final: en esta etapa, los dos embalses que obtengan mejor puntuación en la anterior fase serán sometidos a un nuevo sistema de puntuación ponderada, el cual estará basado en el criterio de proximidad a núcleos urbanos. El que tenga mayor puntuación de los dos según este último criterio será propuesto como la mejor solución posible. Los parámetros considerados en este análisis, los cuales se han definido en apartados anteriores, son los siguientes: 1. Jerarquía cauces fluviales 2. Capacidad de los embalses 3. Distancia a líneas eléctricas 4. Precipitaciones 5. Distancia a espacios protegidos 6. Proximidad a núcleos urbanos 7. Presencia de central hidroeléctrica (excluyente) Jerarquía cauces fluviales Capacidad Redes Eléctricas Precipitaciones Espacios Protegidos Presencia de Centrales Hidroeléctricas 0,35 0,25 0,15 0,15 0,1 0/1 Tabla 1. Coeficientes (pesos) en función de la importancia de cada criterio Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 35 8.2.1 Jerarquía de cauces fluviales Con cada uno de los criterios que se detallan en este apartado se ha seguido el mismo procedimiento. En primer lugar, se descargan las capas con la información cartográfica necesaria para analizar dicho criterio y abrirlas en el programa QGIS, en este caso se ha descargado la capa ríos del DERA. Posteriormente, se establecen unos rangos en los que se clasifica el criterio analizado y se le asigna una puntuación a cada uno de esos rangos. Para este criterio, se ha dividido los cauces fluviales según su jerarquía en seis órdenes; sin embargo, al orden 6 no se le ha asignado puntuación ya que no afecta a ningún embalse de los analizados. Dicha puntuación queda reflejada en la tabla 2. Jerarquía Primer orden Segundo orden Tercer orden Cuarto orden Quinto orden Puntuación 1 2 3 4 5 Tabla 2. Puntuación relativa a la jerarquía de los cauces fluviales Por último, se genera una capa con el objetivo de visualizar gráficamente los rangos establecidos a los que se ha aplicado las distintas puntuaciones. En este primer criterio la capa generada se ha obtenido modificando las propiedades de la capa ríos. Dicha modificación ha consistido en el aumento del grosor de los ríos conforme mayor es el orden jerárquico de los mismos. Para ello, clasificado la simbología de la capa basándose en el campo jerarquía que existe dentro de la capa ríos, el cual contiene el orden jerárquico de cada uno de los cauces fluviales (figura 20). La capa resultante se puede ver en la figura 21. Realización del trabajo 36 Figura 20 – Clasificación de las categorías de un campo, dentro de las propiedades de la capa Figura 21 – Órdenes de jerarquía d ellos cauces fluviales Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 37 8.2.2 Capacidad de los embalses Para este segundo parámetro se ha utilizado la capa de embalses de la región de Andalucía descargada de la carpeta Hidrografía del DERA, la cual se ha añadido a QGIS para operar con ella. Dicha capa contiene, entre otros datos geográficos, la capacidad de cada uno de los embalses, representada en un campo dentro de la tabla de atributos de la capa. Teniendo en cuenta las capacidades máximas y mínimas de los embalses analizados, se ha establecido una serie de rangos a los cuales se ha puntuado con un determinado coeficiente como se muestra en la tabla 3. Volumen (ℎ𝑚3) <50 50-100 100-200 200-300 >300 Puntuación 0 1 2 3 4 Tabla 3. Puntuación relativa a la capacidad de los embalses Con el objetivo de obtener una representación gráfica de las diferentes puntuaciones asignadas a los embalses según su capacidad, se han modificado las propiedades de la capa embalses de manera que a cada rango de la tabla 3 se le ha asociado un color distinto e identificativo (figura 22). La operación es muy similar a la realizada en el criterio anterior, pero en este caso se ha clasificado la capa de forma gradual utilizando los valores del campo volumen que contiene la propia capa. Figura 22 – Modificación simbología dentro de las propiedades de la capa Resultados 44 En los apartados que vienen a continuación, como resultado de la ejecución de las operaciones explicadas anteriormente, se mostrará la clasificación geográfica de los embalses según las puntuaciones asignadas en cada criterio. 9.1 Jerarquía de cauces fluviales Para llegar al resultado de la figura 29 ha sido necesario descomponer la capa ríos en cinco capas, cada una representando un orden de jerarquía. Esta descomposición se ha realizado utilizando la herramienta selección de objetos espaciales por valor, a través de la cual se han marcado sobre la capa ríos aquellos que tenían el orden seleccionado en la herramienta. Una vez distinguidos los ríos de un mismo orden, se crea una capa nueva que contenga dichos ríos mediante la opción guardar objetos como del menú exportar. Figura 29 – Embalses clasificados según la jerarquía de los ríos que los componen Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) 9.2 Capacidad de los embalses Este criterio, al tratarse de una información que viene adjunta a la capa de los propios embalses, no ha sido preciso obtener la información geográfica mediante operaciones con distintas capas. Por lo tanto, al ser el resultado exactamente el mismo que el de la figura 23, se ha considerado innecesario volver a mostrar dicha figura. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 45 9.3 Distancia a líneas eléctricas En este caso, para poder asignarle a los embalses las puntuaciones según la distancia a líneas eléctricas, se ha tenido que unir a la capa embalses cada una de las capas generadas como resultado de la intersección entre los embalses y cada buffer representado en la figura 24. Tras unir dichas capas a la capa embalses y crear un campo con la puntuación asignada a los embalses, tal y como se explicó al comienzo de este apartado, sólo quedará clasificar los embalses según dichas puntuaciones como se puede ver en la figura 30. Figura 30 – Embalses clasificados según su distancia a líneas eléctricas Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) Resultados 46 9.4 Precipitaciones Este criterio requerirá de una sola intersección entre la capa precipitaciones mostrada en la figura 25 y la capa embalses. La capa resultante permitirá crear un campo con las puntuaciones de los embalses basándose en las precipitaciones registradas en la zona donde se ubican dichos embalses. La clasificación de los embalses según dichas puntuaciones se puede observar en la figura 31. Figura 31 – Embalses clasificados según precipitaciones Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) 9.5 Distancia a espacios protegidos Al igual que sucede con el criterio de distancia a líneas eléctricas, para asignar las puntuaciones a los embalses según este criterio, se ha operado con cada una de las capas que definen los rangos de distancia a espacios protegidos. El resultado está representado en la figura 32. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 47 Figura 32 – Embalses clasificados según su distancia a espacios protegidos Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) 9.6 Presencia de central hidroeléctrica Este último criterio, al tratarse de un criterio excluyente, en el momento que se asignan las puntuaciones a los embalses analizados, solo quedarán representados gráficamente aquellos que no dispongan de central hidroeléctrica, tal y como se observa en la figura 33. Figura 33 – Embalses que no disponen de central hidroeléctrica Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) Resultados 48 9.7 Puntuación final El hecho de estar todos los criterios unificados y relacionados en una misma capa permitirá poder realizar operaciones con las puntuaciones de dichos criterios y de esta forma calcular la puntuación ponderada de cada embalse. Multiplicando las puntuaciones de cada criterio por sus pesos correspondientes (tabla 1), se obtiene una puntuación final ponderada como muestra la figura 34. Figura 34 – Puntuaciones finales de cada embalse Una vez calculadas las puntuaciones finales de cada embalse, se han elegido los dos embalses con mayor puntuación para aplicarles un último criterio que determine la mejor solución posible. Dichos embalses son el embalse de Guadalcacín y el embalse del Barbate, ambos en la provincia de Cádiz. El último criterio aplicado se trata de la proximidad de ambos embalses a núcleos urbanos, y para poder analizarlo geográficamente se ha descargado del CNIG una capa cartográfica con los núcleos de población de Andalucía. La figura 35 muestra los núcleos de población cercanos a los dos embalses. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 49 Figura 35 – Núcleos de población cercanos a los embalses Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) Para este último criterio se han establecido los siguientes rangos con sus respectivas puntuaciones: • Núcleo de población a menos de un kilómetro del embalse: puntuación=2. • Núcleo de población a entre uno y dos kilómetros del embalse: puntuación=1,5. • Núcleo de población a entre dos y cuatro kilómetros del embalse: puntuación =1. Una vez definido los rangos y sus puntuaciones, se sigue el mismo procedimiento realizado con los anteriores criterios. Se generan buffers alrededor de los embalses con las distancias que marcan los rangos establecidos, a continuación, se lleva a cabo la intersección de dichos buffers con los núcleos de población. De esta forma, se destacan gráficamente los núcleos que se encuentran dentro de dichos rangos y se les asigna una puntuación. El resultado de las operaciones mencionadas queda reflejado en la figura 36. Resultados 50 Figura 36 – Puntuación según cercanía de los núcleos urbanos Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) Otras de las herramientas de QGIS que se ha utilizado en este criterio es la asignación de etiquetas a los elementos geométricos de las capas, que en este caso ha servido para poder identificar cada núcleo de población representado en la figura 36 así como los dos embalses analizados. Finalmente, se ha calculado la puntuación ponderada de cada embalse multiplicando las puntuaciones asignadas a los núcleos de población cercanos por el número de habitantes de éstos últimos. El cálculo de las puntuaciones ponderadas de cada embalse se encuentra reflejado en las tablas 7 y 8. Embalse Núcleos de Población Población Buffer 1000m Población Buffer 2000m Población Buffer 4000m Sumatorio Ponderado Guadalcacín La Perdiz 200 --- --- 7809 Alcornocalejo 312 --- --- Algar --- 1428 --- Descansadero del Drago --- --- 210 San José del Valle --- --- 4433 Coeficiente de Ponderación 2 1,5 1 Población Afectada Ponderada 1024 2142 4643 Tabla 7. Puntuación ponderada del embalse de Guadalcacín Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 51 Embalse Núcleos de Población Población Buffer 1000m Población Buffer 2000m Población Buffer 4000m Sumatorio Ponderado Embalse del Barbate Alcalá de los Gazules --- --- 5226 Coeficiente de Ponderación 2 1,5 1 5226 Población Afectada Ponderada --- --- 5226 Tabla 8. Puntuación ponderada del embalse del Barbate Después de analizar las dos tablas y observar la puntuación ponderada de ambos embalses, resulta bastante evidente que la solución ideal para el problema de localización propuesto en este proyecto es el embalse de Guadalcacín, el cual consta de 5 núcleos urbanos a una distancia de cuatro kilómetros o menos. El embalse propuesto como solución final se encuentra concretamente al noreste de la localidad de San José del Valle, tal y como muestra la figura 37. Figura 37 – Solución final sobre cartografía base Fuente: realización propia. Cartografía base (OpenStreetMap, 2021) Conclusiones 52 10 CONCLUSIONES Con la realización de este trabajo se ha conseguido los siguientes puntos que se detallarán a continuación. En primer lugar, se ha querido destacar la importancia de las energías renovables, las cuales son cada vez más necesarias para ayudar a generar toda la energía demandada de una manera limpia y eficiente, garantizando de esta forma la sostenibilidad del planeta. En segundo lugar, se ha creado un método de análisis multicriterio para el cual se han establecido una serie de criterios, los cuales se han considerado necesarios tener en cuenta para ubicar una central hidroeléctrica. Sin embargo, el interés de dicho análisis reside en la facilidad a la hora de adaptar criterios completamente distintos a éste y generar un nuevo resultado a partir de los nuevos criterios. Por último, se ha conseguido demostrar la utilidad, cada vez mayor, de una herramienta informática como son los sistemas de información geográfica. Para que se pueda operar con este tipo de herramienta, es necesaria la existencia de datos geográficos sobre el elemento que se va a analizar. Gracias a la masiva generación de datos (libres) derivada del desarrollo de las nuevas tecnologías y la nueva mentalidad de datos abiertos, los SIG se han convertido en una herramienta muy empleada para analizar elementos de ámbitos muy diversos. Análisis multicriterio para la localización, en Andalucía, de una central hidroeléctrica a través de un sistema de información geográfica 53 REFERENCIAS Aelec. (2016). Recuperado el 13 de junio de 2021, de https://aelec.es/ Aeroterra. (2019). Recuperado el 10 de junio de 2021, de https://www.aeroterra.com/es-ar/que-es- gis/historia-de-gis Centro Nacional de Información Geográfica. (2021). 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