Evaluación de la implantación de energía solar fotovoltaica en plantas de tratamiento de residuos municipales

Cristóbal López, Alejandra (2017). Evaluación de la implantación de energía solar fotovoltaica en plantas de tratamiento de residuos municipales. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Evaluación de la implantación de energía solar fotovoltaica en plantas de tratamiento de residuos municipales
Autor/es:
  • Cristóbal López, Alejandra
Director/es:
  • Pérez Rodríguez, Javier
  • Rodríguez Hurtado, María Encarnación
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Junio 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. Una de sus aplicaciones más importantes es la energía solar fotovoltaica. Esta tecnología emplea células solares que convierten la radiación solar en electricidad mediante el llamado efecto fotoeléctrico, por el cual determinados materiales son capaces de absorber fotones y liberar electrones, generando una corriente eléctrica. Las células solares se interconectan y encapsulan en elementos denominados módulos o paneles fotovoltaicos. Los tipos de paneles solares vienen dados por la tecnología de fabricación de las células. Así, se tienen los paneles solares fotovoltaicos monocristalinos, policristalinos, y amorfos. Dos o más módulos pueden ser conectados para formar un generador fotovoltaico. Los generadores o módulos fotovoltaicos producen corriente continua y pueden ser conectados en serie o en paralelo para poder producir cualquier combinación de corriente y tensión. Junto al generador fotovoltaico se emplean otros componentes, conocidos como “resto del sistema” o BOS (del inglés balance of system). Estos componentes varían y dependen del tipo de aplicación o servicio que se quiere proporcionar, pues los sistemas fotovoltaicos se pueden clasificar en instalaciones aisladas o instalaciones conectadas a la red eléctrica. Las conectadas a red están formadas por un generador fotovoltaico y un inversor. Este último es un sistema de acondicionamiento de potencia, que se encarga de transformar la energía en forma de corriente continua a corriente alterna, con las características de la red de distribución. Las instalaciones fotovoltaicas aisladas pueden contar, o no, con sistemas de acumulación o baterías. La energía que proporcionan puede usarse como tal, o transformarla a corriente alterna mediante un inversor. Las instalaciones de generación de energía eléctrica fotovoltaica son, por tanto, sistemas modulares, con una alta capacidad de adaptación a distintos tipos de aplicaciones, y una vida útil extensa. Su mantenimiento es escaso, pero su fiabilidad es alta, y entre sus beneficios destacan sus impactos positivos en el medio ambiente, pues se reducen las emisiones directas de contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero respecto a otras formas de generación de energía eléctrica. Por todo ello, se evalúa si su implantación en plantas de tratamientos de residuos municipales puede resultar interesante. En concreto, se evalúa la implantación de esta tecnología en el Parque Tecnológico de Valdemingómez. Éste está situado al sureste de Madrid, en el distrito de Villa de Vallecas, y concentra desde 1978 todas las instalaciones de tratamiento de residuos de la ciudad de Madrid, a las que llegan las más de tres mil toneladas que se generan a diario en la cuidad. Los centros que constituyen las 300 hectáreas del Parque Tecnológico de Valdemingómez son: La Paloma, Las Lomas, Las Dehesas y La Galiana. En ellos se llevan a cabo los distintos procesos de tratamiento de residuos: separación y clasificación de materiales reciclables, compostaje, valorización energética, biometanización, con la consiguiente obtención de biogás, apto para su aprovechamiento energético, y digesto, una excelente materia prima para la fabricación de compost, y vertido de rechazos de proceso y residuos urbanos no aprovechables en un vertedero controlado. Estos centros tienen, por tanto, una elevada demanda energética neta, del orden de cuarenta millones de kWh. Es por esto por lo que se propone realizar una instalación fotovoltaica conectada a red. Esta elección se justifica por la existencia de electrificación que facilita la instalación, y reduce los costes de obra civil e inversión, así como por la limitación existente en cuanto a acumulación de electricidad por parte de las baterías y su elevado precio. La instalación solar fotovoltaica que se propone realizar, se ubica sobre las cubiertas de las distintas plantas que forman el Parque Tecnológico de Valdemingómez. Ahora bien, a la hora de diseñar este tipo de instalaciones solares, es muy importante decidir la orientación e inclinación de los paneles, de forma que la captación de radiación solar sea la máxima posible. Por este motivo, se estudia la posibilidad de poder variar el ángulo de inclinación de los paneles con respecto a la horizontal en función de si se está explotando durante un periodo de invierno o verano. Del mismo modo, a la hora de dimensionar una instalación solar fotovoltaica, es primordial conocer los parámetros eléctricos fundamentales de los módulos fotovoltaicos que están en el mercado, como son el punto de máxima potencia, la corriente de cortocircuito, la tensión de circuito abierto, y la eficiencia y rendimiento. Estos parámetros permiten, a su vez, la correcta elección del inversor. Tras el dimensionamiento del generador fotovoltaico, se observa que la radiación solar por unidad de superficie captada mediante el sistema de paneles de inclinación fija durante todo el año es un 4% menor que la radiación captada por unidad de superficie por el sistema de dos posiciones. Por tanto, un sistema cuyos paneles tengan la posibilidad de ser inclinados un ángulo diferente dependiendo la época del año captará mayor radiación solar. Además, la energía producida por el sistema de paneles fijos es, por tanto, un 4% menor que la energía producida por el sistema de dos posiciones. De esta manera, el generador fotovoltaico produce una cantidad de energía eléctrica que permite cubrir el 17% de la demanda eléctrica del Parque, si los paneles tienen una única posición fija a lo largo del año, o el 18%, si los paneles tienen dos posiciones, escogiéndose, por tanto, esta segunda opción. Por otro lado, se estudia la viabilidad económica de la instalación, concluyéndose que ésta es rentable económicamente, pues el coste medio del suministro eléctrico es inferior al que se tendría si el suministro procediera exclusivamente de la red. Se produce un ahorro en términos del coste anual, que permite recuperar la inversión inicial en un período de tiempo corto, inferior a la vida útil de la instalación. La instalación fotovoltaica propuesta conlleva, además, una serie de impactos sociales, económicos y medioambientales. Las instalaciones fotovoltaicas de conexión a red tienen un impacto medioambiental mucho menor que el que tienen las instalaciones que emplean exclusivamente combustibles fósiles para la producción eléctrica. Si se analizan diferentes factores, como son el ruido, emisiones gaseosas a la atmósfera, destrucción de flora y fauna, residuos tóxicos y peligrosos vertidos al sistema de saneamiento, se puede observar que su impacto se limitará a la fabricación y a la gestión de sus elementos como residuos, y no a su fase de uso. Pero además, toda la energía que se genera con un sistema fotovoltaico equivale a un ahorro de energía generada por otras fuentes de energía no renovables, lo que conlleva a una reducción indirecta de las emisiones de los gases de efecto invernadero (GEI) y otros contaminantes atmosféricos. Por otro lado, la energía solar fotovoltaica, da la oportunidad de generar energía eléctrica a un precio cada vez más competitivo, y eliminando los principales problemas que acarrean los métodos convencionales de generación, como la dependencia energética exterior, la garantía de suministro, o la falta de aprovechamiento de recursos propios. Se reducen las importaciones de combustibles fósiles y las emisiones de CO2 a la atmósfera, con el ahorro económico que eso supone. Pero además, los procesos productivos de las energías renovables abarcan una amplia variedad de etapas en las cuales intervienen un gran número de personas con diferentes perfiles profesionales, por lo que se genera una gran cantidad de empleo. Sin embargo, el empleo se asocia a la potencia que se instala cada año, en el campo de la fabricación e instalación, y a la potencia acumulada, en el campo de la operación y mantenimiento, por lo que éste se caracteriza por un cierto grado de inestabilidad. Por último, en cuanto a las líneas futuras de investigación, cabría pensar en ampliar la superficie dedicada a la ubicación de los equipos con el fin de aumentar la producción de energía eléctrica que cubra la demanda. Siguiendo esta línea, se podría realizar un estudio más exhaustivo de los otros componentes del sistema, como el cableado y las conexiones, con el fin de realizar una estimación más correcta de la energía que se puede llegar a producir. Por otro lado, se podría analizar la posibilidad de integración de esta instalación fotovoltaica con la producción eléctrica a través de otras fuentes renovables, como la minieólica. De esta manera, el rango de energía eléctrica producida resulta más constante debido a que ambas energías renovables se complementan. También cabría pensar en la posibilidad de emplear la energía eléctrica generada, no solo en satisfacer la demanda de las plantas, sino, además, en la recarga de futuros camiones eléctricos para recogida de los residuos y en la recarga de toda la maquinaria auxiliar empleada en el parque. Así, de cara a próximos desarrollos urbanísticos, cabría pensar en que en el entorno de estos complejos de tratamiento, se integrasen otras instalaciones municipales que aprovechasen la energía eléctrica generada, y así evitar las pérdidas asociadas a tener que transportarla hasta los puntos de consumo.

Más información

ID de Registro: 47350
Identificador DC: http://oa.upm.es/47350/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47350
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 27 Jul 2017 06:41
Ultima Modificación: 27 Jul 2017 06:41
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