Planificación energética en los sistemas aislados : un enfoque desde las energías limpias y la economía circular : caso del archipiélago canario

Uche-Soria, Manuel (2019). Planificación energética en los sistemas aislados : un enfoque desde las energías limpias y la economía circular : caso del archipiélago canario. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Industriales (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.55604.

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Title: Planificación energética en los sistemas aislados : un enfoque desde las energías limpias y la economía circular : caso del archipiélago canario
Author/s:
  • Uche-Soria, Manuel
Contributor/s:
  • Rodríguez Monroy, Carlos
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Sistemas Eléctricos Insulares; Energías Renovables; Economía Circular; Planificación Energética; Pobreza Energética; Sostenibilidad; Transición Energética = Insular Electrical Systems; Renewable Energies; Circular Economy; Energy Planning; Energy Poverty; Sustainability; Energy Transition; Canary Islands
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería de Organización, Administración de Empresas y Estadística
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Los Sistemas Eléctricos Insulares y Extrapeninsulares (SEIE) tienen un rol peculiar en la estructura energética de España. Aunque son regiones con recursos renovables disponibles, sus sistemas energéticos suelen depender — en su mayoría— de los combustibles fósiles. Esto se debe a los fuertes condicionantes geográficos, a la falta de un desarrollo tecnológico a escala y a la aplicación de políticas energéticas no particularizadas a estos entornos. En el caso de las Islas Canarias, el vector energético mayoritario corresponde a los productos petrolíferos y, por este motivo, es clave avanzar hacia una transición energética sin complejos en los próximos años. El estado actual y los objetivos que hasta ahora se han cumplido en este archipiélago no componen un marco especialmente esperanzador. Se requieren importantes cambios para reorganizar la planificación energética de las Islas Canarias. En primer lugar, se analiza la estructura del sistema energético canario. El estado actual, las investigaciones en curso y los ejes sobre los que se debe fundamentar la futura política energética de estos sistemas eléctricos insulares, son cuestiones clave que se tratan en esta investigación. Para ello, se analizan tres escenarios energéticos hasta 2030 y se discuten las tendencias e incertidumbres acerca de la penetración de las energías renovables en estos pequeños territorios. Los resultados de este estudio reflejan que es necesario un cambio decidido con respecto a las políticas aplicadas hasta ahora en estas islas. Para el escenario más optimista, es posible alcanzar hasta el 49 % de la generación de electricidad a través de energías renovables y reducir las emisiones de CO2 en un 48 % para 2030. En cualquier caso, en este archipiélago es necesario prestar especial atención a las interconexiones entre islas, a la diversificación del mix energético para reducir la alta dependencia de combustibles fósiles, y a las medidas de ahorro energético. En segundo lugar, se analiza el marco normativo de los SEIE en materia energética. El aislamiento es la principal característica de estos territorios, por lo que las posibilidades para que su población e industria tengan cubiertas sus necesidades eléctricas se reducen enormemente. En términos energéticos, este aislamiento se traduce en un handicap a tener en cuenta en el plano económico y en el autoabastecimiento. Por ejemplo, es necesario establecer márgenes de reserva muy altos frente a los diseñados para el territorio peninsular, lo que lleva consigo una bajada de rendimiento de los equipos de generación y el sobrecoste asociado al funcionamiento en estas condiciones. Desde el año 2013 que entra en vigor la Ley del Sector Eléctrico (Ley 24/2013, de 26 de diciembre), se han producido cambios normativos que influyen directamente en los sistemas eléctricos aislados. El Real Decreto 738/2015, de 31 de julio, cambia a un modelo retributivo que prima la eficiencia de las tecnologías, la gestión y el correcto mantenimiento de las instalaciones de generación. Con este cambio también se crea un nuevo mercado virtual para cada sistema (o subsistema) aislado: se comienza a tener en cuenta los precios del año móvil del continente y los costes de generación. Este nuevo método de casación implica una reducción en la volatilidad del mercado eléctrico en los SEIE, pues parte del precio de compra pasa a ser conocido. En tercer lugar, la gestión de los residuos sólidos urbanos (RSU) es un aspecto problemático en los entornos aislados en comparación con los territorios continentales, no sólo porque la producción de residuos crece exponencialmente, sino porque la limitación del espacio, la falta de una tecnología acorde con las necesidades de estos subsistemas y los picos de generación debidos al turismo existente, son otras barreras que deben superarse. Una mejora en la gestión de estos RSU podría mejorar el mix energético aprovechando su contenido energético. Es por esto por lo que se particulariza el estudio del potencial de valorización de los RSU en la isla de La Gomera. Se trata de obtener una fuente adicional de energía para producir calor y electricidad y, al mismo tiempo, explorar la posibilidad de recuperar los residuos depositados en el vertedero del complejo ambiental de El Revolcadero para su reutilización, reciclaje y, cuando esto no sea posible, para su valorización y reaprovechamiento energético (landfill-mining). Muchas ventajas se derivan de este modelo: aumento significativo en la fracción de reciclaje (casi inexistente en la actualidad), aumento de la contribución renovable en la isla (la mayor parte de la capacidad instalada actualmente es diesel), recuperación de zonas verdes y reducción de gases de efecto invernadero (GEI). Para superar los desafíos que lleva consigo la gestión integral de RSU, este estudio plantea pasar de una economía lineal a una economía circular, según las prioridades establecidas por la Unión Europea. En cuarto lugar, los puertos de las islas son elementos que influyen en la economía del archipiélago. Por tanto, una mejora en su gestión energética se traduciría directamente en una mejora de la planificación energética a nivel regional. El estudio de los residuos generados en los puertos es un tema de vital importancia para reducir la contaminación marina y mejorar los sistemas de gestión portuaria. En este estudio, también se dedica una parte a mejorar la gestión de los residuos sólidos generados en los puertos de las Islas Canarias. Siguiendo el hilo expuesto en el párrafo anterior, se desarrolla un modelo de gestión de residuos basado en la economía circular. Con este modelo, es posible reducir la contaminación en las áreas portuarias de las islas capitalinas, aumentar la fracción de residuos reciclados y obtener energía adicional para los puertos. El interés de este estudio radica en lograr ahorrar costes eléctricos y, a la vez, mejorar la deficiente gestión de residuos. La solución propuesta para resolver los problemas actuales y lograr una zona de cero residuos está particularizada para el puerto de Santa Cruz de Tenerife y sus resultados extrapolados al puerto de Las Palmas. Se distinguen dos fases principales: la primera es el procesado y reciclado de los residuos sólidos, y la segunda, la valorización energética a través de un proceso de gasificación. Las ventajas principales de la aplicación de este modelo son que se reducen las emisiones de CO2, se ahorra energía, se mejora la gestión de residuos en estos entornos (la fracción de reciclaje aumenta considerablemente y se descongestiona el sistema insular), y se crean nuevos puestos de trabajo. Además, este modelo también contribuye al desarrollo del Plan Territorial Especial para la Gestión de Residuos de las Islas Canarias, de acuerdo con las políticas de la Unión Europea requeridas para los próximos años. En quinto lugar, y como resultado de la revisión de políticas energéticas en el SEI canario, esta investigación también aborda el concepto de pobreza energética desde una óptica distinta a como se encuentra tradicionalmente en la literatura. El análisis que se realiza proporciona un avance en el conocimiento del papel que desempeñan las energías renovables, la eficiencia energética, la sostenibilidad, el régimen de autoconsumo, la electrificación de la demanda y las interconexiones eléctricas sobre la pobreza energética en estos entornos. Los escenarios analizados para evaluar la estrategia energética hasta el 2030 también se utilizan para el análisis de la pobreza energética según estos pilares. Como resultado, parece que la interrelación de estos seis elementos constituye un buen indicador de la lucha contra la pobreza energética, a la vez que muestra una hoja de ruta para la política energética en estos territorios insulares aislados. Por último, esta investigación pone de relieve la importancia de apostar por políticas energéticas que no estén basadas en los resultados a corto plazo. No hay que olvidar que la estrategia energética no requiere planificar más actuaciones en menos tiempo. Por el contrario, se trata de planificar en el medio-largo plazo actuaciones que, partiendo de la raíz de los problemas, logren encauzar las singularidades de estos entornos hacia una transición energética sostenible. ----------ABSTRACT---------- Insular and extra-peninsular electrical systems (IEES) have a peculiar role in the energy structure of Spain. Although they are regions with available renewable resources, their energy systems tend to depend —mostly— on fossil fuels. This is due to the strong geographical constraints, the lack of technological development at reduced scale and the application of energy policies not specific to these environments. In the case of the Canary Islands, the major energy vector corresponds to petroleum products and, therefore, it is a key factor to move towards an energy transition in the coming years. The current state and the objectives that up to now have been fulfilled in this archipelago do not constitute an especially hopeful framework. Important changes are required to reorganize the energy planning of the Canary Islands. In the first place, the structure of the Canary Islands’ energy system is analyzed. The current status, the research in progress and the axes on which the future energy policy of these island electrical systems should be based, are key issues that are dealt with in this investigation. For this, three energy scenarios are analyzed up to 2030 and the trends and uncertainties about the penetration of renewable energies in these small territories are discussed. The results of this study reflect that a determined change is necessary with respect to the policies applied until now in these islands. For the most optimistic scenario, it is possible to achieve up to 49 % of electricity generation through renewable energies and reduce CO2 emissions by 48% by 2030. In any case, in this archipelago it is necessary to pay special attention to the interconnections among islands, to the diversification of the energy mix to reduce the high dependence on fossil fuels, and to the energy saving measures. Secondly, the normative framework of the IEES in energy matters is analyzed. Isolation is the main characteristic of these territories, so the possibilities for their population and industry to cover their electrical needs are greatly reduced. In energy terms, this isolation translates into a handicap to be taken into account in the economic sphere and in self-sufficiency. For example, it is necessary to establish very high reserve margins compared to those designed for the peninsular territory, which leads to a drop in the performance of generation equipment and the additional cost associated with operating under these conditions. Since 2013, when the Electricity Sector Law came into force (Law 24/2013, of December 26), there have been regulatory changes that directly affect isolated electrical systems. Royal Decree 738/2015, of July 31, changes to a retributive model that prioritizes the efficiency of technologies, management and adequate maintenance of generation facilities. With this change, a new virtual market is created for each isolated system (or subsystem): the prices of the continent’s mobile year and the generation costs are taken into account. This new method of matching will imply a reduction in the volatility of the electricity market in the SEIE, since part of the purchase price will already be known. In the third place, urban solid waste management is a controversial aspect in isolated environments compared to continental territories, not only because the production of waste grows exponentially, but because the limitation of space, the lack of a technology adapted to the needs of these subsystems and the generation peaks due to existing tourism, are other barriers that must be overcome. An improvement in the management of these urban solid waste (USW) could improve the energy mix by taking advantage of the energy value of this waste. This is why the study of the potential for valorization of the USW on the island of La Gomera is analyzed specifically. The aim is to obtain an additional source of energy to produce heat and electricity and, at the same time, explore the possibility of carrying out a work of landfill-mining in the El Revolcadero environmental complex. Many advantages are derived from this model: significant increase in the fraction of recycling (almost non-existent at present), increase in the renewable energy contribution on the island (the main share currently installed is diesel), the recovery of green areas and the reduction of greenhouse gases (GHG). To overcome the challenges involved in the comprehensive management of USW, this study proposes moving from a linear to a circular economy, according to the priorities established by the European Union. Fourth, the ports of the islands are elements that influence the economy of the archipelago. Therefore, an improvement in its energy management, would translate directly into an improvement of energy planning at the regional level. The study of waste generated in ports is a vitally important issue to reduce marine pollution and improve port management systems. In this study, one section is also devoted to improving the management of solid waste generated in the ports of the Canary Islands. Following the thread described in the previous paragraph, a waste management model based on the circular economy is developed. With this model, it is possible to reduce pollution in the port areas of the capital islands, increase the fraction of recycled waste and obtain additional energy for the ports. The interest of this study lies in achieving savings in electricity costs and, at the same time, improving waste management. The proposed solution to solve the current problems and achieve a zone of zero waste is particularized for the port of Santa Cruz de Tenerife and its results extrapolated to the port of Las Palmas. There are two main phases: the first is the processing and recycling of solid waste, and the second, the energy recovery through a gasification process. The main advantages of the application of this model are that CO2 emissions are reduced, energy is saved, waste management is improved in these environments (the recycled fraction increases considerably, and the insular system is decongested), and new jobs are created. In addition, this model also contributes to the development of the Special Territorial Plan for Waste Management of the Canary Islands, in accordance to the European Union policies required for the coming years. Fifth, and as a result of the review of energy policies in the Canary Islands, this research also addresses the concept of energy poverty from a different perspective than the one is traditionally found in the literature. The analysis carried out provides an advance in the knowledge of the role played by the following six pillars: sustainability, renewable energies, energy efficiency, the self-consumption regime, the electrification of demand and the electrical interconnections on energy poverty in these environments. The scenarios analyzed to evaluate the energy strategy up to 2030 are also used for the analysis of energy poverty according to these pillars. As a result, it seems that the interrelation of these six elements is a good indicator of the fight against energy poverty, while showing a roadmap for energy policy in these regions. Finally, this research highlights the importance of betting on energy policies that are not based on short-term results. Do not forget that the energy strategy does not require planning more things in less time. On the contrary, it is about planning in the medium–long term actions that, starting from the root of the problems, manage to channel the singularities of these environments towards a sustainable energy transition.

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Item ID: 55604
DC Identifier: http://oa.upm.es/55604/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:55604
DOI: 10.20868/UPM.thesis.55604
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 05 Sep 2019 06:56
Last Modified: 05 Mar 2020 23:30
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