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Instalaciones de riego por goteo con energía solar

Instalaciones de riego por goteo con energía solar

El riego solar es, hoy en día, una tecnología madura y suficientemente desarrollada para dar respuesta a todo tipo de necesidades de captación de agua (hay ejemplos de captación de agua a más de 150 m de profundidad) y extensiones de riego sin limitaciones. Todo depende del correcto dimensionamiento y optimización de los diferentes componentes del sistema.

Francesc Camps y Marc Jabardo. IRTA Mas Badia.

La superficie de regadío es de 3,6 millones de hectáreas en España, es decir el 16% de la Superficie Agraria Útil y en ella se produce el 67% del valor de la producción vegetal agraria. Dos tercios de esta superficie se abastecen de agua por derivaciones su­perficiales de embalses o ríos y están gestionadas colectivamente a través de comunidades de regantes. Un tercio de la superficie regable se abastece direc­ta­ment­e de aguas subterráneas captadas de acuíferos y de gestión principalmente individual o privada.

Campo de maíz regado con goteo de agua de pozo del acuífero superficial de Baix Ter (Girona) impulsado con energía solar.

La aplicación de la Directiva marco del agua (2000/60/CE) en la que el agua deja de ser solo un recurso a utilizar y es considerada una parte fundamental de los ecosistemas, impone una gestión común del agua (ya sea subterránea, superficial o costera) y de los espacios asociados, a partir de la capacidad que presenta de so­portar diferentes impactos y presiones, pro­moviendo y garantizando su uso de forma responsable, racional y sostenible. Se materializa en la aprobación de planes hidrológicos y sus programas de actuación.

Los efectos del cambio climático (o cambio global) en las cuencas hidrográficas peninsulares denotan una disminución de los caudales circulantes de los principales ríos cuantificados entre 1-3% anual (Lo­renzo-Lacruz et al., 2012), por lo que disminuyen (con las debidas oscilaciones anuales) los caudales susceptibles de utilizarse en los regadíos, puesto que es prio­ritario el abastecimiento urbano.

Las tendencias futuras prevén disminucio­nes más acusadas de disponibilidad de agua en la Europa mediterránea (Ba­tes et al., 2008) y estas disminuciones se prevé que irán aumentando a medida que avance el presente siglo (Cedex, 2017).

 

La energía del regadío

El encarecimiento de la energía destinada a la captación y distribución de agua en el regadío ha puesto en jaque las diferentes políticas desarrolladas en las ultimas décadas de modernización de los re­gadíos en base a su presurización.

La Federación Nacional de Comunidades de Regantes cifra este incremento de costes entre el 627 y el 1.255% (Navarrete, 2017).

A partir del año 2008, la liberalización del mercado eléctrico impone la desaparición de las tarifas eléctricas reguladas que se utilizaban tradicionalmente, tanto en alta tensión –entre otras la R.1, que era la tarifa subvencionada para tensiones de alimentación hasta los 36 KV de los riegos agrícolas–, como la desaparición de la tarifa R.O –que era la tarifa subvencionada para riegos agrícolas de baja tensión–. La desregularización del mercado, lejos de incorporar competencia y ajuste de precios, ha supuesto un incremento del precio del término de potencia y, pese a lo que se preveía, un aumento del coste de energía.

Este incremento ha supuesto un freno a la creación y modernización de regadíos para la mejora de la eficiencia del riego, sustituyendo los riegos a pie por riegos a presión, ya sean por aspersión o por rie­go localizado, y a la vez, una disminución directa en la rentabilidad de los cultivos, algunos de los cuales en su límite de in­terés económico en los ambientes me­diterráneos. La necesidad de un cambio en la estrategia de modernización que además de un ahorro de agua no suponga un aumento del coste energético es la base para la elaboración de las estrategias de modernización que se deben desarrollar en este siglo XXI.

La distribución de energía eléctrica en ámbitos de poco consumo como el rural, siempre ha supuesto un coste elevado, que la liberalización del sistema eléctrico ha hecho recaer principalmente sobre el usuario. El desarrollo de sistemas de generación eléctrica en base a la energía solar supone la generación de energía cerca de donde se consume desarrollando un sistema desconcentrado de producción eléctrica.

Las tecnologías basadas en la obtención de energía de la radiación solar (o en menor medida, de la velocidad del aire) recibieron un fuerte impulso desde la aprobación de la estrategia de la Unión Europea, desarrollada por la Directiva 2009/28/CE dedicada al fomento de las energías re­no­vables. Este efecto regulatorio coincidió con el inicio del abaratamiento del coste de los materiales necesarios para las instalaciones fotovoltaicas.

En España, la aprobación del Decreto 900/2015, de 9 de octubre, por el que se regulaban las condiciones administrativas, técnicas y económicas para la producción de energía eléctrica para autoconsumo supuso un freno al desarrollo de la producción energética solar, y también para su uso en el regadío. Esta re­glamentación, popularizada con el nombre de impuesto al sol, tenía por objetivo desincentivar el autoconsumo energético. Y lo consiguió, en Alemania hay mil ve­ces más productores para autoconsumo de energía que en España.

La demanda mundial de paneles solares, junto con las mejoras técnicas en los va­riadores de frecuencia han supuesto, con­juntamente, una mejora de la eficiencia de las instalaciones solares y su abaratamiento. A pesar de la reglamentación española, el sector desarrolló algunos ejemplos de producción y aprovechamiento energético en el regadío muy ilustrativos y ejemplares.

La publicación del nuevo Decreto-Ley 15/2018 de 5 de octubre de este año, viene a reconducir el tema a través de la descentralización de la generación energética, la participación activa de los consumidores y un uso más sostenible de los recursos. Pero el verdadero reto es impulsar el autoconsumo y recuperar el tiempo perdido.

 

Riego localizado impulsado con energía solar

La imperiosa necesidad social de reducir el consumo de agua para la producción agrícola en la Europa mediterránea, para dar cumplimiento a la propia filosofía de la Directiva Marco del Agua y otras necesidades sociales como el suministro a la población y al sector industrial y terciario quizá no comporte una reducción generalizada, por ahora, de las dotaciones de agua en las concesiones colectivas de agua.
En las concesiones individuales de aguas subterráneas ya es otro cantar. Los descensos de los niveles freáticos en numerosos acuíferos o su deterioro cualitativo (principalmente en los acuíferos libres en contacto con el agua marina), aunque os­cilantes en el tiempo, son prácticamente generalizados, por lo que pone en cuestión la pervivencia de la agricultura de re­gadío y la diversidad económica en estas zonas a medio-largo plazo.

La eficiencia del uso del agua, cuando el recurso es escaso o de deficiente calidad se impone y el riego localizado por goteo es una parte de la solución. El riego por goteo mejora significativamente la eficiencia del agua respecto a otros sistemas de riego y ha demostrado en numerosas oca­siones para todo tipo de cultivos (herbáceos extensivos, hortícolas y frutícolas) una disminución del agua utilizada por unidad de producción vegetal, manteniendo o incluso aumentando la producción por unidad de superficie respecto a otros sistemas de riego.

 

Características principales de las instalaciones

La alta eficiencia del riego por goteo en relación a los otros sistemas de riego, permite destinar la mínima energía al proceso de captación y distribución de agua en los cultivos. A su vez, las reducidas necesidades de presión de trabajo (1-1,5 kg/cm2) permiten optimizar el conjunto con unas necesidades menores que otros sistemas de riego.

El riego solar es, hoy en día, una tecnología madura y suficientemente desarrollada para dar respuesta a todo tipo de necesidades de captación de agua (hay ejemplos de captación de agua a más de 150 metros de profundidad) y extensiones de riego sin limitaciones. Todo depende del correcto dimensionamiento y optimización de los diferentes componentes del sistema.

En las ocasiones en que la producción energética no puede solaparse con la distribución de agua en la red de riego, la construcción de una balsa reguladora puede ser la solución más óptima. Cuando la orografía de la finca lo permite y la balsa se puede construir a una cota superior a la superficie de riego y se pue­de aprovechar la presión natural para fa­vorecer el riego, disminuyendo las ne­cesidades de producción energética. En instalaciones de pequeño tamaño in­feriores a 5-10 hectáreas de riego, prima la simplificación, y el mismo motor de extracción de agua del pozo suele realizar la distribución localizada del agua.

Independientemente de su tamaño, todas las instalaciones de riego por goteo con energía solar constan de dos partes fundamentales: la parte eléctrica y la parte hidráulica, que han de estar sincrónicamente dimensionadas.

A grandes rasgos, el sistema eléctrico se compone de tres componentes principales (figura 1):
– Los paneles solares, que captan la energía solar y la transforman en energía eléctrica en corriente continua.
– El variador de frecuencia, que transforma la corriente continua de los pa­neles solares y adapta la tensión y fre­cuencia a las características de cada bomba del sistema, controlando su velocidad rotacional.
– La bomba, que impulsa el agua des­de la captación (superficial o profunda) hasta su distribución a través del riego por goteo en el campo. Si se utiliza una balsa, se deben utilizar bom­bas de características diferentes para la captación y la distribución ajustadas a las necesidades.

Figura 1. Esquema general de una instalación de riego por goteo con energía solar en cultivos herbáceos.

El adecuado dimensionamiento de la producción energética en los paneles solares con las necesidades de riego es el fundamento del sistema. Es importante adaptar y planificar la instalación de captación y riego a cada realidad, incluso aprovechan­do la parte del sistema que ya exista en la explotación agrícola, puesto que se debe ajustar el coste de la instalación. Este ajuste es indispensable para poder amortizar debidamente la inversión que supone el riego solar y ser competitivo respecto a otros sistemas.

La utilización de material homologado supone poder alargar la vida útil del sistema de riego y permitir una amortización adecuada a la rentabilidad de los cultivos. La producción de energía fotovoltaica depende de la ca­pacidad de captación de la radiación so­lar. Debemos tener en cuenta que por cada KW/h necesario para captar el agua y distribuir son necesarios entre 9 y 12 m2 de paneles solares, dependiendo si son fijos o móviles. La superficie que ocupan los paneles so­la­res en relación a la superficie de rie­go oscila alrededor del 0,3%.

Los paneles solares, que han reducido el 65% de su coste en los últimos años, pueden ser fijos o con seguidores de eje N-S. Los paneles fijos captan, aproximadamente, un 68% de energía que los pa­neles con seguidor N-S en la época de riego. Los paneles con seguidores a dos ejes (N-S y E-W) son solo un 5% más eficaces que los de un solo eje, por lo que no suelen ser rentables.

Desde hace algunos años, se han optimizado las soluciones adecuadas en los variadores de frecuencia para superar el efecto del paso de nube. La disminución brusca de la energía captada supone una desestabilización brusca del variador pu­diendo provocar sobretensiones en la parte eléctrica de la instalación y golpes de ariete en la parte hidráulica, reduciendo la vida útil de la instalación. Actualmente, se encuentran disponibles en el mercado va­ria­dores de frecuencia capaces de ralentizar y parar el bombeo antes de su colapso permitiendo proteger la instalación y fa­cilitar su arranque automático después de la recuperación de la insolación.

 

El riego localizado por goteo

El abaratamiento del material de riego por goteo en cultivos extensivos de la última década ha propiciado su desarrollo, principalmente en zonas donde la disponibilidad de agua se ha reducido de forma significativa.

Balsa reguladora y panales solares en el tejado de la nave agrícola de una finca con riego solar en Tordesillas para el riego de remolacha.

Los sistemas de riego por goteo ofrecen buenas prestaciones y muchas ventajas respecto a otros sistemas de riego más tradicionales. Esta tecnología permite re­gar con un 90-95% de eficacia y, a la vez, permite generar un ahorro importante de agua (entre el 30 y el 50%) respecto a otros sistemas más tradicionales de riego.

En situaciones de menor disponibilidad de agua, intensificación de la agricultura y aumento del coste energético del regadío, el riego localizado de alta frecuencia se presenta como una tecnología competitiva. Además, no requiere una nivelación del terreno, y en general representa un menor coste de inversión respecto a otros sistemas de riego modernos.

El esquema hidráulico general de una instalación de riego por goteo, se compone de un cabezal de riego y un sistema de distribución.

El cabezal de riego consta, como mínimo, de (figura 1):
Sistema de filtrado, para retirar las im­purezas presentes en el agua, evitar la obturación de los goteros y garantizar la durabilidad del sistema.
Programador de riego para automatizar el riego.
Bomba distribuidora, que da la presión suficiente para un riego homogéneo. Puede ser la misma que la bom­ba captadora de agua.
– Opcionalmente, sistema de fertirrigación, simple tipo venturi para la aplicación de fertilizantes de cobertura.

El sistema de distribución del agua consta de una parte principal que lleva en agua hasta la parcela o unidad de riego, las válvulas sectoriales, las tuberías se­cundarias de distribución de agua en el sector y tuberías terciarias o de distribución de agua a cada línea de cultivo (cintas o tuberías) con goteros integrados.

Detalle de una tubería con goteros integrados para el riego de maíz.

A partir de este esquema básico, se pue­de mejorar la instalación en diversos as­pectos para adaptar el riego a cada particularidad. En general, la separación entre goteros variará en función de las características edáficas de la parcela (30 cm sue­los de textura franco-arenosa; 50 cm en texturas franco-arcillosas), mientras que el caudal de los goteros (0,4 a 1,6 l/h) dependerá del caudal de agua disponible en la unidad de riego.

Otro de los factores a tener en cuenta es la decisión de colocar cintas (0,15 mm de grosor), con goteros integrados y de un año de duración recomendada, o tu­berías con goteros integrados reutilizables durante diversos años. La retirada y colocación de las tuberías es un proceso relativamente rápido si se cuenta con la ma­quinaria adecuada.

La dificultad de mantenimiento de las tu­berías de riego localizado enterradas ha desaconsejado su implantación de forma generalizada. El riego por goteo superficial en cultivos herbáceos extensivos re­quiere su extensión y recogida de forma anual, aunque con la maquinaria adecuada se reduce de forma significativa su im­plantación.

En definitiva, el aumento del coste de la energía y la disminución de la disponibilidad de agua provoca en algunas zonas de la Europa mediterránea el desarrollo e impulso del riego por goteo con energía solar. Los efectos del cambio climático y las necesidades crecientes de agua para abastecer a la población o a otros sectores económicos favorecerán aún más la implantación de esta tecnología. n

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