El sistema se dimensiona de tal forma que cada una de sus partes se clasifica por separado y luego se integran en un todo. Dicha integración es deseable por varias razones: la más importante es el éxito de los objetivos de la vida sostenible en las zonas urbanas, esto es, el desarrollo de un sistema sostenible de abastecimiento urbano de agua. El mayor desafío tecnológico asociado con el uso de energía solar, eólica y otras fuentes de energía renovable intermitentes, es que el almacenamiento de energía eléctrica sea económico y amable con el medio ambiente. En este artículo se revisa el uso de reservorios de agua en los sistemas de abastecimiento, como una forma de almacenamiento de energía eléctrica. La solución propuesta es aún más costosa que la tradicional y, hoy en día, es económicamente aceptable en los casos de sistemas aislados de agua urbana y situaciones especiales. Una aplicación más amplia dependerá de las futuras tendencias de los precios de la energía, los costos de construcción de los generadores fotovoltaicos y las necesidades de reducción de CO2 por la infraestructura de agua urbana.
El mundo actual se
enfrenta a un número creciente de habitantes que se concentran en todas las principales
ciudades, principalmente en la zona marítima costera. En un mundo cada vez más
urbanizado, es necesario planificar y gestionar nuestras ciudades para
mantenerlas. Es necesario esforzarse por las zonas urbanas que contribuyen al
desarrollo sostenible local, regional y mundial. Naturalmente, esto también se
aplica a las infraestructuras y servicios urbanos, incluido el sistema de agua
urbano (UWS). Los sistemas urbanos de agua (UWS) es decir, abastecimiento de
agua y saneamiento, prevención de inundaciones y drenajes, controles de
contaminación, son infraestructuras que reducen significativamente los
problemas de salud ambiental y contribuyen así a la sostenibilidad de las
ciudades y al desarrollo sostenible en general.
El mayor desafío para
la operación del sistema de agua urbana moderna es mantener el agua y las aguas
residuales fluyendo a un ritmo asequible, sin amenazar el entorno natural
urbano y más amplio. Esto se logra de varias maneras, y una es mediante el uso
de recursos renovables (ONU, 1992). El agua es un recurso principal del sistema
de abastecimiento urbano de agua (UWSS) y el otro recurso clave para el
funcionamiento de UWSS es la energía.
Sostenibilidad, UWSS y energías renovables
La energía es
necesaria para llevar el agua a los consumidores y tomar aguas residuales de
las ciudades a los recursos hídricos, o para reciclar. Una característica de
UWSS es que el agua el consumo va de la mano con el consumo de energía, Dado
que la energía es necesaria para la producción de agua, el tratamiento y
distribución, y recolección y tratamiento de aguas residuales. Significa que
las utilidades compran más energía al precio más alto durante el día. Las
actividades UWSS son intensivas en energía y en general, crecen como la ciudad
y el consumo total de agua crecer. Cerca de 80-90% de los costos de operación
para la utilidad del agua son directamente relacionado con el costo del bombeo
de agua, ya que el agua tiene que ser traída a una elevación más alta para producir
la presión de agua requerida en la red de agua, que es cerca de 4-6 bares. Con
el aumento esperado en los precios de la energía, la parte de los costos de
energía en los costos de operación de UWSS sin duda crecerá y la pregunta es
exactamente cómo mucho y con qué impacto en la sostenibilidad de la UWS. El
consumo de energía eléctrica en el UWSS depende sobre las características del
entorno urbano y la UWSS y gamas a partir de 100-200 kWh/cápita/año. Esto
significa que el UWSS es una importante fuente de emisiones de CO2 como
resultado del uso de
energía de los
combustibles fósiles.
Además de las medidas
de eficiencia energética, la reducción en los costos de energía se consigue
generalmente cambiando el consumo de energía tanto como sea posible a los
períodos fuera de pico (energía más barata), y por el uso de energías
renovables. Así, sustentabilidad se puede mejorar por el desarrollo renovable "energía
producida y consumida localmente".
Producción de energía
del viento y de la energía solar, pequeño hidroeléctrico plantas, biomasa y
geotermia se considera energía verde. La energía renovable es una fuente
inagotable de energía que se reabastece rápidamente. Estas fuentes de energía
no causan contaminación ni liberan sustancias tóxicas. Sin embargo, las fuentes
de energía renovables de baja intensidad de energía, por lo que a fin de
convertirlos en útiles energía la colección necesita ser distribuida en grandes
áreas. Hay que subrayar que la energía renovable es subconjunto a la energía
sostenible.
Esto plantea la
cuestión de si la RES puede ser elegible y cómo deben ser utilizadas por el
UWSS, como sistema autónomo de producción de energía para diferentes usuarios
de UWSS (es decir, para estaciones de bombeo), o por conexión con la red de
redes de energía, local o regional. El desarrollo tecnológico actual y el uso de
res no sin embargo, una alternativa completa y productiva a los fuentes de
energía. El problema es que la más importante fuente RES, tales como energía
solar y eólica, llamadas intermitentes RES, no se puede dirigir hacia el
consumo de energía y siguen siendo fuentes estables y controlables, tales como
Hydro, Geotermia, biomasa y otros, llamada constante (res-C). Energía solar y
eólica no son constante, ya que los generadores eólicos producen energía un
viento apropiado sopla y los generadores solares solamente durante el período
de la luz del sol. Por lo tanto, estos RES no pueden producir energía
continuamente y abastecer a un consumidor, así que es necesario hibridarlos con
fuentes convencionales mediante el sistema de red de energía eléctrica o el uso
de Almacenamiento de energía (EES).
De esta manera, EES
tiene el papel más importante en la realización de suministro de energía verde
a UWSS. Numerosas tecnologías de almacenamiento de energía conocidos hoy en día
(baterías, volante, presión (buques, etc), que difieren en: tamaño, los costos
de almacenamiento de energía, eficacia, curso de la vida, costes por ciclo,
etc. Es bien sabido que ninguna de las tecnologías actuales podría, en términos
de calificaciones, ser comparada con el almacenamiento por bombeado en planta
hidroeléctrica de almacenamiento (PSH). Precisamente debido a eso, PSH es hoy
todavía la EES más significativa, que es una tecnología madura con el volumen
grande, almacenaje largo de alta eficiencia y fiabilidad, mientras que el costo
de capital por la unidad de energía es baja.
Obviamente la
solución más confiable para UWSS es el uso de energía verde del sistema de
energía verde/red. Tales sistemas de energía todavía no existen y esto es para
UWSS una solución a largo plazo para el momento en que dicha energía verde red
estará disponible. Naturalmente, la pregunta es Si existe una solución local
para el uso de la energía verde (sistema autónomo) que satisfaría los rigurosos
criterios relacionados con la fiabilidad del UWSS y contribuyen a el logro de
los objetivos de sostenibilidad. Esto debe ser una solución que utilizaría la
res disponible localmente y su propio sistema de infraestructura como
almacenamiento de energía, y si es posible como recurso energético. Por lo
tanto, a la res intermitente, el viento y solar las fuentes RES -I, podrían
usarse con hidro, biomasa y otros estable RES -C, si está disponible dentro o
cerca del área urbana. Esta solución obviamente requiere fiabilidad y
económicamente solución asequible de almacenamiento y red de energía; Una la
solución posible se presenta en este papel.
Integración de RES con UWSS
La RES -I que, debido a su distribución
global, puede ser ampliamente utilizados en el UWSS son el viento y la energía
solar. El viento es una fuente de energía global y local, disponible en
numerosas ubicaciones con diferente potencial energético. Energía eólica deriva
de vientos que son generados por la energía solar. El Proyecto de desarrollo
eólico comienza con el análisis de un sitio ventoso, ya que la economía de la energía
eólica depende estrictamente en la velocidad del viento y la duración durante
el año. La energía real contenida en el viento varía con la tercera potencia de
la velocidad del viento. Una cosa es seguro: no hay una ubicación de viento
cerca de la UWSS que es suficientemente fiable y golpes a la velocidad adecuada
en todo el año y así, de
año en año. Por lo tanto, la producción es posible y su característica es una
alta imprevisión de ocurrencia y duración. Esta característica de las turbinas
eólicas es en realidad el más grande problema para la fuente de energía fuera
de la red para UWSS. En la otra mano, más o menos energía solar está sobre todo
disponible todos los días y el sol como fuente de energía para la energía la
generación es más confiable que el viento. Esta energía es gratis y está
disponible en cada lugar donde la gente vive. En principio, la energía solar se
puede generar dondequiera en la tierra, pero con una productividad diferente;
cuanto más brillante sea la luz del sol, más alto el rendimiento y mejores
características económicas del generador de energía. Obviamente, una solución
prometedora para el suministro de energía sostenible puede ser por el uso de la
energía solar.
Dos tipos de
generadores solares en uso son las plantas solares fotovoltaicos (PV) y plantas
solares térmicas (St). Las Plantas fotovoltaicas convierten la luz del sol
directamente en energía eléctrica. Son muy simples las plantas, pero basadas en
tecnología innovadora que es energía intensiva. Las plantas del St utilizan el
sol simplemente como la fuente del calor. El calor es capturado, concentrado y
utilizado para conducir el calor motores y generadores de electricidad. Son
plantas complejas sobre todo basado en la tecnología existente de la central
eléctrica. Sólo pueden generar electricidad cuando el sol brilla. Durante la
noche no hay sol y electricidad, que es la mayor debilidad de las plantas. Para
poder producir energía continua fuera de los usuarios de la red que requieren
algún tipo de combustible clásico de respaldo o incorporar energía eléctrica almacenamiento.
Es importante enfatizar que la "energía solar libre" energía
"está disponible en el período en que la energía del sistema energético
regional es el más costoso (generalmente de 6 a 18 horas) y los ahorros en
costos de energía son el más grande. Además, la producción anual de energía en algunas
áreas coinciden con el aumento anual de consumo del agua (por ejemplo áreas
turísticas mediterráneas).
El res-C que podría
tener su aplicación en el UWSS es Geotermia, biomasa y pequeñas centrales
hidroeléctricas. Estos son fuentes específicas de energía del sitio, y
tecnológicamente muy diferentes. La energía geotérmica se obtiene de la tierra el
calor interno y se puede utilizar para generar el vapor para funcionar turbinas
de vapor y generadores de electricidad. Un prerrequisito para la instalación de
esta fuente de energía es la existencia de condiciones geotérmicas favorables
cerca o en las ciudades. La biomasa incluye cualquier materia orgánica que esté
disponible sobre la base renovable o recurrente. La energía de la biomasa puede
ser derivado de la biomasa gaseosa, sólida o líquida. Ya que es renovable y
abundante, la biomasa tiene el potencial de ofrecer fuente diversa de
confiable, comprable y ambientalmente productos químicos sólidos y energía para
reemplazar los combustibles fósiles. La Biomasa incluye cultivos energéticos y
árboles, cultivos agrícolas residuales, los abonos animales y otros materiales
de desecho orgánico, así como lodos de plantas de tratamiento de aguas
residuales. Biomasa la energía (biomasa gaseosa) se ha utilizado durante mucho
tiempo en las plantas de tratamiento de aguas residuales, pero no en UWSS. La
fuente de energía es gas metano (Bio-metano) generado por la energía almacenada
en lodo, por el proceso de anaerobios digestión del lodo.
La avanzada
tecnología de lecho fluidizado también se ha utilizado para tratamiento del
lodo produciendo energía eléctrica y calor. Es una tecnología probada, así como
su economía. Desafortunadamente, la energía disponible no es suficiente para
satisfacer todas las necesidades de UWSS. La energía hidroeléctrica es una fuente
clásica y económicamente ventajosa de energía verde, pero a menudo no está
disponible localmente o en las ciudades. No produce gases de efecto invernadero
significativos. Sin embargo, puede tener otros impactos ambientales
relacionados a la construcción del almacenaje, pero las plantas o las plantas
pequeñas sin los pequeños almacenes tienen impactos ambientales
insignificantes.
Los conceptos de integración de la energía solar energía
fotovoltaica y UWSS
Sistema solar
fotovoltaico de bombeo de agua
Un prerrequisito para
el uso de la energía solar es la implantación de almacenamiento de energía
eléctrica. Si algunos de la operación EES (mecánica, eléctrica, química y (electroquímica)
no se puede utilizar porque son caros y de las características inaceptables
para el trabajo en UWSS verde (operación libre de la contaminación, alta
eficacia del redondo-viaje, energía flexible, vida de ciclo larga y
mantenimiento bajo), la única solución es la integración interna de la energía
solar con UWSS en una manera tal que elimine el uso de tales EES (pilas). La
integración interna con UWSS se refiere al uso de embalses de agua UWSS como
EES. Esto es un poco concepto innovador que se elabora en este documento. La
solución para el uso de res intermitentes está relacionada con el uso de los
almacenajes del agua en el sistema de UWSS, que esencialmente actúa como
almacenamiento de energía. En los sistemas de abastecimiento de agua, almacenamientos
son acumulaciones o embalses de agua cruda y reservorios de servicio en el
sistema de distribución de abastecimiento de agua.
El concepto de usar
energía solar y reserva/almacenaje es conceptualmente simple. Es el concepto de
agua bombeo en el almacenaje: por ejemplo, en el caso del agua depósitos de
servicio el agua se bombea en los depósitos de servicio en el período en que la
energía solar está disponible. La reserva de se utiliza continuamente en el
sistema de acuerdo con necesidades.
La insolación diaria
varía considerablemente día a día, dependiendo de las condiciones climáticas
(nubosidad) en el día en cuestión. Sin embargo, la tendencia general de los
cambios es estable durante todo el año (valores medianos mensuales) y en según
las características climáticas del área. También, el patrón de irradiación del
sol es generalmente muy estable durante el día. Puede ser interrumpido
dependiendo del día nubosidad.
En el concepto propuesto
la planta de energía fotovoltaica recibe energía del sol. Esta energía se
convierte en trabajo (energía mecánica) de la bomba, que aumenta la energía
interna del volumen del líquido o del agua en el particular elevación
necesaria. De esta manera, sin aplicar calor, el trabajo hecho en el líquido a
través de la bomba levanta el interno energía del líquido del más bajo al nivel
del agua superior o de la ingesta de agua al reservorio. Parte de la energía se
pierde en este proceso. Las pérdidas se asocian con el flujo másico, el trabajo
interacción e interacción térmica. Las pérdidas son las más altas en el
generador fotovoltaico, y se refieren a la conversión de solar a energía
eléctrica (cerca de 87%;) mientras las pérdidas son significativamente menores
en el sistema de bombeo (10- 15) y se relacionan sobre todo con pérdidas en
fricción debido al movimiento fluido a través de las pipas y del equipo. El
agua en el depósito/cámara es el potencial disponible energía para el flujo de
agua.
Puesto que la
irradiación solar está sobre todo más o menos disponible cada día durante unas
12 horas, la realización de este concepto para bombear el agua en el sistema de
abastecimiento de agua es factible y barato. El agua se bombea en el período donde
el consumo es el más alto, por lo que en principio, no aumente el volumen del
depósito de servicio. Durante el día todas las cantidades que se consumen
durante la noche también deben se bombean y son significativamente menos que el
diario cantidad. En cualquier caso, el volumen del depósito de servicio debe sea
más pequeño que en el caso cuando el agua se bombea solamente en noche debido
al uso de energía más barata. El espacio de repuesto puede ser proporcionado en
el embalse para el caso de interrupciones en la energía y el suministro de
agua. La solución debe tener el nivel requerido de seguridad de acuerdo con las
características de la irradiación solar en el período de diseño/planificación,
uno o varios años críticos, que se puede conseguir con la selección apropiada
del PV del generador de energía y del depósito del volumen servicio.
Discusión y Conclusiones
En conclusión, se
puede decir que el concepto propuesto ya tiene su aplicación en ciertas
situaciones y en el futuro, las condiciones para la aplicación es más
favorable. Esto es particularmente cierto para el sistema de abastecimiento de
agua existente con exceso de capacidad depósito de servicio y estación de
bombeo para que la inversión sólo se aplica al generador PV. Sin embargo, la
más importante conclusión es que el concepto propuesto puede ser un sustituto
del suministro de energía eléctrica convencional y que es localmente
sustentable.
Este concepto ya ha
justificado su uso en todas las situaciones cuando no es posible utilizar
energía eléctrica del sistema energético regional o cuando el uso es poco
fiable y irregulares debido a las malas condiciones o a la falta de capacidad sistema
de energía. Estos son sistemas de suministro de agua Islas o lugares
significativamente distantes de la electricidad, redes de suministro y
centrales eléctricas convencionales.
El concepto propuesto
también se puede utilizar como una forma de sistema de respaldo que durante los
períodos de insolación diaria trabaja y cubre el consumo máximo de energía en
el sistema (la energía más costosa) y también sirve como un suministro parcial
de energía si hay una interrupción del suministro del poder de la red
eléctrica. La capacidad óptima de PV se debe determinar el generador y otras
infraestructuras mediante la aplicación de un análisis exhaustivo de la cuestión
concreta. Apoyo energético al suministro de energía clásica puede también tener
carácter estacional, cuando debido al verano el consumo de agua aumenta, pero
al mismo tiempo, debido a la mayor insolación del verano (que es) la razón
usual para el turismo), la producción de energía solar aumentos (zona
mediterránea). Por lo tanto, es posible producción local de energía y aumentar
así la seguridad y posiblemente la eficiencia del suministro de energía, sin aumentar
la capacidad de las líneas de suministro de energía para necesidades durante la
temporada de turismo corto (3-5 meses). Durante el período fuera de temporada
el generador PV sirve como sistema de suministro de energía completo o de
reserva. En este caso hay no aumenta la capacidad de la infraestructura de agua
(bomba (estación y Embalse), ya que son de tamaño a los picos de verano en consumo
de agua que son 5-10 veces más alto que el invierno consumo.
Normalmente, todas
las posibilidades de aplicar el concepto propuesto no se han agotado. Ahora
depende de los ingenieros y investigadores a investigar y estudiar y actualizar
la concepto propuesto y su posible aplicación. Este tipo de inversión podría
cambiar el sistema de agua urbano y proporcionar a las generaciones venideras
un futuro más brillante.
Margeta J., and Đurin, B.
(2017).Innovative approach for achie- ving sustainable urban water supply
system by using solar photovoltaic ener- gy. Ingeniería e Investigación, 37(1)
58-67. DOI 10.15446/ing.investig.v37n1.57983
Sistema de Abastecimiento Urbano con Energía Solar
Reviewed by Libreria Ing.
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febrero 02, 2019
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