Estudio de la viabilidad técnica y medioambiental en la optimizacion del consumo energético y sostenibilidad de una almazara para la producción de aceite de oliva virgen extra

Resumen

En los últimos años, debido al incremento de los precios del petróleo y de las emisiones de gas del efecto invernadero, se están recomendando las energías renovables como fuentes de energía para diferentes tipos de instalaciones o industrias. La Comisión Europea, ha establecido para el periodo de 2.010 a 2.020, tres objetivos clave relacionados con el cambio climático y la sostenibilidad energética, que son la reducción de las emisiones de CO2, el incremento del uso de las energías renovables y el aumento de la eficiencia energética. Un sector clave es la producción de aceite de oliva en las almazaras, donde existe una gran oportunidad de reducir el consumo eléctrico, con grandes beneficios adicionales asociados a la reducción de tecnologías perjudiciales para el medioambiente, y de costes en el mantenimiento de los mismos. Por esta razón, el presente trabajo investiga y compara la viabilidad técnica y medioambiental de las almazaras alimentadas por fuentes de energías renovables, como es la energía solar fotovoltaica conectada a red en Andalucía, comunidad autónoma situada en el sur de España. Esta región tiene una enorme dependencia energética, pero con una gran cantidad de recursos “verdes” y/o agrícolas para poder ser utilizados. Se va a estudiar la viabilidad en la sostenibilidad de estos sistemas de energía renovable, teniendo en cuenta el coste, la generación de energía, la generación de emisiones de CO2 y la fracción renovable. Actualmente la energía fotovoltaica es una de las fuentes de energía renovable más utilizada en el sector de la agricultura con diversas aplicaciones [4,5], como son los sistemas de bombeo de agua para riego, o la producción de electricidad en el sector agroalimentario [6,7], aunque de momento no está siendo utilizada en las almazaras para la producción de aceite de oliva. Con respecto al precio de aceite de oliva, éste ha tocado techo desde hace varios años, y es fundamental para la rentabilidad del sector reducir el coste de producción del aceite de oliva, por lo tanto es necesario enfocar el esfuerzo en la reducción del coste en el consumo de energía, uno de los gastos más importantes en este tipo de industria Agroalimentaria. Además, hay un interés común relacionado con la contratación de energía para este tipo de instalaciones, ya que se produce sólo durante un período de cuatro o cinco meses (de diciembre a abril, habitualmente es la época de la recogida de la cosecha de aceituna), y las instalaciones y los contratos de suministro eléctrico se diseñan para cumplir con estos picos de consumo, por lo que las instalaciones están "sobredimensionadas", lo que implica costes innecesarios el resto del año. A pesar de que las almazaras son instalaciones simples que invitan a pensar que sólo hay unos pocos puntos en los que podemos actuar, este trabajo demuestra que es posible reducir el consumo de energía de fuentes tradicionales (combustible, red eléctrica, etc.) con la ayuda de las fuentes renovables, obteniendo resultados similares en la producción a un menor coste. Tal como demostraremos, el uso de energías renovables es la mejor solución para reducir el coste de la energía, y de las emisiones de CO2 equivalente a la atmósfera, sin embargo, no todas las fuentes renovables son adecuadas para este fin. De acuerdo a las condiciones climáticas en el sur de Europa, el sistema analizado ha sido la energía solar. La investigación desarrollada en este artículo está basada en los datos obtenidos de un estudio realizado por la Federación Andaluza de Empresas Cooperativas Agrarias (FAECA) [4], donde se analizaron los consumos energéticos reales y de producción de 87 Almazaras, quedando estas almazaras clasificadas en tres grandes grupos en función de la producción de aceite de oliva, pequeñas con una producción de menos de 1.000 toneladas, medianas con una capacidad de producción de entre 1.000 – 5.000 toneladas y grandes con una producción superior a las 5.000 toneladas. La línea fundamental de la tesis es el uso de las energías renovables. Casi la inmensa totalidad de las plantaciones de olivar, así como de almazaras, están situadas en Andalucía, el sur de España, una región cuyos niveles de radiación solar son los más altos de Europa, con una media de 5 kWh/m2/día, lo que ha permitido en la actualidad la instalación de 882 MWp de solar fotovoltaica, 1000 MW de termosolar y 900 MW de solar termoeléctrica [22]. Las almazaras clasificadas como grandes son las más eficientes ya que presentan menores valores específicos de consumo. Por el contrario, la relación del coste por producción, es más elevado en las almazaras pequeñas, lo que puede ser debido a que los costes fijos de producción son similares a los de una almazara mediana, y sin embargo se repercuten sobre una menor producción de aceite. Se va a desarrollar un modelo que nos va a permitir dimensionar el sistema energético de las almazaras utilizando energías renovables, con el objetivo de maximizar la sostenibilidad de este sector de la industria agroalimentaria. La temporalidad caracteriza a este sector agro-alimentario porque depende directamente de la climatología y de la época de cosecha. Como consecuencia de ello, los consumos energéticos a lo largo del año no son constantes, llegando a su nivel más alto entre los meses de diciembre y marzo. Dado que la aceituna es un producto perecedero, coincide la temporada de recogida de la cosecha con la de producción de aceite. Durante el resto del año, el único consumo eléctrico existente en la almazara se corresponde con las tareas de envasado y el trabajo de oficina. Para realizar el estudio nos hemos basado en HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources), que es un modelo de software de optimización de modelado para ayudar en el diseño de sistemas de micro-energía y para facilitar la comparación de tecnologías de generación de energía a través de una amplia gama de aplicaciones. HOMER es un modelo de comportamiento de un sistema de energía renovable, con su coste de vida útil, y que permite la selección de opciones de diseño óptimas basadas en criterios técnicos, económicos y ambientales. Para analizar la viabilidad de las almazaras conectadas a la red mediante una instalación fotovoltaica, se han aplicado criterios de evaluación técnica y económica, donde HOMER primero evalúa la viabilidad técnica del sistema, y si se puede satisfacer la demanda de consumo, luego se calcula los parámetros económicos. El estudio de viabilidad técnica depende principalmente de la cantidad de consumo de energía y de la superficie disponible para colocar los módulos fotovoltaicos. El cálculo evalúa todos los gastos que ocurren dentro de la vida del proyecto, incluidos los costes iniciales de configuración, sustitución de componentes dentro de la vida del proyecto, el mantenimiento, los costes de operación y los costes de compra de energía desde la red. En el presente estudio se va a calcular una solución óptima para los tres grupos de almazaras (pequeño, mediano y grande), en lo que respecta únicamente al consumo eléctrico. HOMER simula todas las configuraciones del sistema del espacio de búsqueda y da como resultado los sistemas viables en orden creciente en función de su Valor Actual Neto-VAN. De acuerdo con el resultado de la optimización que se mostrará a los largo de este trabajo, en auto-consumo, es más rentable tener una potencia instalada 7 kW, 9kW y 36kW en almazaras pequeñas, medianas y grandes, que instalar un sistema fotovoltaico de 100 kW, esta cantidad es la potencia máxima permitida por la legislación española para los consumidores de energía eléctrica. El criterio principal utilizado para evaluar la rentabilidad de un proyecto, y por tanto de la medida de optimización en el programa HOMER, es el Valor Actual Neto (VAN) durante la vida útil de la instalación del sistema fotovoltaico, que en este estudio se considera de 25 años, debido a las recomendaciones del fabricante. El resultado de la VAN para los diferentes tipos de almazaras y distintas políticas de facturación es que la oferta tradicional (red eléctrica) es más costosa que el suministro a través de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red, y que la solución de facturación y medición más barata es el balance neto de facturación anual, mientras que la solución más cara es el autoconsumo. El segundo parámetro es el precio del kilovatio-hora, con la oferta única de la red eléctrica o con la instalación fotovoltaica conectada a la red. Una vez más, se demuestra que el sistema híbrido es más rentable que la tradicional. Si comparamos los resultados de las diferentes políticas de facturación y medición, el balance neto anual sigue siendo la más barato, mientras que el autoconsumo es el más caro. Una vez buscada la configuración óptima de la instalación fotovoltaica conectada a la red, obtendremos reducciones de hasta un 37% en el precio de la electricidad por tonelada de aceite de oliva en pequeñas almazaras, un 2% en almazaras de tipo medio y un 9% en grandes almazaras, dependiendo del tipo de medición y de facturación, por lo tanto hay mucho margen para poder reducir los costes con los sistemas de energías renovables apropiados. Por el contrario, el precio por kWh del que se benefician las almazaras de tipo medio es el más bajo de las tres estudiadas (un 28,7% menos con respecto a las de tamaño pequeño y el 15,3% menos con respecto a las grandes), y por tanto, el margen de reducción es bastante limitado. Los resultados finales en base a cada uno de los aspectos analizados y que se justificarán a lo largo del trabajo son los siguientes: • Impacto económico: en este caso el criterio de optimización de HOMER es el VAN de una instalación. En un período de 25 años, en el que se considera la vida útil de un sistema, teniendo en cuenta su instalación, operación, mantenimiento y costes del consumo de la red eléctrica, el ahorro en pequeñas almazaras es de un 9,8%, mientras que en las grandes del 2 %. Debemos tener en cuenta que después de este período de vida útil de 25 años, hay componentes del sistema que no necesitan reemplazo (por ejemplo, elementos estructurales), además de que la tecnología se vuelve más barata y más eficiente con el tiempo, a un ritmo mucho mayor que el aumento de precios de la electricidad, por lo cual que podemos asumir que estos porcentajes podrían ser mayores. En cuanto al precio por kWh pagado por la almazara, se puede conseguir una reducción de hasta el 37,2% (de 0,183 €/kWh sin energías renovables hasta 0,115 €/kWh, con las energías renovables) en pequeñas almazaras y hasta 9% (de 0.152 €/kWh sin energías renovables hasta 0.140 €/kWh con energías renovables) en almazaras de tipo grande, en función de la política de facturación y medición del lugar en el que estén situadas. • Impacto ambiental: el uso de fuentes de energía renovable, que oscila entre el 2% y 26%, aumenta en función del tipo de almazara, y de la política de facturación y medición. Una consecuencia inmediata es una reducción del 3,6% al 16% en las emisiones de CO2 equivalentes. Debemos tener en cuenta que los resultados obtenidos son más restrictivos, ya que hemos tenido en cuenta recursos no renovables utilizados en la construcción de todo el sistema fotovoltaico, mientras que no se ha considerado el uso de la biomasa para abastecer la demanda térmica de los otros equipos de las almazaras. Si se hubieran considerado todos los factores, las reducciones en las emisiones de CO2 en almazaras en su conjunto, serían mucho más altas y estaríamos en la línea del objetivo de la UE de reducir un 20% las emisiones de CO2 en los diferentes sectores económicos [32]. • Impacto en el mercado del aceite de oliva: una reducción de hasta el 37% en el precio del aceite de oliva procedente de pequeñas almazaras y una reducción de hasta el 9% en el precio del aceite de grandes almazaras. Como hemos estudiado, el ahorro económico y la reducción de CO2, en las almazaras de tamaño medio, son menores debido a que pagan precios más bajos por la electricidad. No obstante, el 38% de las almazaras españolas son de tamaño medio, mientras que el 55% son pequeñas y el 7% son grandes [10]. Esto significa, que tanto el ahorro económico, como la reducción del impacto ambiental serían verdaderamente significativos. Como conclusión final, podernos afirmar que se han podido alcanzar los objetivos formulados al principio de este artículo. BIBLIOGRAFÍA. 1. Resch, G.; Held, A.; Faber, T.; Panzer, C.; Toro, F.; Haas, R. Potentials and prospects for renewable energies at global scale. Energy Policy 2008, 36, 4048–4056. 2. López Polo, A.; Haas, R. An international overview of promotion policies for grid-connected photovoltaic systems. Prog. Photovolt. 2014, 22, 248–273. 3. SETIS (Strategic Energy Technologies Information System). PV Status Report 2014. Available online: https://setis.ec.europa.eu/publications/technology-information-sheets (acceso el 5 de octubre de 2015). 4. Chel, A.; Kaushik, G. Renewable energy for sustainable agriculture. Agron. 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