Optimización de la gestión de redes de riego a presión para reducir el consumo, coste energético y emisiones de CO2

En España, como ya se ha comentado en posts anteriores, se está realizando un gran esfuerzo por parte de la Administración, centros de investigación, universidades y desde las asociaciones de comunidades de regantes para reducir el consumo y coste energético en el regadío, y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a este consumo de energía.
Recientemente desde la Administración se ha creado un Grupo Focal nacional de la EIP AGRI sobre innovación en materia de regadío, energía y medio ambiente, cuyo objetivo principal es: "analizar posibles soluciones innovadoras a problemas u oportunidades existentes en esta materia, además de debatir sobre los resultados obtenidos por la investigación, sobre mejores prácticas e identificar aquellas actuaciones que podrían resolver problemas en el sector". En este grupo participa la Administración, comunidades de regantes, universidades, centros de investigación, grupos ecologistas y empresas. 

Respecto a los últimos avances en el estado del conocimiento actual, sobre esta temática, destacan dos tesis doctorales de la Universidad de Córdoba:

• Tesis "Gestión sostenible de redes de riego a presión mediante la mejora de la eficiencia en el uso de los recursos agua y energía" desarrollada por la Dra. Mª Teresa Carrillo Cobo, y dirigida por el Dr. Juan Antonio Rodríguez Díaz y el Dr. Emilio Camacho Poyato.
• Tesis "Optimización de la gestión de redes de riego a presión", realizada por la Dra. Irene Fernández García, y dirigida por la Dra. Mª Pilar Montesinos Barrios y el Dr. Juan Antonio Rodríguez Díaz. 

La investigación de la Dra. Mª Teresa Carrillo Cobo destaca por:

• Desarrollar y aplicar una metodología para la evaluación del uso del agua y de la energía en zonas regables. Este evaluación es esencial para diagnosticar las posibles deficiencias en el uso actual de ambos recursos, y poder recomendar las medidas adecuadas que permitan un aumento de la eficiencia global
• Desarrollar una nueva metodología para la sectorización de redes de riego a escala mensual, teniendo en cuenta la topología de la red, las necesidades hídricas de los cultivos y las prácticas de riego de los regantes.
• Desarrollar un algoritmo multiobjetivo para determinar las láminas de riego óptimas para todos los cultivos de una zona regable, maximizando el beneficio económico de los agricultores y, minimizando las emisiones de CO2.
• Analizar el potencial de las energías renovables para el suministro de agua en una zona regable. Mostrando que gracias al empleo de la energía solar es posible reducir las emisiones de CO2 y el coste energético asociado al suministro del agua.

Mientras que el trabajo de investigación de la Dra. Irene Fernández García se distingue por:

• Desarrollar un modelo para la gestión de redes a presión con varios puntos de suministro basado en técnicas de optimización multiobjetivo. Sectorizando la red en grupos de hidrantes de demanda energética homogénea y estableciendo estrategias de gestión que permiten minimizar el consumo energético garantizando el caudal y presión demandados en los puntos de suministro.
• Desarrollar una nueva metodología para la detección de puntos críticos (hidrantes con mayor requerimiento de energía). Ofreciendo medidas de mejora para estos puntos y reduciendo su repercusión en la demanda global de energía en la red.
• La gestión óptima de la estación de bombeo, cuando el riego se gestiona en turnos de riego (sectorización), con posibles mejoras por la instalación de nuevos variadores de frecuencia.
• Un modelo para la gestión óptima del riego considerando las tarifas eléctricas, con la concentración del riego durante las horas con coste energético menor.
• Desarrollar un modelo adecuado para analizar el efecto de la simultaneidad en redes complejas con varias fuentes de suministro, y analizando sus repercusiones para la implementación de medidas de ahorro energético.

A continuación se presentan las conclusiones más relevantes de la investigación desarrollada por la Dra. Mª Teresa Carrillo Cobo:

1. La caracterización del uso del agua y la energía es esencial para la mejora de la gestión de comunidades de regantes.
2. Las auditorías energéticas, además de calificar energéticamente a una comunidad de regantes, permiten identificar las debilidades en la gestión y planificar medidas de mejora.
3. La sectorización de una red hidráulica en turnos de riego es una medida efectiva para disminuir los requerimientos energéticos del suministro de agua. Organizar el riego en turnos mediante la sectorización de la red permite, en algunos casos de estudio, mejorar la eficiencia energética de suministro con ahorros potenciales de energía mayores al 30%, con el derivado ahorro energético y reducción de la huella de carbono.
4. Cada medida de mejora debe ser específica para cada zona regable, adaptándola a las condiciones topográficas, características hidráulicas, tipos de cultivos y a las prácticas de manejo del riego de los usuarios.
5. Los algoritmos multiobjetivo permiten optimizar el uso del agua y la energía en la gestión del riego, incorporando criterios ambientales y económicos.
6. Es posible optimizar el patrón de riego alcanzando un equilibrio entre objetivos económicos y ambientales. El patrón de riego óptimo puede incrementar el beneficio en más del 14 % a la vez que se reduce la huella de carbono, y por tanto la demanda energética en la estación de bombeo, en un 8,56 %.
7. Los sistemas fotovoltaicos, como fuente de energía renovable complementaria, son soluciones viables técnicamente que mejoran aspectos económicos (reducción de costes) y ambientales de una zona regable (reduciendo la huella de carbono). La instalación de sistemas fotovoltaicos además de reducir el consumo de energía eléctrica convencional, permiten desvincular los costes de explotación de las subidas del precio de la energía.
8. La gestión sostenible de las redes de riego es posible, con la adopción de medidas de mejora en la gestión específicas para cada zona de estudio y mediante la introducción de nuevas tecnologías, como los sistemas de energías renovables, reduciendo costes y  mitigando el impacto ambiental.

Por otro lado las principales conclusiones de la tesis de la Dra. Irene Fernández García son:

1. Las redes de riego a presión modernizadas recientemente han experimentado un importante aumento de la demanda energética, por lo que deben adoptar también medidas que contribuyan a una gestión sostenible tanto del agua como de la energía.
2. Las nuevas estrategias de sectorización y control de puntos críticos, desarrolladas tanto para redes con un único punto de suministro como con varios, han supuesto ahorros energéticos potenciales entre el 20 % y el 36 % en la red de riego estudiada.
3. La incorporación de la tarifa eléctrica en las estrategias de sectorización y control de puntos críticos, permite diseñar un sistema de apoyo a la toma de decisiones para técnicos y/o agricultores en el que se contemplan medidas que permiten minimizar tanto el consumo de energía como los costes de operación de la red.
4. La optimización conjunta del calendario de operación de sectores, de las presiones en las estaciones de bombeo y del rendimiento en las mismas, considerando la instalación de variadores de velocidad, ha supuesto un ahorro energético potencial de hasta el 26 % en la red de riego analizada, sin necesidad de sustituir ningún grupo de bombeo.
5. La incorporación de la simultaneidad de la demanda en la estrategia de sectorización permite relajar los condicionantes de presión impuestos. De este modo, se pueden alcanzar ahorros energéticos adicionales con respecto a la operación simultánea de todos los hidrantes, sin que la calidad en el servicio proporcionada a los agricultores se reduzca. 

De todo lo expuesto se desprende que con estas medidas de gestión se pueden alcanzar fácilmente ahorros superiores al 20%, y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, sin reducir la calidad del servicio a los regantes. Por ello, de acuerdo con la Dra. Mª Teresa Carrillo Cobo, podemos considerar que: "La gestión sostenible de las redes de riego es posible, con la adopción de medidas de mejora en la gestión específicas para cada zona de estudio y mediante la introducción de nuevas tecnologías, como los sistemas de energías renovables".