Cómo convertir los puertos marítimos en comunidades energéticas con energía fotovoltaica y undimotriz

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Investigadores de la Universidad Federico II de Nápoles (Italia) han examinado la viabilidad de establecer comunidades de energías renovables (CER) en puertos marítimos. Para ello crearon un modelo numérico basado en la normativa de la Unión Europea, aunque afirman que sus resultados pueden generalizarse a otros puertos. Tomando el puerto de Nápoles como caso de estudio, lograron una elevada tasa de autoconsumo y unos costes de ciclo de vida bajos.

“Los puertos son sistemas antropogénicos particulares caracterizados por una elevada demanda de energía debido a la multitud de actividades que se llevan a cabo dentro de las zonas portuarias, que abarcan la electricidad para el transporte marítimo, las operaciones industriales y las instalaciones comerciales”, afirman los académicos. “Por lo tanto, mediante la electrificación del uso final y el desarrollo de proyectos compartidos de energías renovables en el marco propicio de las REC, los puertos pueden transformarse en centros de energías renovables, suministrando potencialmente un excedente de energía a las comunidades circundantes”.

Utilizando programas informáticos como MATLAB y PVsyst, los científicos crearon un modelo numérico para el despliegue de sistemas fotovoltaicos, convertidores de energía undimotriz (CME) y sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). A continuación, modelaron el flujo financiero del sistema y llevaron a cabo una optimización multiobjetivo para encontrar la mejor configuración REC.

El estudio se basó en el caso del puerto de Nápoles, que tiene una superficie potencial de instalación fotovoltaica de 106.100 m2, mientras que se supone que los WEC están situados en los rompeolas del puerto, con una extensión de 1,5 km. Se utilizaron los datos meteorológicos de un año típico a partir de los perfiles de irradiación y oleaje. La ubicación recibe un máximo de aproximadamente 1.000 Wh/m2 de radiación horizontal global, hasta una radiación anual de unos 1.600 kWh/m2. La altura máxima de las olas alcanza los 2,5 m, con una media de 0,55 m.

“El análisis considera paneles solares orientados al sur con un ángulo acimutal de 0 grados y un ángulo de inclinación de 30 grados, utilizando módulos fotovoltaicos comerciales con una potencia nominal de 315 W por módulo”, explican los investigadores. “Se asume un sistema de columna de agua oscilante (OWC) como tecnología elegida para aprovechar la energía de las olas”.

Los costes de capital asumidos para la fotovoltaica fueron de 1.200 euros (1,295 dólares)/kW, 1.500 euros /kW para el CME y 350 euros/kW para el BESS. El modelo consideraba instalaciones fotovoltaicas de hasta 12 MW, CME de hasta 5 MW y BESS de hasta 5 MWh.

Además, el estudio consideró siete REC que pueden funcionar juntos o por separado. El REC de la autoridad portuaria (PA REC) consiste principalmente en la zona pública, mientras que los REC 1-5 son entidades agrupadas en función de su proximidad. El REC del puerto se refiere a una gran comunidad energética de todo el puerto, con una demanda máxima de 3.800 kW.

“Según la información facilitada públicamente por la autoridad portuaria, los principales agentes que operan dentro de los límites del puerto pueden agruparse en empresas generales, operadores del sector del pasaje, astilleros y operadores comerciales. Todos ellos son usuarios de energía y potenciales interesados en el establecimiento de CER”, subrayaron los investigadores.

“El análisis considera paneles solares orientados al sur con un ángulo acimutal de 0 grados y un ángulo de inclinación de 30 grados, utilizando módulos fotovoltaicos comerciales con una potencia nominal de 315 W por módulo”, explican los investigadores. “Se asume un sistema de columna de agua oscilante (OWC) como tecnología elegida para aprovechar la energía de las olas”.

Los costes de capital asumidos para la fotovoltaica fueron de 1.200 euros (1,295 dólares)/kW, 1.500 euros /kW para el CME y 350 euros/kW para el BESS. El modelo consideraba instalaciones fotovoltaicas de hasta 12 MW, CME de hasta 5 MW y BESS de hasta 5 MWh.

Además, el estudio consideró siete REC que pueden funcionar juntos o por separado. El REC de la autoridad portuaria (PA REC) consiste principalmente en la zona pública, mientras que los REC 1-5 son entidades agrupadas en función de su proximidad. El REC del puerto se refiere a una gran comunidad energética de todo el puerto, con una demanda máxima de 3.800 kW.

“Según la información facilitada públicamente por la autoridad portuaria, los principales agentes que operan dentro de los límites del puerto pueden agruparse en empresas generales, operadores del sector del pasaje, astilleros y operadores comerciales. Todos ellos son usuarios de energía y potenciales interesados en el establecimiento de CER”, subrayaron los investigadores.

Según ellos, la optimización del sistema permitiría una REC portuaria con un 90% de autoconsumo y un 60% de autosuficiencia. Esto arroja un coste del ciclo de vida (CCV) durante 20 años de 35 millones de euros, teniendo en cuenta que, de otro modo, los operadores portuarios habrían gastado 86 millones de euros. El BESS supone un aumento del 15% de la energía autoconsumida.

“La decisión entre crear uno o varios REC en el puerto depende de las características específicas del puerto”, concluyen los académicos. “Los resultados de la optimización mostraron que los REC múltiples proporcionan más ingresos totales y conducen a un menor LCC (19 millones de euros frente a 35 millones de euros) en comparación con la implantación de un único REC en los puertos. Sin embargo, el autoconsumo virtual disminuye ligeramente hasta el 81%”.

Los investigadores sugirieron que “la complejidad de la gestión de los activos de energías renovables en los puertos puede abordarse mediante la gestión centralizada de múltiples REC en los puertos a través de una sinergia entre la Autoridad Portuaria, los operadores portuarios, los miembros de los REC y terceros actores. Propusimos un modelo de gestión que implica a todos ellos e introduce una asignación supervisada de nuevos miembros, dividiendo las funciones de gestión entre la administración central y los CER individuales. De este modo, los puertos pueden ofrecer servicios más competitivos y rentables a los usuarios portuarios”.

Sus conclusiones se presentan en “Empowering sea ports with renewable energy under the enabling framework of the energy communities“, publicado en Energy Conversion and Management. En el estudio también participaron científicos de la Universidad Concordia de Canadá.

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