CÓMO HACER UN ESTUDIO HIDROLÓGICO PARA UNA PLANTA FOTOVOLTAICA EN ESPAÑA

La preocupación global por la transición energética y el abaratamiento de las energías renovables está haciendo crecer el número y tamaño de proyectos de plantas fotovoltaicas. En esta entrada de blog te enseñamos a cómo hacer un estudio hidrológico para estos proyectos.

La preocupación global por la transición energética y el abaratamiento de las energías renovables está haciendo crecer el número y tamaño de proyectos de este tipo. Estas instalaciones suelen ocupar grandes áreas y requieren en muchos casos obra civil de algún tipo, por lo que el buen diseño de una red de drenaje será necesario de cara a proteger nuestra infraestructura.

planta fotovoltaica

Planta fotovoltaica

Por ello, cada vez hay más demanda de profesionales especializados en hidrología y en el diseño de drenajes de este tipo de plantas. En este artículo veremos los pasos básicos para realizar un estudio hidrológico y un correcto diseño de drenajes para una planta fotovoltaica.

Partiremos de la hipótesis de una planta fotovoltaica situada en algún lugar de España, cubriendo el área que se muestra abajo.

Área seleccionada para el estudio

Área seleccionada para el estudio

Descarga de datos

Los datos topográficos los descargaremos de la página web del Instituto Geográfico Nacional. En concreto, nos descargaremos el Modelos Digital del Terreno (MDT) y la Ortofoto con mayor actualidad posible. Estos datos son de descarga gratuita en España.

Descarga de datos

Centro de descarga de datos

Cabe destacar que los datos de topografía descargados del IGN son suficientes para un estudio hidrológico, pero, para el diseño de los drenajes, necesitaremos una topografía más detallada, ya que el trazado de las cunetas y su capacidad dependerá mucho de la pendiente del terreno en cada punto.

Los datos de rugosidad del terreno y uso del suelo se pueden obtener a partir de observaciones de la ortofoto y literatura especializada, a través de información en página web oficiales (Junta de Andalucía, etc.) o a través de software como Caumax, etc.

Los datos de lluvia se pueden obtener a partir de la página web de la Agencia Meteorológica correspondiente o de publicaciones como Máximas lluvias diarias en España Peninsular.

Esta segunda publicación la recomiendo en el caso en que no nos encontremos en una zona de alto riesgo hídrológico, ya que aunque la base de datos en la que se basa es amplia y los métodos de cálculo que usa son correctos, la publicación es de 1990, por lo que puede estar desactualizada teniendo en cuenta los cambios en las precipitaciones que se están empezando a dar debido al cambio climático.

Análisis del MDT y obtención de cuencas y cauces

Una vez tenemos dichos datos, debemos hacer un estudio hidrológico preliminar de la zona de estudio, de forma que podamos ver cómo drena el agua y los caudales que se alcanzan naturalmente en nuestra zona de estudio.

Para ello, primero debemos hacer un análisis de las cuencas hidrográficas de los cauces naturales que se forman en nuestro proyecto. Una forma bastante rápida de actuar sería utilizando software de tipo GIS.

Análisis de las cuencas hidrográficas de los cauces naturales

Análisis de las cuencas hidrográficas de los cauces naturales

Con esta información sabremos en qué punto debemos calcular los caudales máximos de escorrentía que podrán atravesar nuestra planta, es decir, los caudales se calcularán en el punto en el que los cauces naturales que han atravesado nuestra plataforma salgan de ella.

Puntos en donde calcular los caudales máximos de escorrentía

Puntos en donde calcular los caudales máximos de escorrentía

Obtención de caudales máximos en cauces principales

Una vez tenemos definidas las cuencas y sus puntos de vertido, procedemos a calcular los parámetros hidrológicos y físicos para la obtención del caudal máximo en los puntos señalados, tales como el tiempo de concentración, el coeficiente de escorrentía y las curvas IDF.

Dichos métodos se pueden encontrar, aplicables para España, en la instrucción I.C.5.2 de drenaje superficial.

Cabe destacar que la mayor parte de las veces nos encontraremos con cuencas de menos de 50 Km2, por lo que podremos utilizar el método racional.

Con este cálculo ya tendremos un análisis hidrológico de la zona, y podremos ver por dónde se presentan los mayores riesgos hidráulicos.

Cómo diseñar los drenajes

Una vez tenemos una visión de cómo se produce la escorrentía en el área de nuestra planta fotovoltaica, podemos ver cómo atajar dicha agua y redirigirla de forma que afecte lo mínimo posible a nuestro diseño. Para ello es muy útil seguir las siguientes directrices:

  • Intercepta el agua antes de que llegue a la planta mediante cunetas perimetrales en los límites aguas arriba de la planta.

  • Ten en cuenta que, al construir la planta, no sólo cambia la topografía, sino que también cambia la rugosidad del terreno, por lo que los caudales totales serán diferentes.

  • Las cunetas deben tener siempre pendiente ligeramente descendiente (por ello será necesaria una topografía de mayor detalle para poder diseñar las cunetas y ODT).

  • Protege sólo las infraestructuras necesarias y permite el flujo moderado a través de la superficie de la planta (moderado significa que no produzca erosión).

  • Divide y vencerás, trata de partir las cuencas hidrográficas resultantes mediante cunetas para evitar que se concentre demasiada agua en los cauces. Por otro lado, trata que las cunetas no terminen concentrando el caudal en un solo punto de vertido.

  • Asegúrate que tu red de drenaje no está sobredimiensionada y no obstaculiza las labores de operación y mantenimiento, para ello:

    • No suele ser necesario poner cunetas a ambos lados de los caminos

    • Es conveniente en muchos casos cambiar cunetas por badenes para el acceso de la maquinaria de mantenimiento.

    • Hay que tener en cuenta siempre de donde viene el agua para poner cunetas sólo de ese lado.

Una propuesta válida de drenajes podría ser la siguiente:

Propuesta de drenaje

Propuesta de drenaje

Siendo:

  • En rojo: los polígonos donde se situarán los seguidores de los paneles:

  • En negro: los caminos de acceso proyectados.

  • En verde: El drenaje longitudinal proyectado indicando su pendiente

  • En amarillo: las obras de drenaje transversal.

  • Los círculos negros representan los puntos de vertido de nuestra red de drenaje.

Como podemos ver, con esta red de drenaje conseguimos interceptar el agua de las cuencas y dividirla de forma que no se acumula, no afecta a las obras y tiene varios puntos de vertido, evitando así una gran concentración de caudales.

También vemos que los caminos en ningún momento tienen cuneta a ambos lados, de forma que optimizamos los metros de cuneta o badén que debemos realizar.

Los vertidos se realizan a sus cauces naturales, por lo que no estamos modificando el régimen hídrico natural.

Cuando debido a la topografía no podemos desaguar los caudales con cunetas paralelas a los caminos, como en el caso de la cuneta diagonal dibujada, podemos idear varias soluciones, desde una cuneta que transcurra entre seguidores, hasta una zona protegida con grava, piedras o geoceldas donde soltemos libremente el caudal sin temor a que este cauce natural se erosione.

Ejemplo de una solución posible

Ejemplo de una solución posible

Cabe destacar que en este caso hemos utilizado una topografía no detallada y no hemos tenido en cuenta los cambios en la topografía que supondría la construcción de la explanada para la planta.

Cómo calcular los caudales en cunetas y ODT.

Una vez que tenemos nuestro drenaje diseñado en planta, deberíamos definir su capacidad y sección. Para ello, debemos cortar las cuencas vertientes según las cunetas y recalcular los caudales sabiendo que las cunetas, al interceptar las cuencas transversalmente, deben calcular su caudal utilizando la hipótesis de flujo difuso para el método racional (ver instrucción IC 5.2).

También hay que tener en cuenta que, tanto las cunetas como ODT, no sólo reciben el caudal de su cuenca correspondiente, sino de las cunetas u ODT antecesoras.

En resumen, tenemos que volver a dividir las cuencas según lo que recoge cada obra de drenaje, calcular el caudal generado en dicha microcuenca y a continuación definir la sección de dicha obra para que sea capaz de abarcar el caudal de su microcuenca así como el caudal de las obras de drenaje precedentes.

Por último, deberíamos asegurarnos que los puntos de vertido no desaguan un caudal mayor al que se desaguaría de forma natural sin la presencia de la plataforma o el sistema de drenaje, de forma que nuestra infraestructura no produzca daños que no se harían en ausencia de la misma.

Si quieres obtener más información sobre el diseño de drenajes de una planta fotovoltaica, apúntate al curso de Ingeniería Civil Aplicada al Drenaje y Control de Aguas Superficiales impartido en EIMA. Puedes ponerte en contacto con nosotros a través de info@eimaformacion.com o llamarnos al 911 302 085.