Cambio climático y riesgo de inundación de centrales solares

Diseñar proyectos solares resilientes para soportar eventos de inundaciones catastróficas es un equilibrio delicado de manejar. Los diseños deben cumplir o superar los requisitos del código, mantener la integridad estructural cuando se enfrentan a inundaciones extremas y minimizar tanto los costos de capital como los gastos operativos del proyecto.

Un diseño de proyecto bien equilibrado es aquel que maximiza el uso del espacio edificable para una parcela de tierra y evita impactos costosos por daños por inundaciones durante el período operativo. Esto último se puede lograr mediante la construcción de paneles solares fuera de las áreas de inundación esperadas o incorporando un diseño estructural con bordo adecuado y resistencia estructural para sobrevivir a inundaciones extremas.

La inundación de 100 años es el punto de referencia común, o inundación de diseño, que los ingenieros consideran al determinar los diseños de paneles solares y los tamaños de las piezas estructurales. Este evento extremo se define como una inundación que tiene una probabilidad de 1 en 100 de ser igualada o superada en un año determinado. Existe evidencia tanto estadística como anecdótica que respalda la afirmación de que los eventos de inundaciones extremas de hoy son más severos (es decir, mayores profundidades, extensiones y velocidades) y más frecuentes que los promedios históricos. Esto se ilustra estadísticamente en el gráfico que se muestra a continuación. Esta figura muestra un porcentaje cada vez mayor de la superficie terrestre en Estados Unidos donde una porción mayor de lo normal de la precipitación anual total proviene de eventos extremos de un solo día.

Si bien los eventos de precipitación extrema parecen ocurrir con mayor frecuencia, los requisitos de diseño para la protección contra inundaciones no se han vuelto más estrictos para tener en cuenta estas condiciones cambiantes. Sí los requisitos de diseño de protección contra inundaciones no evolucionan en paralelo con un clima cambiante, los proyectos solares pueden sufrir una tasa de daños por inundación más alta de lo esperado durante su vida útil de 25 a 40 años.

Impacto de las inundaciones en las energías renovables

El impacto que las inundaciones pueden tener en las centrales solares se destaca en la foto a continuación. Además de los impactos potencialmente negativos en los componentes estructurales y eléctricos de los proyectos, pueden ocurrir problemas relacionados con el control de la erosión. Es importante tener en cuenta las inundaciones de manera adecuada en el diseño de proyectos solares para evitar un mayor tiempo de inactividad, mayores costos de reparación de equipos e impactos negativos en hábitats ambientalmente sensibles.

• El acceso al sitio

Las instalaciones solares suelen contener caminos de tierra o grava para acceder a lugares importantes, como bloques de módulos, armarios eléctricos y estaciones meteorológicas. Incluso las inundaciones menores pueden erosionar o bloquear los caminos de acceso en un sitio solar, lo que impide que el personal de operaciones trabaje en equipos que necesitan atención, lo que puede resultar en un mayor tiempo de inactividad. Los sitios que son topográficamente complejos o que contienen suelos cohesivos que drenan mal tienen un riesgo elevado de tener problemas de acceso como resultado de la erosión o períodos prolongados de agua estancada.

• Fallas estructurales

Las inundaciones tienen el potencial de dañar la estructura y los módulos, particularmente en lugares donde se esperan altas velocidades de flujo durante una inundación. Los escombros pueden ser transportados por el agua en movimiento y estos objetos pueden impactar y causar fallas estructurales en los módulos de las estanterías. La estructura de estantería convencional incluye pilotes de acero hincados. El agua que fluye en la interfaz entre el pilote y el suelo puede causar socavación del suelo en la base de los pilotes, lo que reduce efectivamente el empotramiento del pilote y la capacidad de carga.

• Daño ambiental

Los hábitats ambientalmente sensibles, como los humedales, a menudo se encuentran cerca o dentro de los límites del campo solar. Estos ambientes pueden ser degradados por los sedimentos y contaminantes transportados desde sus cuencas hidrográficas durante las inundaciones. Los proyectos solares a menudo están obligados a cumplir con estrictos requisitos de permisos destinados a prevenir impactos en los humedales y el hábitat. Las inundaciones en un proyecto elevan el riesgo de transporte no autorizado de sedimentos o contaminantes que podría dar lugar a problemas de incumplimiento de los permisos.

• Daños en equipos eléctricos

Las instalaciones solares contienen una amplia gama de equipos y conductores eléctricos. Muchos de estos componentes tienen clasificaciones de protección de ingreso, pero por lo general no están diseñados para ser sumergibles. La exposición prolongada al agua, especialmente en inmersión, puede dañar el equipo eléctrico que debe reemplazarse.

Mitigación del riesgo de inundación

La atención adecuada a las medidas de mitigación del riesgo de inundación durante el desarrollo y la construcción de un proyecto solar puede prevenir impactos negativos. La estimación precisa de las condiciones de inundación juega un papel clave en el diseño del equipo y los requisitos de especificación de diseño para minimizar los costos de reparación y el tiempo de inactividad del proyecto. Algunas de las principales consideraciones de diseño para abordar el riesgo de inundaciones en un proyecto se resumen a continuación.

• Estudios de inundaciones

Los consultores civiles pueden realizar estudios de inundación específicos del sitio, a menudo denominados estudios de hidrología, para determinar las extensiones, profundidades y velocidades de inundación anticipadas asociadas con diferentes escenarios. Estos estudios suelen ser más precisos e incluyen más información que los Mapas de Tasas de Seguro contra Inundaciones (FIRM por sus siglas en inglés) de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA por sus siglas en inglés) disponibles de forma pública que se usan comúnmente como base de diseño para proyectos solares. Un estudio de inundación es una fuente de datos clave para informar detalles de diseño civil, estructural y eléctrico.

• Diseño civil

Se preparan dibujos civiles para proyectos solares para especificar los requisitos de diseño de drenaje y control de erosión. Es importante que los planos civiles incluyan especificaciones sobre el uso de las mejores prácticas de gestión (BMP, por sus siglas en inglés) establecidas, como cercas de limo, desvíos de escorrentía o amortiguadores de corrientes para evitar impactos negativos de erosión en el medio ambiente circundante. Además de los requisitos de control de erosión, los dibujos de diseño civil también especifican los detalles de diseño para las características de control de aguas de luvia en un sitio. Esto puede incluir la ubicación y el tamaño de cruces de aguas bajas, alcantarillas, cuencas de aguas pluviales y canales. Los dibujos civiles también muestran detalles de nivelación en un proyecto que impacta el flujo de agua en un sitio. Tanto el control de la erosión como los detalles del diseño de aguas pluviales pueden ser informados por los hallazgos del estudio de hidrología.

• Diseño estructural

Se preparan dibujos estructurales para proyectos solares para mostrar los requisitos de diseño de seguidores y estanterías. La consideración del diseño estructural para el almacenamiento del rastreador, el francobordo del equipo y la protección contra la socavación de pilotes son importantes para mitigar el riesgo de inundación en los proyectos solares. Si se esperan inundaciones dentro de la huella de la matriz solar en un proyecto, los rastreadores se pueden programar u operar manualmente para que giren a una posición de “almacenamiento de inundación”. Esta es una posición paralela, o casi paralela, con el suelo que permite que el agua fluya para evitar el impacto de los módulos y reduce el riesgo de daños en los módulos durante una inundación. Los sistemas de estanterías de inclinación fija se pueden diseñar para proporcionar un “francobordo” o espacio mínimo entre el borde inferior de los módulos y la elevación estimada de la superficie del agua de inundación.

El contacto del agua con los cimientos durante una inundación puede ser inevitable, por lo tanto, los pilotes se pueden blindar con escollera para reducir la energía del agua que fluye y evitar el lavado del material alrededor de los pilotes. Alternativamente, la profundidad de socavación se puede estimar en un estudio hidrológico y se puede despreciar una profundidad específica del suelo alrededor de los pilotes en los cálculos estructurales para garantizar que los pilotes tengan la capacidad estructural adecuada en caso de erosión. La protección y el diseño inadecuados del equipo del proyecto solar pueden provocar cortocircuitos o daños que requieran reemplazo.