Resumen de Una aproximación geoespacial para la estimación de la generación de energía fotovoltaica en Sonora

Leonardo Coronado Arvayo, José Mauricio Galeana-Pizaña

• español

  A nivel internacional existe acuerdo en que la energía fotovoltaica (EF) es un pilar de la transición energética requerida para mitigar los efectos del calentamiento global. El presente artículo tiene por objetivo general aportar una primera aproximación geoespacial para estimar la proporción de territorio y la cantidad de electricidad factible de ser generada mediante el proceso fotovoltaico en el estado de Sonora. Para cumplir con esto, primero es necesario plantear que método es el más apto para identificar estos sitios. En la literatura se identificó que el proceso analítico jerárquico (AHP, por sus siglas en inglés) es una de las metodologías más empleadas para la selección de sitios para la producción de diferentes tipos de energías solares, incluyendo mayoritariamente a la fotovoltaica (Suprova et al., 2020; Malemnganbi y Shimray, 2020; Al Garni y Awasthi, 2017; Solangi et al., 2019). Una mezcla de GIS y AHP es uno de los submétodos más apto para identificar estos sitios y aplicarles condiciones específicas (Chandio et al., 2012), en este caso en particular a través de la aplicación de ecuaciones, usando algebra de mapas, para estimar la producción teórica de electricidad para toda la entidad federativa con el proceso fotovoltaico. Ya que los sistemas de información geográfica (GIS-AHP permiten espacializar objetivos específicos.

  De aquí que la primera tarea fuera espacializar las variables determinísticas del proceso fotovoltaico, así como los sitios donde no es posible producir esta energía. En este caso, se obtuvieron las variables meteorológicas gracias a datos de las estaciones de CESAVE-SIAFESON (2020). Por cuestiones de disponibilidad de datos y consistencia de estos en las estaciones, se emplearon 97 estaciones en total. Estas registran diferentes medidores. Como estos datos son geográficamente puntuales, se requirió utilizar técnicas de interpolación espacial para hacerlos continuos.

  El resto de los criterios de selección se obtiene de diferentes fuentes de información. En el caso de la elevación del terreno del Continuo de Elevaciones Mexicano de INEGI (s.f.), la inclinación y la orientación del terreno se estimaron a partir de los datos de elevación con la técnica geodésica de su método respectivo en el software Arcmap. Las vialidades se tomaron de la Red Nacional de Caminos, obtenida de INEGI (2020), las manchas urbanas y rurales respectivas de INEGI (2016) y las líneas de transmisión eléctrica de CENACE (2016). El método de proximidad empleado para estas tres variables fue el de camino-distancia del software Arcmap.

  Los criterios de exclusión son las líneas de transmisión (CENACE, 2016), los patrimonios de la humanidad (CONANP, 2021a), las áreas naturales protegidas (CONANP, 2021), los sitios de vegetación nativa y vida (INEGI, 2017), los cuerpos de agua (INEGI, 2009), las manchas urbanas y rurales (INEGI, 2016), la propiedad social que se encuentra en la carta catastral de Sonora (INEGI, 2016a), la red vial (INEGI, 2020c), lugares con una inclinación mayor a 10 grados (INEGI, s.f.) y los sitios turísticos, religiosos, aeropuertos y otros (INEGI, 2020c).

  Con esto se contó con las variables determinísticas y los sitos no aptos para instalar plantas solares. Para identificar la importancia relativa de las variables determinísticas se utilizaron estudios similares como son Sánchez-Lozano et al. (2013), Chen et al. (2014), Noorollahi et al. (2016), Zoghi et al. (2017), Doljak y Stanojević (2017), Al Garni y Awasthi (2017) y Doorga et al. (2018).

  Posteriormente se aplicó el método de AHP a los datos espaciales para generar la clasificación de los sitios para cumplir con el objetivo de producir electricidad vía el proceso fotovoltaico. Tanto a los resultados como a Sonora en su totalidad, se le aplicaron ecuaciones especificas (Obukhov et al., 2017; Ropp et al., 1997; Faiman, 2008; Huld y Gracia Amillo, 2015) usando algebra de mapas para estimar la electricidad que es posible generar usando panales solares.

  Se encontró que 35.85% del territorio puede ser usado para generar esta energía y con solo 0.58% de este territorio, equivalente a 1081 km2, se podría abastecer el consumo total de electricidad mexicano del año 2020 (Expansión, s.f.).  De esa forma, la energía fotovoltaica en el país es un recurso fundamental y con alta factibilidad para lograr la transición energética.

• English

  There is international agreement that photovoltaic energy (PE) is a pillar of the energy transition required to mitigate the effects of global warming. The general objective of this article is to make a first geospatial approximation to estimate the proportion of territory and the amount of electricity feasible to be generated by the photovoltaic process in the state of Sonora.

  In order to achieve this objective, it is first necessary to determine the most appropriate method for identifying these sites. In the literature, it has been found that the Analytical Hierarchical Process (AHP) is one of the most used methods for the selection of sites for the production of different types of solar energy, mainly photovoltaic (Suprova et al., 2020; Malemnganbi and Shimray, 2020; Al Garni and Awasthi, 2017; Solangi et al., 2019).

  Where the mixture of GIS and AHP is one of the most appropriate submethods to identify these sites and apply specific conditions to them (Chandio et al., 2012), in this particular case through the application of equations using map algebra to estimate the theoretical electricity production for the entire federal entity with the photovoltaic process. Since Geographic Information Systems (GIS)-AHP allow the spatialization of specific objectives.  Therefore, the first task is to spatialize the deterministic variables of the photovoltaic process, as well as the locations where it is not possible to produce this energy. In this case, the meteorological variables were obtained thanks to the data of the CESAVE-SIAFESON weather stations (2020). Due to data availability and consistency issues, a total of 97 stations were used. The stations consist of a number of different climatological gauges. Since these data are geographically punctual, it was necessary to use spatial interpolation techniques to make them continuous.

  The rest of the selection criteria are obtained from various sources of information. In the case of terrain elevations from the Mexican Continuum of Elevations of INEGI (n.d.), the slope and orientation of the terrain were estimated with the elevation data using the geodetic technique of its respective method in the Arcmap software. The roads were taken from the national road network obtained from INEGI (2020), the corresponding urban and rural areas from INEGI (2016), and the power lines from CENACE (2016). The proximity method used for these three variables was the path-distance method of the Arcmap software.

  Exclusion criteria were power transmission lines (CENACE, 2016), World Heritage Sites (CONANP, 2021a), protected natural areas (CONANP, 2021), native vegetation and habitats (INEGI, 2017), water bodies (INEGI, 2009), urban and rural spots (INEGI, 2016), social property found in the Sonora cadastral map (INEGI, 2016a), road network (INEGI, 2020c), places with slopes greater than 10 degrees (INEGI, n. f.), and tourist, religious, airport, and other sites (INEGI, 2020c).

  Thus, we had both the deterministic variables and the locations unsuitable for the installation of solar plants. To identify the relative importance of the deterministic variables, similar studies were used, such as Sanchez-Lozano et al. (2013), Chen et al. (2014), Noorollahi et al. (2016), Zoghi et al. (2017), Doljak and Stanojević (2017), Al Garni and Awasthi (2017) and Doorga et al. (2018).

  In light of this, the AHP method was applied to the spatial data in order to generate the ranking of sites to achieve the goal of producing electricity through the photovoltaic process. A specific equation using map algebra (Obukhov et al., 2017; Ropp et al., 1997; Faiman, 2008; Huld and Gracia Amillo, 2015) was applied to both the results and the whole of Sonora to estimate the electricity that could be generated using solar panels.

  It was found that 35.85% of the territory could be used to generate this energy, and that only 0.58% of this territory, corresponding to 1,081 km2, could supply all of Mexico's electricity consumption in 2020 (Expansión, n.d.).  Thus, photovoltaic energy in the country is a fundamental resource with high feasibility to achieve the energy transition.