assessment of energy production options in lieu of orange cultivation in ribera baixa (valencia)

14
International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 www.ijesci.org doi: 10.14355/ijes.2014.0404.01 109 Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia), Spain Enrique A. Navarro 1 , Alfred Wong *2 1 Instituto de Robótica y Tecnologías de la Información y Las Comunicaciones (IRTIC), Universitat de València, Paterna (València), Spain. 2 Arbokem Inc., Vancouver, Canada. * Correspondence to: P.O. Box 34173, Vancouver V6J 4N1, Canada. Email: [email protected] Received 17 March 2014; Revised 22 April 2014; Accepted 24 April 2014; Published 3 July 2014 © 2014 Science and Engineering Publishing Company Abstract The Comunitat Valenciana is the largest orange producing area in the European Union. During the past decade, orange cropping has been under severe economic stress arising from increasing competition from lesscostly foreign imports. Consequently, farmgate prices are depressed to the extent that it has effectively fallen to the same or below the cost of production. Orange groves are being abandoned in many instances. Preliminary assessment showed that conversion of orange grove in Ribera Baixa to produce energy does not appear to be a viable option. Electric power generation is not practicable in the absence of government feedin tariff subvention. Photovoltaic power generation might however be practicable for self consumption under certain circumstances. Use of crude microalgal oil does not provide sufficient economic benefits to the prospective onroad end uses, in absence of any excise tax exemption. The production yield of crude moringa oil is far below that of crude microalgal oil to be of competitive interest. Keywords Biofuel; Economy; Energy; Oranges; Ribera Baixa; Valencia Introduction Orange (Citrus sinensis (L.) Osbeck), one of the most widely grown tree fruit crop in the World, is native to southern China (Morton, 1987). Cultivation of oranges in eastern coastal Spain began during the Islamic Era. In the 1970s, there was a major rapid expansion of orange production in both Comunitat Valenciana and Andalusia. In 2010, Comunitat Valenciana produced ~1.51 million tonnes of sweet oranges, accounting for about 57% of the total orange production in Spain (IVE, 2012). Most of the oranges are grown in the province of Valencia. Orange is cropped in about 19% of the land area of Ribera Baixa, the highest among all the comarcas of the Comunitat Valenciana (GVA, 2010; IVE, 2012). The geographic location of Ribera Baixa is given in Figure 1. The land holdings in Ribera Baixa are highly fragmented (Wong and Navarro, 2013). The typical size of a single orangegrove holding is in the range of 0.2 to 1.0 hectare. It has been evident for many years that the net revenue from such small scale orange cropping does not provide sufficient living income for the land owner. Indeed many growers have alternative wagepaying offfarm employment. It may be noted that there are also significant number of farmers who combine rice cropping and orange cropping activities to achieve sufficient income for sustenance. During the past few years, the orange cropping economy in Spain has been in significant decline. The underlying causes are well known: higher input costs, and longterm decrease in the price of fresh oranges imported into the vital EU markets from overseas. Both causes are difficult to resolve. Labour is and will continue to be a significant cost factor in the production of fresh oranges. And the labour cost in Spain is substantially higher than that in offshore countries such as Brazil, Egypt, Morocco and South Africa. Freer trade with these producing countries into the EU is increasing irreversibly year by year. Nevertheless, direct government subvention for

Upload: shirley-wang

Post on 01-Apr-2016

216 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

http://www.ijesci.org/paperInfo.aspx?ID=15497 The Comunitat Valenciana is the largest orange producing area in the European Union. During the past decade, orange cropping has been under severe economic stress arising from increasing competition from less-costly foreign imports. Consequently, farm-gate prices are depressed to the extent that it has effectively fallen to the same or below the cost of production. Orange groves are being abandoned in many instances. Preliminary assessment showed that conversion of orange grove in Ribera Baixa to produce energy does not appear to be a viable option. Electric power generation is not practicable in the absence of government feed-in tariff subvention. Photovoltaic power generation might however be practicable for self consumption under certain circumstances. Use of crude microalgal oil does not provide

TRANSCRIPT

Page 1: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

doi: 10.14355/ijes.2014.0404.01

109 

Assessment of Energy Production Options in 

Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa 

(Valencia), Spain Enrique A. Navarro1, Alfred Wong*2 

1Instituto de Robótica y Tecnologías de la Información y Las Comunicaciones (IRTIC), Universitat de València, 

Paterna (València), Spain. 

2Arbokem Inc., Vancouver, Canada.  

* Correspondence to: P.O. Box 34173, Vancouver V6J 4N1, Canada.  

E‐mail: [email protected] 

 

Received 17 March 2014;  Revised 22 April 2014; Accepted 24 April 2014; Published 3 July 2014 

© 2014 Science and Engineering Publishing Company  

 

 Abstract 

The Comunitat Valenciana  is  the  largest  orange producing 

area in the European Union.  During the past decade, orange 

cropping has been under severe economic stress arising from 

increasing  competition  from  less‐costly  foreign  imports. 

Consequently,  farm‐gate prices  are depressed  to  the  extent 

that it has effectively fallen to the same or below the cost of 

production. Orange  groves  are  being  abandoned  in many 

instances. Preliminary assessment showed that conversion of 

orange  grove  in  Ribera  Baixa  to  produce  energy  does  not 

appear to be a viable option. Electric power generation is not 

practicable  in  the  absence  of  government  feed‐in  tariff 

subvention.  Photovoltaic  power  generation might  however 

be  practicable  for  self  consumption  under  certain 

circumstances. Use of crude microalgal oil does not provide 

sufficient economic benefits  to  the prospective on‐road end 

uses, in absence of any excise tax exemption. The production 

yield  of  crude  moringa  oil  is  far  below  that  of  crude 

microalgal oil to be of competitive interest. 

Keywords 

Biofuel; Economy; Energy; Oranges; Ribera Baixa; Valencia 

Introduction

Orange  (Citrus  sinensis  (L.) Osbeck),  one  of  the most 

widely grown tree fruit crop in the World, is native to 

southern China (Morton, 1987). Cultivation of oranges 

in eastern coastal Spain began during the Islamic Era.  

In  the  1970s,  there was  a major  rapid  expansion  of 

orange production  in both Comunitat Valenciana and 

Andalusia.  In  2010,  Comunitat  Valenciana  produced 

~1.51 million  tonnes of sweet oranges, accounting  for 

about 57% of the total orange production in Spain (IVE, 

2012). Most of  the oranges are grown  in  the province 

of Valencia. Orange  is  cropped  in  about  19%  of  the 

land  area  of Ribera Baixa,  the  highest  among  all  the 

comarcas  of  the  Comunitat  Valenciana  (GVA,  2010; 

IVE, 2012). The geographic  location of Ribera Baixa  is 

given  in Figure 1. The  land holdings  in Ribera Baixa 

are highly fragmented (Wong and Navarro, 2013). The 

typical size of a single orange‐grove holding  is  in  the 

range  of  0.2  to  1.0  hectare.  It  has  been  evident  for 

many years that the net revenue from such small scale 

orange  cropping  does  not  provide  sufficient  living 

income  for  the  land  owner.  Indeed  many  growers 

have alternative wage‐paying off‐farm employment. It 

may be noted that there are also significant number of 

farmers  who  combine  rice  cropping  and  orange 

cropping  activities  to  achieve  sufficient  income  for 

sustenance.  

During  the  past  few  years,  the  orange  cropping 

economy  in Spain has been  in significant decline. The 

underlying causes are well known: higher input costs, 

and  long‐term decrease  in  the price  of  fresh  oranges 

imported  into  the  vital  EU  markets  from  overseas. 

Both causes are difficult to resolve. Labour is and will 

continue  to  be  a  significant  cost  factor  in  the 

production  of  fresh  oranges. And  the  labour  cost  in 

Spain  is  substantially  higher  than  that  in  off‐shore 

countries  such  as  Brazil,  Egypt, Morocco  and  South 

Africa. Freer trade with these producing countries into 

the  EU  is  increasing  irreversibly  year  by  year. 

Nevertheless,  direct  government  subvention  for 

Page 2: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

110  

orange growers has been solicited actively during  the 

past few years (Anon., 2011). In view of the continuing 

national budgetary problems and  the  lack of priority 

assigned  to  this  agricultural  sector  under  the  EU’s 

Common  Agricultural  Policy,  the  outlook  for  off‐

setting financial support is dismal.  

Up  until  about  2008,  conversion  of  orange  groves  to 

housing  estates  has  been  a  particularly  attractive 

option  for  many  farmers  who  wish  to  leave  the 

business  permanently. However,  the  economic  crash 

since that time has halted this exit strategy abruptly.  

A  new  strategy  of  agricultural  production  and 

distribution  is needed  to  rectify  this dismal economic 

situation (Wong and Navarro, 2014). This project was 

undertaken  to determine  if energy production  in  lieu 

of  orange  cropping  might  be  a  viable  practical 

alternative for Ribera Baixa farm land. 

Methods

Public‐domain documents, including reports, statistics 

and  journal  publications  were  used  for  the  present 

development  and  analysis  of  various  energy‐

production  scenarios  for  the  remediation  of  the 

declining orange‐cropping economy in Ribera Baixa.  

On an as‐required basis, USA cost data were adjusted 

to 2012 by using the Consumer Price Index calculator 

published  by  the  US  Bureau  of  Labor  Statistics 

(http://www.bls.gov/data/  inflation_calculator.htm). 

The  US  currency  was  converted  to  Euro  using 

reference  values  published  by  the  European  Central 

Bank  (ECB;  http://sdw.ecb.europa.eu/)  for  the 

indicated time. Typically, US‐dollar cost (or price) was 

first adjusted  for  inflation  (or deflation), and  then  the 

inflation/deflation‐adjusted value would be converted 

to Euros for the specified time period. 

Results and Discussion

In  view  of  the  high  incident  solar  radiation  and 

generally  warm  climatic  conditions  available  at  the 

latitude  of  Ribera  Baixa,  it  is  logical  to  consider  its 

deployment  to  produce  portable  energy.  Figure  2 

shows the candidate schemes evaluated. In particular, 

liquid fuel might be produced to offset the purchase of 

petro‐diesel fuel for on‐farm as well as off‐farm uses. 

 

FIG. 2 CANDIDATE ENERGY PRODUCTION OPTIONS 

~ 5,000 hectares of land in 

use for orange production 

in Ribera Baixa in 2011 

Cultivation of microalgae 

to produce crude oil 

Photovoltaic cells to 

produce electricity  

Cropping of oil‐bearing trees 

to produce crude oil 

Direct use in on‐farm 

and off‐farm diesel 

engines 

Sale to national 

power grid or to 

local users directly 

Annual average incident solar  

radiation on a horizontal surface  

= 4.49 kWh/m2/day (ASDC, 2012) 

  

Map: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Mapa_de_la_Ribera_ 

Baixa.png 

FIG. 1 GEOGRAPHIC LOCATION OF RIBERA BAIXA IN THE 

COMUNITAT VALENCIANA

0.3 ºW 

39.2 ºN

Page 3: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

    111

Power Generation 

During  the  past  decade,  Spain  had  an  exceptional 

large  expansion  in  power  generation  capacity  based 

on  renewables.  This  expansion  was  fuelled  by 

generous government  subsidies and  readily available 

bank financing. As of December 31, 2013, about 30% of 

the installed power capacity was based on renewables, 

notably solar and wind (Red Eléctrica de España, 2014: 

7). Since the start of the economic recession beginning 

in  2008,  the  Spanish  government  has  terminated  all 

subventions  for  the  installation  of  new  renewables 

power production (Morales and Sills, 2012). Moreover, 

it has cut previously‐promised feed‐in  tariff subsidies 

successively to leave the investors of renewable power 

generation in increasingly serious financial difficulties. 

Although the operating cost of power production from 

renewables such as wind and solar  is  inherently  low, 

the recurring significant cost of capital borrowing had 

to be continually financed. One of the consequences is 

the substantial steady rise in the price of (grid) power 

delivered to consumers to cover the financial shortfall. 

It is very plausible that grid power generators as well 

as  the  distribution  network  operator  are  also 

exploiting  the  present  subvention  turmoil  for 

additional  price  increases.  In  order  to  quell  the 

growing public discontent about steadily rising power 

cost  in  times  of  economic  recession,  the  government 

has now  intervened  in  the market  in a  reversal of  its 

standing policy of energy‐market liberalization (Anon., 

2013a; Minder,  2013; Anon.  2014).  This  pre‐tax  price 

relief may be temporary as the government still needs 

higher  tax  revenue and  lower  financial subvention  to 

re‐balance the national finance. The evolving political‐

economic  situation  has  a  considerable  impact  on  the 

ultimate  viability  of  small‐scale  private  power 

generation for sale to the national grid or to local users 

directly.   

1) Large‐scale Electric Power 

In  theory,  orange  cropland  could  be  converted 

easily to produce electricity using the photovoltaic 

(PV)  technology. Unlike  concentrated  solar power 

(including  coupling  to  Stirling  engines) 

technologies,  there would  be  no  need  for  cooling 

water.  In  the  simplest  configuration,  there would 

be no  storage  of heat  or  electricity during no‐sun 

periods.  For  this  preliminary  analysis,  highly 

idealized conditions of PV power generation were 

used.  

The annual  revenue of a solar photovoltaic power 

generation  option  for Ribera Baixa was  estimated 

as follows: 

 R = P * D * E * T                           (1) 

where R=  revenue  (€/ha  per  year),  P  =  peak  unit 

power  (MWp/ha),  D  =  maximum  daylight  time 

(hours/year),  E  =  inverter  efficiency  (%)  and  T  = 

wholesale tariff (€/MWh). 

The simple payout time was calculated as follows:  

P = C/R                                  (2) 

where C  =  capital  cost  of  installation  (€)  and R  = 

gross  pre‐tax  revenue  (€  per  year).  The 

assumptions used in these calculations are given in 

Table 1. The maximum net output per hectare was 

calculated to be 2,525 MWh for sale annually to the 

grid. This value  could be  considered  to be highly 

idealized.  In  an  evaluation  of  26  fixed‐tilt 

photovoltaic  installations  in  the  USA,  the  US 

Department of Energy  (2012) has  found  the direct 

land use by annual electricity production  to range 

from  400  to  1,250  MWh  per  hectare.  It  may  be 

noted  that most  of  the  surveyed US  installations 

are  located  in  desert‐like  regions  of  southwestern 

United  States.  The  production  capacity  of  the 

Moura  project  in  Portugal  had  cited  2,685 MWh 

generated per hectare of collector surface mounted 

on trackers (Acciona, 2008).  

Under  the highly  idealized  conditions used  in  the 

present  estimation,  the  maximum  gross  pre‐tax 

revenue would  be  €80,116  annually. At  a  capital 

cost of €3.642 million per hectare given  in Table 1, 

the  simple payback  time  is  calculated  to be about 

45  years.  It  is  evident  that  there  is  inadequate 

economy  in  the  conversion  of  orange  grove  to 

produce  electricity  (for  the  grid)  by  photovoltaic 

means,  in  the  absence  of  significant  State 

subvention. 

2) Small‐scale Electric Power  

Retail  prices  of  PV  panels  and  subsystems  fell 

substantially  during  the  year,  due  in  part  to  the 

Spanish  government’s  termination  of  all 

subventions  for  new  solar  power  production 

(Morales and Sills, 2012). The other  factor causing 

lower retail prices was the entry of many  low‐cost 

PV hardware manufacturers into the EU market. In 

retrospect,  the  generous  subvention  provided  by 

past Spanish governments had  induced exuberant 

expansion  of  solar  power  generation. At  present, 

PV panels (240 W/24 V) are retailing at about €200 

per unit. And PV kits (5‐kWpeak power, including  

Page 4: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

112  

TABLE 1 ASSUMPTIONS USED IN THE CALCULATION OF SOLAR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION UNDER HIGHLY IDEALIZED CONDITIONS 

  Parameter  Representative value  Remarks 

P Power (peak) per unit 

surface area 

0.71 MWp (peak, direct current) per 

hectare 

In an evaluation of 26 fixed tilt photovoltaic installations in the USA, the US 

Department of Energy (2012) has found the direct land use by capacity to 

range from 0.23 to 0.71 MW per hectare. 

The Andosol solar photovoltaic power station near Guadix [37.2 °N, 

3.1 °W], Andalucia reported 50 MW installed capacity from 51 hectares 

gross fixed‐tilt collector surface (Solar Millennium, 2009). 

D Daylight hours available 

at the specific location 2,821 hours net available 

Total 4,445 daylight hours annually at Sueca (ASDC, 2012). Assumed 20 

rainy days. Deduction of 2 hours after sunrise and 2 hours before sunset.

E  Inverter efficiency  80% Typical value for losses incurred in the converting of direct current to 

alternating current. Transformer efficiency is assumed to be 100%. 

T Tariff at pre‐tax 

wholesale level €50 per MWh 

Representative First Quarter, 2012 price (DG, 2012). Feed‐in tariff in Spain 

will be cancelled as of December 31, 2012 (DG Energy, 2012). 

Cost of installation of 

photovoltaic power 

system 

€3.642 million per hectare, without 

any thermal storage capacity (= 

€5,130 per kW‐peak, installed) 

The US‐EIA (2010) value was adjusted for inflation (1.06 multiplier) from 

2010 to 2012, and then converted at US$1.2502 to €1.00 using ECB 3rd 

Quarter, 2012 reference exchange rate. 

The Andosol Project reported a capital cost of €6,000 per kW installed, 

including thermal storage and extensive infrastructure (Solar Millennium, 

2009). 

€5,460 per kW with tracker system but without thermal storage, cited for 

the Moura solar photovoltaic power station, near Amareleja [38.2 °N, 

7.2 °W], Portugal (Acciona, 2008). 

 

panels wiring, controller, batteries and inverter) are 

available  in  the retail market at ~€ 7,900, exclusive 

of 21% VAT. The pre‐tax cost such a kit would be 

about €1,580 per kW. According to the vendor (see 

http://www.kitsolar.com),  the  kit  could  provide 

sufficient for the need of a modern house with full 

complements  of  electrical  appliances. 

Commentators  and  lobbyists  have  noted  that  the 

renewable  energy  sector  can  ʺhelp  end  the  crisis 

with  investment  in  self  consumption”  (Anon., 

2013b).  But  in  the  pursuit  of  acquiring  new  tax 

revenue, the government has imposed an excise tax 

on  PV  electricity  generated  for  in‐home  personal 

use  in mid‐2013  (Government  of  Spain,  2013).  In 

view of  this new  tax, private PV‐generated power 

has  instantly  become  uneconomical,  even  for  self 

consumption. In effect, the simple pay‐out time for 

an  average  size  house  installed  with  simple  PV‐

panels  has  now  increased  by  60%  (Anon.,  2013c). 

This  regressive  taxation  policy  has  effectively 

deterred  about  30%  of  the  households with  roofs 

for  PV  panel  installations  from  supplying  own 

pollution‐free electricity. The same Real Decreto Ley 

9/2013 also applies to any installation of PV panels 

in  privately‐owned  orange  orchards  for  the 

generation  of  power  for  own  use.  In  essence, 

everyone is being taxed for using the Sun! 

As  shown  in  Figure  3,  the  pre‐tax  retail  price  of 

electricity  for  medium‐size  households  has  been 

rising  rapidly  since  2007.  For  comparison,  in 

December,  2012,  the  cost  of  electricity  at  the 

household  level  in  Ribera  Baixa  was  €0.161  per 

kWh, exclusive of taxes and fees. The Instituto para 

la Diversificacion y Ahorro de  la Energía reported 

the  average  consumption  of  electricity  of  a 

detached medium‐size house in the Mediterranean 

region (including Ribera Baixa) to be 8,363 kWh per 

year  (IDAE,  2013).  If  the  representative  pre‐tax 

price was €0.15 per kWh, the potential valuation of 

PV electricity  to be generated  (for a house  located 

within an orange orchard) could be €1,254 annually. 

The  simple payout  time  for  the  installation of  the 

above‐described PV system would thus be about 6 

years, on a pre‐tax basis.  

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014Average  price (without taxes), Euro

per kWh

Spain EU‐15 EU‐27

 Basis: Annual household consumption: 2,500 to 5,000 kWh 

Source: EUROSTAT, 2014. 

FIG. 3 AVERAGE NATIONAL ELECTRICTY PRICES (WITHOUT 

TAXES) FOR MEDIUM‐SIZE HOUSEHOLDS IN SPAIN  

AND THE EU 

Without  consideration  of  any  standby  power 

demand and/or possible export of a small amount 

Page 5: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

    113

of  surplus  power  to  the  grid,  these  preliminary 

calculations  would  suggest  that  the  “power 

generation for self‐consumption” scenario might be 

economically feasible. 

If an “energy cooperative” of self consumers was to 

convert  one  hectare  of  “orange  grove”  for  PV 

power  generation,  the  potential  pre‐tax  value  of 

electricity  generated  would  be  as  much  as  €3 

million  on  the  basis  710  kWpeak  per  hectare  (from 

Table 1). The un‐surprisingly high valuation would 

certainly  tempt  the  “energy  cooperative”  to  sell 

surplus power outside the farm gate, to exploit the 

apparent  large  pre‐tax  price  differential  between 

retail  and  wholesale  electricity.  It  should  be 

cautioned however  that  the apparently  favourable 

economics  is  predicated  on  the  assumption  that 

there  is  no  cost  incurred  for  transmission  and 

distribution  to  houses  of  self‐consumers  located 

virtually  adjacent  to  the  hypothetical  PV  power 

generation site. In practice, this scenario may not be 

practicable as many existing houses within orange 

groves are not fully occupied on a year round basis, 

and not sufficiently clustered  to  render shared PV 

production of electric power. 

TABLE 2 AVERAGE RATIO OF NETWORK PRICE TO ENERGY PRICE FOR 

RETAIL ELECTRICITY DELIVERED TO DOMESTIC CONSUMERS 

  2007  2008  2009  2010 

Spain  No data  0.39  0.39  0.82 

EU‐15  1.13  0.64  0.67  0.71 

Sweden*  0.91  0.44  0.88  0.86 

 * inserted for comparison 

Source: Adapted from EUROSTAT, 2012. 

If  surplus  power  generated  was  to  be  exported 

outside  the  farm gate of  the “energy cooperative”, 

there would definitely be a substantial addition of 

network  cost. Table 2  illustrates  the magnitude of 

the network cost relative  to  the base  (≈ wholesale) 

cost  of  electricity  for  Spain,  Sweden  and  EU‐15. 

With  the  addition  of  a  network  cost,  the  pre‐tax 

price  differential  between  retail  and  “wholesale  + 

network”  would  narrow  substantially  for  the 

planned  power‐export  business  of  the  “energy 

cooperative”.  

Furthermore,  unfettered  reasonable  fee‐for‐service 

access  to  existing  transmission  and  distribution 

network  may  not  be  a  certainty  for  the  small 

electric  power  producer  such  as  the  hypothetical 

“energy  cooperative”.  Recent  EC  directives  (e.g., 

Directive 2009/72/EC) have mandated the complete 

segregation  of  power  transmission  business  from 

power  generating  companies  to  afford  greater 

market competition. The small independent power 

producers  still  encounter  the  problem  of  un‐

availability of volume discount for network usage. 

The  economic  viability  of  prospective  export  of 

surplus power by the “energy cooperative” would 

thus be degraded further.  

Biomass Oils 

The  conceptual plan  is  to produce  crude  triglyceride 

oil  from  microalgae  or  oil‐bearing  tree  crops.  The 

crude  triglyceride oil would  then be used directly  in 

diesel  engines with  little  or  no  engine modifications. 

Baquero  et  al.  (2010)  have  reported  successful 

experimental use of straight vegetable (triglyceride) oil 

in  farm  diesel  engines.  In  this  fashion,  the  costly 

refining  of  the  crude  triglyceride  oil  into  approved 

EN590  diesel  fuel  or  EN14591  ester  diesel  blending 

stock could be avoided. 

As  given  in  Table  3,  the  demand  of  diesel  fuel  for 

orange production  is relatively small, at ~90  litres per 

hectare  under  orange  cropping  conditions which  are 

similar  to  those  of  Ribera  Baixa.  In  comparison,  the 

demand for fuel (95% diesel + 5% gasoline) is given to 

be about 300 litres per hectare for rice cropping (Greer 

et  al.,  2012).  For  an  orchard  size  of  one  hectare,  the 

annual diesel fuel expense would be less than €100 for 

stand  maintenance,  if  the  farm‐use  diesel  fuel  was 

available for purchase at nominal €1.00 per litre (with 

excise  tax  exemption  and  reduced  value‐added  tax). 

This  small  expenditure  certainly does not  justify  any 

on‐purpose production of liquid fuel for this purpose.  

TABLE 3 FOSSIL FUEL USAGE REPORTED FOR ORANGE FARMS IN SEVERAL DIFFERENT COUNTRIES 

Location  Reference  Diesel fuel, litres/ha Yield*, kg/ha  Remarks 

Antalya, Turkey  Ozkan et al., 2004  338 None cited; about 300 

trees per ha 

100% diesel; including tillage (land preparation) 

and delivery of irrigation water 

Florida, USA  Pimentel, 2006  186  46,000 (field?)  50% vol. diesel + 50% vol. gasoline 

Manzadaran, Iran  Namdari et al., 2011  300  32,500 (field?) 100% diesel; including tillage (land preparation) 

and delivery of irrigation water 

San Joaquin Valley ‐ 

South (California), USA O’Connell et al., 2009  87  28,845 (field)  Diesel + gasoline; stand maintenance only. 

* In the case of fresh oranges, packing‐house yield is typically 80% of field yield. 

Page 6: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

114  

                                            Nitrogen and phosphorus from 

                                                            municipal liquid wastes 

                            Incident solar radiation 

                      Make‐up 

                     H2O 

                     CO2 

 

 

 

 

 

 

 Source: Adapted from Wong et al., 2013 

FIG. 4 CONCEPTUAL SCHEME TO PRODUCE CRUDE MICROALGAL OIL (CMO) IN RIBERA BAIXA 

However,  production  of  biofuel  for  on‐road  uses 

might  be  economically  more  attractive,  in  view  of 

continued rise in the base petroleum price globally. 

1) Microalgal Oil  

In  view  of  the  abundant  amount  of  sunlight  and 

warm  ambient  temperatures  available  annually, 

microalgal  oil  production  could  be  an  attractive 

candidate. As  in  the  case  of  rice  cropping  in  the 

same geographic region, it has been estimated that 

a production of 17,000 litres of crude microalgal oil 

(CMO) per hectare might be  feasible  (Wong et al., 

2013).  As  given  in  Figure  4,  the  proposed 

processing  scheme  would  result  in  no  effective 

discharge of process effluents or  solid wastes  into 

the receiving environment.  

In  order  to  implement  open‐pond  production  of 

microalgae,  a means  to  control  the  infiltration  of 

water  through  the  soil  would  be  required. 

Moreover, an effective water management scheme 

would  also  need  to  be  established  to  account  for 

the high evaporation of water from the open pond 

during the hot summer months. 

The scenario of producing CMO for on‐road uses is 

examined  in  Table  4.  The  two  principal 

assumptions used in this analysis are that a) CMO 

could be used directly in place of petro‐diesel with 

minor  engine  modification  to  account  lower 

calorific  value,  b)  the  cost  ready‐to‐use  CMO 

would  be  equivalent  to  the  base  pre‐tax  price  of 

petro‐diesel,  and  c)  excise  tax  for  on‐road  usage 

could not be  avoided. The European Commission 

(2012) has specific rules and regulations governing 

the collection of minimum excise  tax on  fuel  in all 

EU member states.  

Depending on  the  final organizational structure of 

the production facility, it may be possible to avoid 

the  payment  of  value‐added  tax  (VAT).    For 

example,  each member  of  a  “biofuel  cooperative” 

could  use  its  own‐produced  crude  bio‐oil,  after 

isolation  and  filtration  at  a  centralized processing 

facility.  It  could  be  argued  that  there  was  no 

transfer  of  ownership  of  any  goods  to  cause  any 

imposition of VAT.  

0

100

200

300

400

500

600

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000

CMO production cost, € per litre

Cost saving at pump, 

€ per year

Excise tax at €0.331 per litreExcise tax exempted

 

FIG. 5 EFFECT OF EXCISE TAX AND CMO PRODUCTION COST 

ON ANNUAL COST SAVINGS IN A MODEST‐SIZE DIESEL 

VEHICLE USING 100% CMO 

At  the  anticipated  yield  of  17,000  litres CMO  per 

year, conversion of ~330 m2 of present orange grove 

would be sufficient to produce ~560  litres of CMO 

CMOCultivation of 

example Chlorella 

spp. in open pond 

Mechanical 

isolation and 

filtration 

Ready‐to‐use fuel 

to replace petro‐

diesel 

Anaerobic 

digestion 

Digestate to be used 

as fertilizer 

supplement 

Fuel to boiler for 

generation of 

steam for in‐

factory uses. 

solidsbiogas

Partial recycling of wet biomass  

Flue gas 

Oil‐depleted biomass 

wet 

biomass 

Base case set to be 

equivalent to the 

prevailing base pre‐tax 

price of petro‐diesel 

Page 7: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

    115

for the operation of a single model diesel vehicle (at 

10,000  km  usage  per  year)  each  year.  But  the 

annual  saving  that  could  be  accrued  from 

operating  the model diesel  vehicle would  be  €95. 

The  level  of  saving  could  be  realized  only  after 

expending considerable cost to convert the orange‐

producing  land  for  self‐production  of  CMO  as 

petro‐diesel substitute. 

Figure 5 shows  the  impact of excise  tax and CMO 

production  cost on  the  realizable  saving  in motor 

fuel cost. Note that the cost saving for the operation 

of  a  single  diesel  model  car  could  reach  ~€550 

annually,  if  there was  no  excise  tax  on  the CMO 

and  if  the CMO  production was  25%  of  the  base 

case. There is no practicable means to avoid paying 

the excise tax for on‐road motor vehicles. It may be 

noted that all tax exemption for biofuel sold to the 

public will be  terminated  in Spain as of December 

31,  2012.  In  view  of  continuing  Spanish  national 

budget crisis, there is essentially no prospect of any 

resumption  of  “biofuel  subsidy”  in  Spain  in  the 

immediate future.  

 

TABLE 4 CRUDE MICROALGAL OIL (CMO) PRODUCTION OPTIONS 

 

Assumptions: 

o CMO can be used in conventional diesel engines with minor engine modifications (Wong et al., 2012). 

o CMO productivity = 17,000 litres/ha/year (Wong et al., 2012) 

o Fuel properties: 

Calorific value: 42.3 MJ/kg petro‐diesel; 38.0 MJ/kg CMO 

Density: 0.833 kg/litre petro‐diesel; 0.920 kg/litre CMO 

o Reference automobile: KIA Rio – 2011 UK model 1.1 CRDi Manual (1.12‐litre; 5‐passenger) with lowest emission (viz., 85 g CO2 per km) of 

any internal‐combustion motor vehicles sold in the UK. http://www.kia.co.uk/~/media/specifications/rio_spec_sheet_updated.ashx  

3.50 litres petro‐diesel/100 km urban; 123 MJ/100 km urban 

3.53 litres CMO/100 km urban at the same 123 MJ/100 km urban 

Typical 14,000 km/year automobile usage 

o Fuel pricing: 

Farm use: €1.000/litre petro‐diesel, including €0.07871/litre excise tax and 18.0% VAT (EC, 2012). The calculated base pre‐tax 

petro‐diesel price at pump = €0.769/litre 

Road use: €1.298/litre petro‐diesel at pump, calculated from base pre‐tax price to include €0.331/litre excise tax and 18.0% VAT 

(EC, 2012).  

 

CMO production options 

1‐hectare individual orchard in Ribera Baixa  Ribera Baixa 

CMO‐Zero  CMO‐20  CMO‐100  CMO‐Max 

CMO production  % land use  0  20  100  100 

  hectares  0  0.2  1.0  5,139 (a) 

  litres/year  0  3,400  17,000  87,363,000 

  GJ/year  0  119  594  3,054,210 

Petro‐diesel required (b)  litres/year  87  70  0  0 

  €/year (c)  87  70  0  0 

CMO surplus  GJ/year  0  116  594  3,054,210 

  litres/year  0  3,330  17,000  87,363,000 

Private cars fuelled (d)  number/year  0  7  33  171,982 

  € cost/car/year (e)  654  559  559  559 

  € savings/car/year  ‐‐‐  95  95  95 

Gross farm‐gate revenue  €/year – oranges (f)  6,250  5,000  0  0 

  €/year – CMO (g)  0  2,560  13,069  67,160,099 

  €/year total  6,250  7,560  13,069  67,160,099 

Notes: 

(a) Total area of land used for orange cropping in Ribera Baixa in 2011 (GVA, 2011). 

(b) for orange farming 

(c) market price at €1.00/litre for farming uses (Daniel Buguera, personal communications, 2012) 

(d) adjusted for lower CMO calorific value 

(e) Calculated pump price of petro‐diesel at €1.298 per litre; Calculated pump price of CMO fuel = €1.100/litre (i.e., €0.769 per litre pre‐tax base 

price +  €0.331 per litre excise tax, without any VAT) 

(f) Oranges: 25 tonnes/hectare x €250/tonne x hectares allocated for orange cropping 

(g) CMO: 17,000 litres/ha x €0.769/litre (excluding excise tax) x hectares allocated for biofuel production 

 

Page 8: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

116  

The  commitment of Spain  to  comply with  the EU 

biofuel objectives by 2020 (EC, 2007) would be met 

by decree. In the absence of government subsidies, 

there may be no further expansion of production of 

biodiesel  blending  stock  inside  Spain.  In  the 

fulfillment of this EU‐wide motor fuel composition 

requirements,  biofuel  blending  stock  could  be 

imported  perhaps more  economically  from  other 

EU member  states  such  as  France  and Germany. 

However,  this negative economic projection  could 

be mitigated  substantially  if  the  prevailing  base‐

case pre‐tax price of petrol‐diesel rose significantly, 

due  to  real‐term  rapid  increases  in  global  crude 

petroleum prices.  

2) Tree oil Crops 

Cultivation of jarak (Jatropha curcas L.) as an energy 

crop has been studied at several field trial locations 

in  the  Comunitat  Valenciana  by  the  Instituto 

Valenciano  de  Investigaciones  agrarias  in  about 

2007  (IVIA,  2008;  IVIA,  2009).  Jarak  grows  best 

under  humid  tropical  conditions  (DECD,  2005; 

Daniel, 2006). This  IVIA research project appeared 

to  have  since  abandoned, possibly  because  of  the 

intractable problem of supplying large quantities of 

irrigation water for the mass production of a liquid 

biofuel  product  that  has  no  direct  Spanish 

government  subvention  in  the market  place  (EC, 

2012).  

In  contrast,  moringa  (Moringa  oleifera  Lam.)  is 

highly valuable multi‐purpose small  tree  found  in 

tropical and  subtropical  regions of  the World. All 

parts  of  the  tree,  viz.,  leaves,  pods,  roots,  bark, 

stems and twigs have highly‐nutritious alimentary 

uses (Hsu et al., 2006). Moringa is drought tolerant. 

Typically, it can be grown in areas with 250 to 1,500 

mm rainfall annually  (Radovich, 2011). Thus, with 

the  annual  precipitation  in  Ribera  Baixa  rainfall 

being  about  500  mm,  no  irrigation  would  be 

required. The best mean annual temperature range 

is 25 to 35 °C (Palada and Chang, 2003). Established 

moringa trees can survive low temperature of 0 °C 

and high temperatures up to 48 °C (Price, 2007), for 

short  periods.  Moringa  is  a  fast  growing  plant 

which  is  responsive  to  irrigation  and  fertilization. 

Foidl et al (2001) have reported that moringa shrub 

would  grow  typically  to  1.5  to  2  metres  before 

extensive  branching  starts.  The  corresponding 

diameter  at  breast‐height would  be  20  to  40  cm. 

Under  intensive  culture,  green  pods  as  well  as 

leaves  could  be  harvested  6  to  7  months  after 

seeding (Schabel, 2003). Full productivity could be 

attained by the fourth year after seeding (Rajangam 

et  al.,  2001).  The  conceptual  scheme  to  produce 

crude moringa oil  is shown  in Figure 6. Note  that 

all solid wastes are managed gainfully.  

The productivity of moringa oil  is estimated  to be 

in  the  range  of  685  to  1,141  litres per hectare per 

year, on the basis of the following assumptions: 

o Planting density = 400 trees/ha (Radovich, 2011, 

p.9) 

o Productivity  at  maturity  =  15,000  to  25,000 

seed/tree/year (Foidl et al., 2001, Table 1) 

o Seed weight = 300 milligrams/seed (Foidl et al., 

2001, Table 1) 

o Oil content of seed = 35% by weight (Rashid et 

al., 2008) 

o Crude oil density = 0.920 kg/litre  

It may be noted that Radovich (2011) has suggested 

a yield of only ~225  litres per hectare per year  for 

“natural”  cropping  of  moringa  in  Hawaii.  If  the 

maximum  output  of  1,141  litres  per  hectare  per 

year was assumed, conversion of 1/2 of one hectare 

of  orange  grove  would  be  sufficient  for  the 

operation of a single model diesel car. The annual 

demand of one motor vehicle would be ~500  litres 

of crude moringa oil per year. 

                       Incident solar radiation       CO2 (from air) 

 

FIG. 6 CONCEPTUAL SCHEME TO PRODUCE CRUDE MORINGA OIL IN RIBERA BAIXA 

Moringa 

cropping 

H2O (from 

rainfall) 

Mechanical separation of 

seeds from mechanically‐

harvested pods 

Mechanical crushing of seeds 

and oil filtration 

Ready‐to‐use fuel 

to replace petro‐

diesel  Solid residues as agricultural mulch 

Optional irrigation 

Page 9: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

    117

There  is  no  reliable  information  available  for 

moringa cropping in northern‐latitude regions. The 

cropping  of  almonds  in  the  Sacramento  Valley 

(Connell et al., 2012) was used as  the surrogate  to 

estimate  the  possible  production  cost  of moringa 

oil.  The  climatic  conditions  and  farm  labour  cost 

structure of  the Sacramento Valley  (California) are 

largely similar to those of Ribera Baixa (Wong and 

Navarro, 2013). Harvesting of moringa pods would 

be made by mechanical shaking in a similar fashion 

as the harvesting of almonds from mature trees. In 

the  transcription  to  the  Ribera  Baixa  location, 

moringa  cropping was  assumed  to  be  practicable 

without the use of fertilizers, pest control chemicals 

and  irrigation water,  and without  any  interest  on 

operating capital. 

At  the  highest  probable  yield  of  1,141  litres  per 

hectare  per  year  cited  above,  and  using  the 

production  cost  for  almonds,  i.e.,  US$3,923  per 

hectare  (Connell  et  al.,  2012),  the  estimated  2012 

production  cost would  be  €2.75 per  litre  of  crude 

moringa  oil  (at  ECB  reference  currency  exchange 

rate  of  €1.00  =  US$1.2502  for  3rd  Quarter,  2012). 

Note  that  the  additional  cost  of  expressing  crude 

oil  from  the  harvested  moringa  seeds  has  been 

omitted  in  the  present  calculation  of  production 

cost. 

If  the  farm‐gate price was  €2.50 per  litre of  crude 

moringa oil after deducting nominal €0.25 per litre 

for  in‐farm  cost  of  expressing  harvested moringa 

seeds  to  produce  ready‐to‐use  crude  oil,  the 

maximum gross revenue would only be ~€2,853 per 

hectare  annually.  This  figure  can  be  compared  to 

~€13,000  per  hectare  for  the  CMO  option,  and 

~€6,250 per hectare for the present orange cropping. 

Even  in  the  best‐case  scenario,  the  conversion  of 

land  for  the  production  of  crude moringa  oil  for 

transportation  uses  would  not  be  an  attractive 

alternative  to  currently‐practiced  orange  cropping 

in Ribera Baixa.  

However,  in  view  of  the  potential  demand  for  a 

“natural”  nitrogen  fertilizer  for  proposed  organic 

orange farming,  there could be a business case for 

the implementation of moringa cropping, albeit on 

a  small  scale,  among  the  orange  groves.  In  this 

instance,  moringa  cropping  could  be  undertaken 

solely to provide young foliage for the preparation 

of “green manure”.  

Table  5  shows  moringa  leaves  to  have  similar 

nitrogen (N) content as farm animal manures. With 

the  exception  of  rice  straw,  olive  oil mill wastes 

(mainly  found  in  Andalusia  or  Catalunya),  farm 

animal manures (from livestock rearing in Asturias) 

and  fish meals  (available  largely  from Galicia) are 

not  readily  available  locally  for  composting  in 

Ribera  Baixa.  Thus,  cultivation  of  moringa 

specifically  for  leaf  production  appears  to  be  an 

attractive  proposition  for  boosting  the  nitrogen 

content  of  rice  straw  (Ayuntamiento  de Valencia, 

2004) for the local preparation of a natural fertilizer 

for organic tree cropping. Furthermore, microalgae 

solids might be available  if a  crude microalgal oil 

production  project was  realized  separately  in  the 

Albufera rice cropping area of Ribera Baixa (Wong 

et  al.,  2013).  The  cost  of  “natural”  nitrogenous 

fertilizer  for organic  cropping of oranges and  tree 

nuts could thus be reduced substantially. 

TABLE 5 COMPARATIVE NITROGEN CONTENT WITH SELECTED NATURAL 

FERTILIZERS 

 % total N of 

dry matter*References 

Moringa 

leaves 3 ‐ 5 

Foidl et al., 2001; Kakengi et al., 

2007; MAG, 2010; Peréz et al., 2012.

Rice straw  0.5 ‐ 0.9 

Juliano, 1985; Marimuthu et al., 

2002; Goyal and Sindhu, 2011; El‐

Akshar et al., 2012. 

Olive oil mill 

wastes 0.8 – 1.6 

Khatib et al., 2010; López Piñeiro et 

al., 2010. 

Farm animal 

manure 2 ‐ 5 

Pratt and Castellanos, 1981; Khatib 

et al., 2010. 

Fish meal  9 ‐ 12  Sujeewa, 2000; Kakengi et al., 2007.

Microalgae 8 ‐ 10  González López  et al., 2010. 

* Where applicable, N was calculated as “reported protein/6.25”. 

Perennial Energy Crops 

Several  perennial  plants  such  as  miscanthus 

(Miscanthus giganteus), switch grass (Panicum virgatum) 

and giant reed (Arundo donax L.) have been suggested 

as  potential  energy  crops  for  the  EU  to  meet  the 

mandated  long‐term goal of reducing  the emission of 

greenhouse  gases.  In  particular,  C4  plants  are 

recognized  to  be  highly  efficient  in  photosynthesis; 

they  are  tolerant  to  drought  as  well  as  high 

temperature  conditions  (Bower  and  Leegood,  1997). 

Nevertheless,  intensive  water  and  fertilization 

management  were  required  to  achieve  maximal 

growth of both C3 and C4 energy crops (Angelini et al., 

2005; Mantineo  et  al.,  2009; Nassi  o Di Nasso  et  al., 

2010; Dopazo et al., 2010). It is also instructive to note 

the  caution  given  by  Ericsson  et  al.  (2009)  that  high 

profitability of energy crops (especially with generous 

government  subvention) will  lead  to  high  land  and 

production  costs  for  food  crops,  especially  in  the 

cereal‐grain producing regions of the EU. 

Page 10: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

118  

Angelini et al. (2009) have reported an average yield of 

~38  tonnes dry matter/hectare per year  for giant  reed 

and ~29 tonnes dry matter/ha per year for miscanthus 

in a 12‐year field trial in central Italy (43.67 ºN, 10.32 ºE; 

2 metres above sea  level). In a separate shorter 5‐year 

field trial in Sicily (37.38 ºN, 14.35 ºE; 550 metres above 

sea level), Mantineo et al (2009) reported average yield 

of giant  reed and miscanthus  to be 33  tonnes/ha/year 

and 22 tonnes/ha/year, respectively. Interestingly, a C3 

plant  (i.e.,  giant  reed),  afforded  substantially  higher 

average yield than a C4 plant (i.e., miscanthus) in both 

independent  Italian  studies.  Zhu  et  al.  (2008)  have 

estimated  that  continual  rise  in  the  average  global 

temperature  as  a  result  of  higher  atmospheric  CO2 

concentration  would  narrow  the  difference  in  solar 

energy conversion efficiency between C3 and C4 plants. 

Dopazo et al. (2010) have cited that short‐term trials of 

several  selected  cultivars  of  miscanthus  in  Portugal 

under  conditions  of  intense  irrigation  had  provided 

practical yields of only 10 to 25 tonnes dry matter per 

hectare. 

Sugar  cane  (Saccharum  officinarum),  a  ubiquitous  C4 

plant, has been grown routinely, but not as mass‐scale 

monoculture,  in  southeastern  Spain  during medieval 

Islamic  time.  Triana  et  al.  (2008)  has  reported  the 

practicality  of  a  new  Cuban  variety  of  sugar  cane 

which  could  provide  proportionally  higher  yield  of 

fibrous biomass relative  to  the customary sugar  juice. 

Exceptionally high yield of up to 80 tonnes per hectare 

has been  reported  for experimental  cultivation under 

optimized  conditions  in  Cuba  (Alejandro  Abril, 

personal  communication,  2013).  Using  the 

methodology  described  by  Weyer  et  al.  (2010),  the 

theoretical  practicable  biomass  yield  from 

phtotosynthesis  under  tropical  conditions  was 

estimated  to be  85  to  110 dry  tonnes per hectare per 

year.  As  shown  in  Table  6,  average  incident  solar 

radiation  and  temperature  at  Sueca  are  substantially 

lower  than  those  in Matanzas  (Cuba),  for example.  If 

the “80 tonnes per hectare” yield was transcribed into 

the  prevailing  Sueca  meteorological  conditions 

without consideration of other growth factors such as 

different  rainfall  pattern  and  soil  structure,  the 

expected annual yield would be decreased to between 

20 to 60 tonnes per hectare, at about the same range of 

biomass yield as miscanthus or giant reed reported in 

above‐cited Italian field trials.  

The fundamental obstacle to the implementation of the 

“energy‐cropping”  approach  is  that  the  pattern  of 

highly  fragmented  holdings  in  Ribera  Baixa  is  not 

conducive to mass‐scale field crop production. Even if 

the above  issue could be overcome, there are no  local 

end  users,  i.e.,  suitable  solid‐fuel  thermal  power 

generation  facilities,  to  purchase  the  biomass 

produced  by  these  energy  crops.  Transportation  of 

compressed  dried  biomass,  as  a  commodity,  from 

Valencia  to  thermal  power  plants  in  northern  EU 

countries is financially impractical. It may however be 

noted  that  many  Dutch  thermal  power  plants  have 

been   importing wood pellets from Canada as well as 

Eastern Europe for co‐firing with coal for many years. 

The mandated strategic goal is to reduce the emission 

of greenhouse gases. 

Conclusions

The  problem  of  orange  cropping  in  Ribera  Baixa  is 

persistent and difficult  to  solve  in view of  continued 

globalization  of  freer  trade  with  competitive  fresh 

oranges  arriving  into  the EU market  from  low‐wage 

producing  countries.  The  solar‐energy  capture  of 

selected  approaches  was  evaluated  without 

consideration  of  economics.  Moreover,  cultivation 

activities  were  assumed  to  be  under  optimal 

conditions  in  which  cultivar  selected,  soil  fertility, 

appropriate  year  round  temperatures, water  supply, 

TABLE 6 METEOLOGICAL CONDITIONS FOR SUGAR‐CANE CROPPING IN SUECA, SPAIN AND IN MATANZAS, CUBA 

Basis: 1 year  Matanzas 

(23.1 ºN) 

Sueca 

(39.2 ºN) 

Average annual full‐spectrum incident solar radiation, MJ/m2 (a)  7,551  5,911 

Maximum theoretical yield (b), dry matter, kg/ha 114  89 

Calculated full‐spectrum solar energy conversion efficiency, % (c) 5.5  5.5 

Average daily temperature, ºC (a)  21.3 – 26.8  8.4 – 24.0 

Degree‐days above 18 ºC (a) minimum for biomass growth (d)  2,462  652 

Maximum theoretical yield of dry matter, relative to “Matanzas”, % 

                                                Due to lower incident solar radiation

                                                Due to fewer degree‐days available

 

‐‐‐‐ 

‐‐‐‐ 

 

78 

26 

(a) ASDC (2012) data 

(b) Based on the calculation model of Weyer et al. (2010) for primary production.  

(c) Cf. Zhu et al. (2008) had cited 4.6% and 6.0% full‐spectrum solar energy conversion efficiency for C3 plants and C4 plants, respectively. 

(d) Deerr (1921: 24‐30) had commented >70 ºF (21 ºC) for adequate biomass growth and maturation.  

Page 11: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

    119

etc.  are  available  without  limit.  The  production  of 

energy, in the form of photovoltaic electricity or plant 

oil  as diesel  fuel  substitute, does not  appear  to have 

sufficient  economic  advantages  in  lieu  of  present 

orange  cropping.  The  production  of  photovoltaic 

electricity  for  self  consumption might  be  practicable 

under  certain  circumstances.  The  hurdle  is  not 

technology,  but  government  fiscal  and  regulatory 

policies. 

RERFERENCES

Acciona.  “Amareleja  photovoltaic  solar  plant”,  2008. 

Accessed October  24,  2012. http://www.acciona‐energia. 

com/media/315806/Amareleja%20photovoltaic%20solar%

20plant.pdf.  

Angelini,  L.G.,  L. Ceccarini  and  E.  Bonari.  “Biomass  yield 

and  energy  balance  of  giant  reed  (Arundo  donax  L.) 

cropped  in  central  Italy  as  related  to  different 

management practices.” European Journal of Agronomy 

22 (2005): 375‐389. 

Angelini,  L.G.,  L.Ceccarini,  N.  Nassi  o  Di  Nasso  and  E. 

Bonari. “Comparison of Arundo donax L. and Miscanthus 

x  giganteus  in  a  long  term  field  experiment  in  Central 

Italy: Analysis  of productive  characteristics  and  energy 

balance.” Biomass and Bioenergy 33 (2009): 635‐643. 

Anon. “Spain: Citrus growers demand support.” October 25, 

2011.  Accessed  September  28,  2012.  http://www. 

freshplaza.com/print.asp?id=88083. 

Anon.  “Renewable  energy  in  Spain: The  cost del  sol.” The 

Economist‐UK,  July  30.  2013a.  Accessed  February  25, 

2014. http://www.economist.com/node/21582018/. 

Anon.  “El  autoconsumo  eléctrico  bajará  hasta  un  80%  la 

factura de la luz.” February 15, 2013. Accessed February 

21,  2013.  http://www.levante‐emv.com/comunitat‐

valenciana/2013/02/15/autoconsumo‐electrico‐bajara‐80‐‐

factura‐luz/974687.html. 

Anon.  “El  nuevo  ʹpeajeʹ  supondrá  que  un  autoconsumidor 

pague 129 euros al año por poner paneles solares.”, 2013c. 

Accessed  March  8,  2014.  http://www.20minutos.es/ 

noticia/1939663/0/peaje‐solar‐paneles/autoconsumidor/ 

129‐euros‐ano/.  

Anon.  ”Spain  to  eliminate  consumer  electricity  price 

auctions  in  April.”  United  Press  International  ‐  US, 

February  12,  2014.  Accessed  February  25,  2014. 

http://upi.com/Business_News/Energy‐Resources/2014/ 

02/12/Spain‐to‐eliminate‐consumer‐electricity‐price‐

auctions‐in‐april/. 

Atmospheric  Science  Data  Center  –  ASDC.  “Surface 

meteorology and solar energy – Available Tables: Sueca, 

ES;  Matanzas,  CU.”  Langley  (VA):  US  National 

Aeronautics  and  Space  Administration,  2012. 

http://eosweb.larc.nasa.gov  

Ayuntamiento  de  Valencia.  “Biocompost.  Technical  Final 

Report  of  LIFE  Project  LIFE00ENV/E/000555.”, October 

30,  2004.  Accessed  October  9,  2012.  http://www.eco‐

rice.net/miscelanea/descargas/02/003.pdf.  

Baquero,  G.,  E.  Bernat,  A.  Rius,  J.‐R.  Riba  and  R.  Puig. 

“Small‐scale  production  of  straight  vegetable  oil  from 

rapeseed and its use as biofuel in the Spanish territory.” 

Energy Policy 38 (2010): 189‐196.  

Bower,  J.R.  and  R.C.  Leegood.  “Photosynthesis.”  In  Plant 

Biochemistry,  edited  by  P.M.  Dey  and  J.B.  Harbonne. 

London: Academic Press, 1997. pp. 93‐97. 

Connell,  J.H., W.H. Krueger, R.P. Buchner, F. Niederholzer, 

C.J. DeBuse, K.M. Klonsky and R.L. de Moura. “Sample 

costs  to  establish  an  orchard  and  produce  almonds: 

Sacramento  Valley,  micro‐sprinkler  irrigation.”  Davis: 

University of California Cooperative Extension, 2012. 

Daniel,  J.N.  “Jatropha  Oilseed  Production:  A  Realistic 

Approach.”  Pune  (India):  Bharatiya  Agro  Industries 

Foundation, 2006. Accessed October 3, 2012. http://www. 

baif.org.in/Scientific_Papers_agri_horti_forestry.asp.   

Deerr,  N.  “Cane  sugar.”  2nd  Edition.  London:  N.  Rodger, 

1921.  

DG  Energy.  “Quarterly  Report  on  European  Electricity 

Markets.” Market Observatory for Energy, 5 (1): January 

2012  – March  2012. Page  19  –  Iberian Peninsula  (Spain 

and  Portugal).  Accessed  October  5,  2012. 

http://ec.europa.eu/energy/observatory/electricity/doc/ 

qreem_2012_quarter1.pdf.  

Directorate  of  Estate  Crop  Development  –  DECD. 

“Development of Jatropha curcas plantation as a source of 

raw material  for biodiesel.“  Jakarta: Directorate General 

of Estate Crop, Republic of Indonesia, 2005. 

Dopazo,  R.,  D.J.  Vega  Nieva  and  L.  Ortiz.  “Herbaceous 

energy crops: Reviewing their productivity for bioenergy 

production.” Pontevedra (Spain): Univsitat de Vigo, 2010. 

Accessed  December  3,  2012.  http://193.146.36.56/ence/ 

Page 12: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

120  

publicaciones/Valencia_OC7.3.pdf.  

El‐Akshar,  Y.S.,  A.N.  Estefanous  and  M.M.I.  Afifi.  “The 

influence  of microbial  inoculants  on microbial  activity 

and  humic  substances  of  rice  straw  composting.” 

Research Journal of Agriculture and Biological Sciences 8 

(2012): 68‐77. 

Ericsson, K., J. Rosenqvist and L.J. Nilsson, L.J. “Energy crop 

production costs  in the EU.” Biomass   and Bioenergy 33 

(2009): 1577‐1586. 

European  Commission  –  EC.  “EU  Commission  plans 

legislative  framework  to  ensure  meeting  targets  for 

cutting CO2 emissions from cars.” EC07‐028EN, February 

7, 2007.  http://www.europa‐eu‐un.org/ 

European Commission – EC. “Excise Duty Tables. Part  II – 

Energy  products  and  Electricity,  in  accordance  with 

Council Directive 2003/96/EC.” July 1, 2012. 

EUROSTAT. “Price developments on  the EU  retail markets 

for  electricity  and  gas  1998  –  2011.  Spain  –  page  24.” 

Luxembourg: EUROSTAT,  2012. Accessed  February  14, 

2013. 

http://ec.europa.eu/energy/observatory/electricity/doc/an

alysis_retail.pdf. 

EUROSTAT. “Energy data.” Luxembourg: EUROSTAT, 2014. 

Accessed  March  6,  2014.  http://epp.eurostat.ec.europa. 

eu/portal/page/portal/energy/data/main_tables. 

Foidl, N., H.P.S. Makkar  and K.  Becker.  “The  potential  of 

Moringa oleifera for agricultural and industrial purposes.” 

Proc.  Development  Potential  for  Moringa  Products 

Conference,  Dar  es  Salaam,  Tanzania,  October  20‐

November 2, 2001.  

Generalitat Valenciana – GVA. “Informe del Sector Agrario 

Valenciano,  2009.”  November  30,  2010.  Accessed 

September  25,  2012.  http://www.agricultura.gva.es/ 

web/c/document_library/get_file?uuid=c819d5be‐  5f06‐

44de‐a58b‐1c0090feebd1&groupId=16. 

Generalitat Valenciana – GVA. “Superficies por municipios 

2011:  València.”,  2011.  Accessed  September  30,  2012. 

http://www.agricultura.gva.es/web/c/document_library/

get_file?uuid=7c2fa6ac‐a56f‐448d‐b6db‐

91821f4d5f4b&groupId=16. 

González  López,  C.V., M.  del  Carmen  Cerón  García,  F.G. 

Acién Fernández, C.  Segovia Bustos, Y. Chisti  and  J.M. 

Fernández Sevilla.  ʺProtein   measurement of microalgal 

and cyanobacteria biomass.” Bioresource Technology 101 

(2010): 7587‐7591.  

Government  of  Spain.  “Real Decreto  Ley  9/2013.”  July  13, 

2013.  Accessed  March  8,  2014.  http://www.boe.es/boe/ 

dias/2013/07/13/pdfs/BOE‐A‐2013‐7705.pdf..  

Goyal, S. and S.S. Sindhu. “Composting of rice straw using 

different  inocula  and  analysis  of  compost  quality.” 

Microbiology Journal 1 (2011): 126‐138. 

Greer,  C.A.,  R.G.  Mutters,  L.A.  Espino,  P.  Buttner,  K.M. 

Klonsky, R.L., de Moura and K.P. Tumber. “Sample costs 

to produce  rice: Sacramento Valley, Rice Only Rotation, 

Medium  Grain.”  Davis:  University  of  California 

Cooperative Extension, 2012. 

Hsu,  R.,  S.  Midcap,  A.  Arbaainyah  and  L.  De  Witte,  L. 

“Moringa  oleifera; Medicinal  and  socio‐economic  uses.” 

International  Course  on  Economic  Botany.  Leiden 

(Netherlands): National Herbarium, 2006. 

Instituto  para  la Diversificacion  y Ahorro  de  la  Energía  – 

IDAE. “Energy concumption.” 2013. Accessed December 

10, 2013. http://www.idae.es. 

Instituto  Valenciano  de  Estadistica  –  IVE.  “Superficies  y 

producciones  anuales  de  cultivo,  2006‐2010.”  2012. 

Accessed September 25, 2012. http://www.ive.es. 

Instituto Valenciano de Investigaciones agrarias – IVIA. “La 

Comuna  de  Camporrobles  Coop  V.  Cultivos 

bioenergeticos  y  su  technologia.”  Proyecto  n78,  2008. 

Accessed  October  1,  2012.  http://www.ivia.es/ 

documentos/objetivosproyectos/Proyecto%20n78.htm. 

Instituto  Valenciano  de  Investigaciones  agrarias  –  IVIA. 

“Ensayo  de  nuevas  especies  de  cultivos  energéticos  en 

zonas áridas de la Comunidad Valenciana.” Proyecton70, 

2009. Accessed October 23, 2012.  

http://www.ivia.es/nuevaweb/documentos/resultados/20

07TAHVAL00070.pdf.  

Iranzo, M.,  J.V. Cañizares, L. Roca‐Pérez,  I. Sainz‐Pardo, S. 

Mormeneo and R.  Boluda. “Characteristics of rice straw 

and sewage sludge as composting materials  in Valencia 

(Spain).” Bioresource Technology 95 (2004): 107‐112. 

Juliano, B.O. “Rice hull and rice straw.”  In Rice: Chemistry 

and  Technology,  edited  by  B.O.  Juliano.  St.  Paul: 

American Association of Cereal Chemist, 1985. p. 699. 

Kakengi, A.M.V.,  J.T. Kaijage, S.V. Sarwatt, S.K. Mutayoba, 

M.N.  Shem  and  T.  Fujihara.  “Effect  of Moringa  oleifera 

Page 13: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014   www.ijesci.org 

    121

leaf meal  as  a    substitute  for  sunflower  seed meal  on 

performance  of  laying  hens  in  Tanzania.”  Livestock 

Research for Rural Development 19, 8 (2007): Article No. 

120.  Accessed  May  28,  2011.  http://www.lrrd.org/ 

lrrd19/8/kake19120.htm.  

Khatib, A., F. Aqra and N. Yaghi. “Biological degradation of 

olive  mill  solid  wastes  produced  from  olive  oil 

extraction.”  Journal of Emerging Trends  in Engineering 

and Applied Sciences 1 (2010): 79‐84.  

López Piñeiro, A., D. Peña, A. Albarrán, J.M. Nunes and D. 

Cabrera.  “Long‐term  effects  of  two‐phase  olive  mill 

waste on biochemical properties of an olive grove soil.” 

Proc.  14th  Ramiran  Conference,  Lisbon,  Portugal, 

September 13‐15, 2010. 

Luu, H.M., T.K., Vu and T. Watanabe. “Improvement of soil 

fertility by rice straw manure.” Omonrice 10 (2002): 79‐86. 

Mantineo, M., G.M. D’Agosta, V. Copanui, C. Patane and S.L. 

Cosentino.  “Biomass  yield  and  energy  balance  of  three 

perennial  crops  for  energy  use  in  the  semi‐arid 

Mediterranean  environment.” Field Crops Research  114 

(2009): 204‐213. 

Marimuthu, S., P.T. Ramesh, A. Solaimalai, N. Ravisankar, S. 

Anbumani  and  C.  Sivakumar.  “Management  of  rice 

residues  for  rice  production  –  a  review.”  Agriculture 

Review 23 (2002): 165‐174. 

Minder,  R.  “Spain  orders  smaller  price  increase  for 

electricity.”  The  New  York  Times  ‐  US,  December  27, 

2013. Accessed  February  25,  2014.  http://www.nytimes. 

com/2013/12/28/business/international/spain‐orders‐

smaller‐price‐increase‐for‐electricity.  

Morales, A. and B. Sills. “Spain ejects clean‐power  industry 

with  Europe  precedent:  Energy.”  Bloomberg  Business 

Week  ‐ USA, May  30,  2012. Accessed October  8,  2012. 

http://www.businessweek.com/news/2012‐05‐29/spain‐

ejects‐clean‐power‐industry‐with‐europe‐precedent‐

energy. 

Moringa  Association  of  Ghana  –  MAG.  “Growing  and 

processing moringa  leaves.“ 2010. Accessed October 31, 

2012. 

http://www.anancy.net/documents/file_en/moringawebE

N.pdf.  

Morton,  J. “Orange.”  In Fruits of warm  climates, edited by 

J.F.  Morton.  Miami:  J.F.  Morton,  1987.  pp.134‐142. 

Accessed  September  21,  2012.  http://www.hort.purdue. 

edu/newcrop/morton/orange.html.  

Namdari, M.,  A.A.  Kangarshahi  and  N.A.  Amiri.  “Input‐ 

output  energy  analysis  of  citrus  production  in 

Mazandaran  province  of  Iran.“  African  Journal  of 

Agricultural Research 6 (2011): 2558‐2564. 

Nassi o Di Nasso, N., L.G. Angelini and E. Bonari. ʺInfluence 

of  fertilization and harvest  time on  fuel quality of giant 

reed (Arundo donax L.) in central Italy.” European Journal 

of Agronomy 32 (2010): 219‐227. 

O’Connell,  N.V.,  C.E.  Kallsen,  K.M.  Klonsky  and  R.L.  de 

Moura. “Sample costs to establish an orange orchard and 

produce  oranges:  Navels  and  Valencias;  San  Joaquin 

Valley – South, low volume irrigation.” Davis: University 

of California Cooperative Extension, 2009. 

Ozkan,  B.,  H.,  Akcaoz,  and  F.  Karadeniz.  ”Energy 

requirement and economic analysis of citrus production 

in  Turkey.”  Energy  Conversion  and  Management  45 

(2004): 1821‐1830. 

Palada, M.C. and L.C. Chang. “Suggested cultural practices 

for  Moringa.”  AVRDC  Pub  No.  03‐545.  Shanhua 

(Taiwan):  Asian  Vegetable  Research  and  Development 

Center, 2003.  

Pérez,  A.,  T.  Sánchez,  N.  Armengol  and  F.  Reyes,  F. 

“Characteristics and Potential of Moringa oleifera, Lamark. 

An  alternative  for  animal  feeding.”  Matanzas  (Cuba): 

Estación  Experimental  de  Pastos  y  Forrajes  «Indio 

Hatuey»,  2012. Accessed October  31,  2012. http://payfo. 

ihatuey.cu/Revista/v33n4/en_body/ pyf01410.htm.  

Pimentel, D. “Impacts of organic farming on the efficiency of 

energy  use  in  agriculture.”  Ithaca  (NY):  The  Organic 

Center, Cornell University, 2006. Table 10. 

Pratt,  P.F.  and  J.Z.  Castellanos.  “Available  nitrogen  from 

animal manures.” California Agriculture, 35, 7 (1981): 24. 

Price,  M.L.  “The  Moringa  Tree.”  ECHO  Technical  Notes. 

North  Fort  Myers:  Educational  Concerns  for  Hunger 

Organization  (ECHO),    2007.  Accessed  May  16,  2012. 

http://www.echotech.org/.  

Radovich, T. “Farm and  forestry production and marketing 

profile for Moringa (Moringa oleifera).” In Specialty Crops 

for Pacific  Island Agroforestry,  edited by C.R. Elevitch. 

Holualoa  (Hawaii):  Permanent  Agriculture  Resources, 

2011. http://agroforestry.net/scps. 

Page 14: Assessment of Energy Production Options in Lieu of Orange Cultivation in Ribera Baixa (Valencia)

www.ijesci.org                                                                International Journal of Energy Science (IJES) Volume 4 Issue 4, August 2014 

122  

Rajangam,  J.,  R.S.  Azahakia  Manavalan,  T.  Thangaraj,  A. 

Vijayakumar  and  N.  Muthukrishan.  “Status  of 

production  and  utilization  of  Moringa  in  southern 

India.“  Proc.  Development  Potential  for  Moringa 

Products Conference, Dar es Salaam, Tanzania, October 

20 ‐ November 2, 2001.  

Red  Eléctrica  de  España,  “The  Spanish  Electricity  System: 

Preliminary  report  2013.”  Madrid:  Red  Eléctrica  de 

España, S.A.U., 2014 

Rashid, U., F. Anwar, B.R. Moser and G. Knothe. “Moringa 

oleifera  oil: A  possible  source  of  biodiesel.”  Bioresource 

Technology 99 (2008): 8175‐8179. 

Reyes  Sánchez,  N.,  S.  Ledin  and  I.  Ledin.  ʺBiomass 

production and chemical composition of Moringa oleifera 

under  different  management  regimes  in  Nicaragua.” 

Agroforestry Systems 66 (2006): 231–242. 

Roca‐Pérez, L.,  J. Arevalo and R. Boluda. “The  influence of 

C/N  ratio,  moisture  and  pH  on  the  aerobic  microbial 

activity of  rice  straw  and  sewage  sludge blends.” Proc. 

11th RAMIRAN Conference, Murcia, Spain, October 6‐9, 

2004. 

Schabel,  H.G.  “Moringa  oleifera  Lam.  Tropical  Tree  Seed 

Manual. Madison: US Forest Service, 2003. 

Solar Millennium AG  “Andasol:  The World’s  largest  solar 

thermal power plant project development  in Andalucia 

(Spain).”  2009.  Accessed  October  24,  2012. 

http://www.solarmillennium.de/upload/Download/ 

Technologie/eng/Andasol1‐3engl.pdf. 

Sujeewa, A. “The evaluation of  functional properties of  fish 

meal.  Final  Project  2000  Report.  Reykjavik:  Fisheries 

Training  Programme,  The  United  Nations  University, 

2000. 

Tran,  T.N.S.,  H.M.  Luu,  N.D.  Cao,  T.A.T.  Tran  and  N.N. 

Nguyen,  “Bioconversion  of  paddy  rice  straw  and 

biofertilizer  for  sustainable  rice  based  cropping 

system.“ Omonrice 16 (2008): 57‐70. 

Triana, O., A. Abril and A. Wong, “Energy varieties of sugar 

cane as a novel source of fibre for the cellulose and paper 

industry.” APPITA 61 (2008): 402‐407. 

United  States Department  of Energy  ‐ US‐DOE.  “  SunShot 

Vision  Study.  February. Table  7‐1: Estimates  of  current 

direct  land  requirements  for  utility‐scale  solar 

technologies.”  2012).  Accessed  October  5,  2012. 

http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/47927_chapter7. 

pdf. 

United States Energy  Information Administration  ‐ US‐EIA. 

“Updated  Capital  Cost  Estimates  for  Electricity 

Generation  Plants. November,  2010.”  Table  1: Updated 

estimates  of  power  plant  capital  and  operating  costs. 

Washington  (DC): United States Department of Energy. 

Accessed  September  20,  2012.  http://eia.gov/oiaf/ 

beck_plantcosts/pdf/updateplantcost.pdf.  

Weyer,  K.M.,  D.R.  Bush,  A.  Darzins  and  B.D.  Willson. 

“Theoretical maximum  algal  oil  production.  Bioenergy 

Research 3 (2010): 204–213. 

Wong,  A.,  E.  Navarro  and  A.  Abril.  “Microalgal  oil 

production  for use  in  rice  farms  in Albufera  (València) 

region.”  International  Journal  of  Green  Economics  7 

(2013): 181‐196. 

Wong,  A.  and  E.  Navarro.  “Assessment  of  agricultural 

options available for saving orange cultivation  in Ribera 

Baixa  (Valencia,  Spain).”  Journal  of  Sustainable 

Development 7 (2014): 115‐133. 

Zhu, X.‐G., S.P. Long and D.R. Ort. “What  is  the maximum 

efficiency with which  photosynthesis  can  convert  solar 

energy into biomass?” Current Opinion in Biotechnology 

19 (2008): 153–159.