Tema 3 Energies Alternatives

UNITAT 3

28/08/2013 Unitat 3. Energies alternatives 1

UNITAT 3

ENERGIES ALTERNATIVES

• Tenen el seu origen en el SOL.

• S’utilitzen encara poc, ja que el seu aprofitament representa uncost econòmic elevat, així com el desenvolupament de les sevestecnologies.

3.1 LES ENERGIES ALTERNATIVES

• Són energies renovables i són aquelles fonts d’energia que esrenoven de manera continuada en contraposició als combustiblesfòssils, dels quals existeixen recursos limitats.


3.1 LES ENERGIES ALTERNATIVES• El creixent interès per les energies alternatives ve determinat

bàsicament per:

� Disminuir la gran dependència dels combustibles fòssils en laproducció d’energia primària.

� Reduir els impactes sobre el medi natural que comporta laproducció d’energia primària.


• Els principals beneficis de la utilització d’aquestes energies són:

Reducció de les emissions de CO2 per càpita.

Aprofitament dels recursos autòctons, és a dir, més diversificacióde les fonts d’energia pròpies i reducció de les importacionsenergètiques.

Suport a una indústria d’alta tecnologia, amb un potencial decreixement elevat i una gran capacitat d’exportació.

3.1LES ENERGIES ALTERNATIVES


Protecció de l’entorn natural. Conscienciació social i accionsefectives.

Beneficis socials derivats de l’electrificació dels nuclis aïllats i de ladisponibilitat de noves fonts d’energia en el medi rural

Suport a centres de recerca, laboratoris d’investigació i centresuniversitaris, amb els beneficis derivats.

Afavorir el reequilibri territorial.

• El Sol és una gegantesca esfera incandescent:3.2 CENTRALS SOLARS

– Format bàsicament per He, H i C.– Massa 334000 vegades superior a la de

la Terra.– Diàmetres 110 vegades superior al de la

Terra.

• En ell s’estan produint contínuamentreaccions de fusió nuclear, amb gran


reaccions de fusió nuclear, amb grandespreniment d’energia.

• Aquesta energia es transmet a l’exteriorper radiació, de la qual només una petitapart arriba a la terra, uns 1350 W/m2, partes reflecteix cap a l’exterior. Així, la carail·luminada de la terra rep aproximadamentuns 1000 W/m2.

3.2 CENTRALS SOLARS

• De la radiació solar:

40% radiació visible (de la que depèn la vida a la Terra)57% radiació infrarroja (la que genera l’energia tèrmica)3% radiació ultraviolada

• L’energia solar pot arribar a la superfície de la Terra:


Directament �� radiació directa.

Després de reflectir-se amb el pols i el vapor d’aigua del’atmosfera �� radiació indirecta.

• La radiació difusa és la que ens arriba quan el cel està ennuvolat.

3.2 CENTRALS SOLARS

• Principals inconvenients per l’aprofitament de l’energia solar:

La radiació arriba de manera dispersa i inconstant a lasuperfície terrestre.

S’ha de transformar, en el moment que arriba, en energiatèrmica o elèctrica ja que no disposa de cap sistemad’emmagatzematge eficaç.


d’emmagatzematge eficaç.

Per utilitzar-la a gran escala són necessaris sistemes decaptació de gran superfície, en tenir baixa densitatenergètica, màxim de 1kW/m2.

És necessària una inversió inicial elevada atès que elssistemes de captació encara són relativament cars.

• En l’actualitat es disposa de dossistemes d’aprofitament de l’energiasolar:

Via tèrmica: que consisteixen la transformació de laradiació solar en tèrmica.

Via fotovoltaica: la radiacióes transforma directament

SISTEMES D’APROFITAMENT3.2 CENTRALS SOLARS


es transforma directamenten energia elèctrica.

• El principal avantatge del’aprofitament tèrmic és ques’aconsegueixen rendiments de finsal 65% e la transformació d’energiaradiant en energia tèrmica.

• La utilització tèrmica del Sol es pot realitzar mitjançant:

Baixa Tª (60-70 ºC) �� Captadors plans (col·lectors)

Mitja Tª (fins ≈ 300 ºC) �� Centrals termosolars(col·lectors cilíndrico- parabòlics)

Sistemes ACTIUS

SISTEMES D’APROFITAMENT3.2 CENTRALS SOLARS


Alta Tª (fins ≈ 4000 ºC) �� Centrals termosolars(forn solar)

Arquitectura bioclimàtica

Sistemes PASSIUS

3.2 CENTRALS SOLARS SISTEMES D’APROFITAMENT

FORN SOLAR


• Consisteix en una gran superfície de captació parabòlica formadaper miralls que reflecteixen la radiació rebuda en una superfíciemolt petita (uns 40 cm de diàmetre), el focus de la paràbola.

En aquest punt és on es troba el forn i on s’obtenen temperaturesmolt elevades (entre 3000 i 4000 ºC), impossibles d’obtenir ambaltres sistemes de forma tan neta i exempta de contaminació.

• És un aplicació molt important dels sistemes d’alta temperatura, per

3.2 CENTRALS SOLARS SISTEMES D’APROFITAMENTFORN SOLAR


• És un aplicació molt important dels sistemes d’alta temperatura, perla seva aplicació en el camp de a investigació dels materials d’altatecnologia (comportament dels caps de vehicles supersònics,purificació de materials per volatilització,...).

• El forn solar més gran del món està instal·lat a Odello (França) i téuna potència de 1 MW.

3.2CENTRALS SOLARS SISTEMES D’APROFITAMENTFORN SOLAR


3.2 CENTRALS SOLARS SISTEMES D’APROFITAMENT

FORN SOLAR


3.2 CENTRALS SOLARS SISTEMES D’APROFITAMENTFORN SOLAR


• Són centrals que consisteixen en l’obtenció d’energia elèctrica através de l’energia tèrmica obtinguda de la radiació solar.

• Segueixen el següent procés:

La radiació solar es concentra sobre un fluid (aigua, oli, sodi,..)�� la energia tèrmica es absorbida pel fluid �� transmissiómitjançant un intercanviador de calor de l’energia a un altrefluid (aigua) �� vaporització de l’aigua �� el vapor acciona un

3.2 CENTRALS SOLARS CENTRALS TERMOSOLARS


fluid (aigua) �� vaporització de l’aigua �� el vapor acciona ungrup turboalternador �� es produeix l’energia elèctrica.

• Les principals centrals termosolars són:

Centrals amb col·lectors distribuïts (DCS)Centrals solars de torre central (CRS)

• Utilitzen els anomenats col·lectorsde concentració o col·lectorscilindrico-parabòlics, que concentrenla radiació solar que reben en lasuperfície captadora d’un elementreceptor de superfície molt reduïda(un punt o una línia).

CENTRALS AMB COL·LECTORS DISTRIBUÏTS (DCS)3.2 CENTRALS SOLARS CENTRALS TERMOSOLARS


• Permet obtenir, amb bonsrendiments, temperatures de fins300 ºC suficients per aconseguirvapor a alta temperatura, ques’utilitza per generar electricitat.


CENTRALS DCS


• El fluid circula consecutivament per diferents col·lectors fins quearriba a la Tª necessària per obtenir vapor. Abans, el fluid passa perun dipòsit d’emmagatzematge d’energia tèrmica, que li permetguardar part de l’energia per fer front a les possibles fluctuacionsque presenta la radiació solar i no haver de frenar el cicle deproducció d’energia elèctrica.

• Els col·lectors d’aquest tipus de centrals disposen de sistemes deseguiment del sol, que són mecanismes que permeten variar la

3.2 CENTRALS SOLARS CENTRALS TERMOSOLARSCENTRALS DCS


seguiment del sol, que són mecanismes que permeten variar laposició respecte a dos eixos, l’horitzontal i el vertical, mitjançantmotors comandats per un microordinador connectat a un rellotgesolar.

• El principal inconvenient d’aquest tipus de col·lectors és que nomésaprofiten la radiació directa, per tant no són convenients en zonesmolt nuvoloses.


CENTRALS DCS


• Aquestes centrals aprofiten l’energiasolar a alta Tª. El sistema de captacióestà format per una gran superfíciecoberta d’heliòstats (miralls), anomenadacamp d'heliòstats, que concentra laradiació solar en un receptor instal·lat al’extrem superior de la torre.

• Els heliòstats, en ser concentradors,

CENTRALS SOLARS DE TORRE CENTRAL (CRS)



• Els heliòstats, en ser concentradors,només aprofiten la radiació directa itambé disposen d’un sistema de seguimentde la trajectòria del sol en els dos eixos.

• El rendiment termodinàmic d’aquestescentrals és major al de les DCS, ja que elfluid primari (normalment Na) assoleix Tes

molt superiors (arriben a P = 5 MW).


CENTRALS CRS


• Consisteix en transformar la radiació solar directament en energiaelèctrica, per al a qual cosa s’utilitza captadors formats percèl·lules solars o fotovoltaiques.

• Les cèl·lules solars estan constituïdes per una làmina de materialsemiconductor, normalment silici, el qual produeix electricitat quanhi incideixen els fotons de les radiacions �� efecte fotovoltaic.

CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA3.2 CENTRALS SOLARS


• El rendiment de la transformació d’energia radiant en elèctrica ésencara molt baix (del 15 al 20% en el millor dels casos, normalmentes situa entorn al 10%).

• La tensió màxima que s’obté entre els borns d’una cèl·lula és de 0,58V, quan la radiació rebuda té una P de 1 kW/m2 �� caldrà connectardiferents cèl·lules en sèrie per aconseguir una tensió més adient (enmòduls de 36 cèl·lules en sèrie s’obté una tensió màxima de 18 V).



Aplicacions

– Instal·lacions aïllades de la xarxa elèctrica comercial.– Centrals fotovoltaiques, sistemes integrats en edificis,...– Indústria espacial (satèl·lits, naus,...)

• S’utilitzen bàsicament per cobrir lesnecessitats d’aigua calenta sanitària, calefacciói climatització dels habitatges.

• La majoria d’aprofitament de baixatemperatura es fonamenta en l’efectehivernacle �� consisteix en col·locar un

SISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIASOLAR DE BAIXA Tª

3.2 CENTRALS SOLARS


hivernacle �� consisteix en col·locar un“parany” a la radiació infraroja que emetl’objecte escalfat, de manera que quediretinguda dins l’espai tancat on es l’objecte,amb la qual cosa la seva temperatura augmenta.Aquest efecte s’aconsegueix tancant l’espaiamb un vidre.

• El vidre es caracteritza per ser transparent a la radiació solar,mentre que es comporta com un cos opac que reflecteix la radiacióinfraroja emesa per la superfície de l’objecte escalfat. D’aquestaforma es capta més energia de la que s’emet cap a l’exterior,augmentant així al temperatura de l’objecte en qüestió.

SISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


• Aquesta energia atrapada ens l’endurem e la superfície captadora(com més negra i menys brillant millor serà més absorbent i menysreflectora) mitjançant un fluid transportador.

• Els sistemes d’aprofitament de la radiació solar es poden classificaren:

Sistemes de guany directeSistemes de guany indirecteSistemes de guany mixt

Sistemes PASSIUS. Arquitectura bioclimàtica



Sistemes de guany mixtSistemes de guany aïllat

Sistema directe o circuit obertSistema amb bescanviador o circuit tancat

Sistemes ACTIUS

• En aquest tipus de sistemes la captació de l’energia solar,l’emmagatzematge i la distribució de l’energia tèrmica es realitza demanera natural, sense la intervenció de cap element mecànic.

• L’arquitectura bioclimàtica busca l’obtenció del confort en elshabitatges mitjançant la millor disposició d’un conjunt d’elementsarquitectònics que permetin l’aprofitament màxim de l’energia solarrebuda i de les possibilitats de ventilació natural. Els seus principis

SISTEMES PASSIUS. ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICASISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


rebuda i de les possibilitats de ventilació natural. Els seus principises fonamenten en la utilització i disposició de materials decaracterístiques adequades, que formen part inseparable del’estructura de l’edifici.

• Cal tenir en compte factors com: l’orientació, la forma i la situacióde l’edifici, la capacitat i la inèrcia tèrmica dels materials, ladistribució de les obertures i el grau d’aïllament dels murs.

• Els elements bàsics utilitzats en l’arquitectura bioclimàtica són:

Vidrieres: capten energia i retenen calor.

Massa tèrmica: emmagatzema calor. Solen ser elementsestructurals: parets, murs,...

Elements de protecció: aïllaments, persianes, volades, teulades,...



Elements de protecció: aïllaments, persianes, volades, teulades,...

Reflectors: produeixen increment de radiació a l’hivern iprotegeixen a l’estiu.

SISTEMES PASSIUS.ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA

SISTEMES D’APROFITAMENTD’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª

3.2 CENTRALS SOLARS


SISTEMES DEGUANY DIRECTE


3.2 CENTRALS SOLARS


SISTEMES DE GUANY INDIRECTE

SISTEMES D’APROFITAMENTD’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


SISTEMES DEGUANY MIXT


3.2 CENTRALS SOLARS


SISTEMES DEGUANY AÏLLAT


3.2 CENTRALS SOLARS


• Es basen en la captació de l’energia solar amb un conjunt decol·lectors plans i la seva transferència a un sistemad’emmagatzematge que abasta el consum quan és necessari.

• L’energia captada s’utilitza per escalfar un fluid, aigua o aire, quesatisfà les necessitats d’aigua calenta sanitària i calefacció.

• Aquest tipus d’instal·lacions estan formades per:

SISTEMES ACTIUS


3.2 CENTRALS SOLARS


• Aquest tipus d’instal·lacions estan formades per:

Subsistema de captació: format pels captadors, canonades,vasos d’expansió, bombes, ventiladors,...

Subsistema d’emmagatzematge: format per un dipòsitconvenientment aïllat. Si el sistema és d’aire dipòsit amb pedres.

Subsistema de consum: canonades, dutxes, aixetes, radiadors,terra tèrmic i l’equip d’energia auxiliar.

SISTEMES ACTIUSSISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


• Aquestes instal·lacions poden estar dissenyades per funcionar en:

Circuit obert o sistema directe: l’aigua que circula pelscol·lectors és utilitzada directament pel consum.

Circuit tancat o sistema amb intercanviador: consta de doscircuits independents, el primer (primari) conté aigua ambadditius contra la corrosió i la congelació. El segon (secundari)és el de consum pròpiament dit.

SISTEMES ACTIUSSISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


és el de consum pròpiament dit.

• Els dos sistemes poden ser de circulació natural o de circulacióforçada.

• És convenient que totes les instal·lacions disposin de: vasd’expansió, vàlvula de seguretat i purgadors.

Circuit obert ambcirculació natural

SISTEMES ACTIUSSISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª

3.2 CENTRALS SOLARS


Circuit tancat ambcirculació forçada

SISTEMES ACTIUSSISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª

3.2 CENTRALS SOLARS


• És l’element principal de les instal·lacions de baixa temperatura.

• S’encarrega de captar l’energia de la radiació solar i transferir-la aun fluid. El seu funcionament es basa en l’efecte hivernacle.

• Els principals tipus de col·lectors solars són:

EL COL·LECTOR O CAPTADORSISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


– Col·lector solar pla �� temperatures fins a 60 ºC– Col·lector cilíndrics parabòlics �� temperatures fins a 300 ºC– Col·lector solar plans de buit �� temperatures fins a 120 ºC

• Els col·lectors plans s’han de col·locar orientats al sud �� màximd’hores de sol.

• Inclinats respecte l’horitzontal de forma que el sol incideixi de lamanera més perpendicular possible.

• Els principals elements d’un captador solar pla són:

COL·LECTORS PLANSSISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª3.2 CENTRALS SOLARS


COL·LECTORS PLANS



Obtenció d’aigua calenta sanitària (ACS)

Instal·lacions de calefacció

Escalfament de piscines

APLICACIONS DE L’ENERGIA TÈRMICASISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA Tª

3.2 CENTRALS SOLARS


Plantes dessalinitzadores

Assecadors solars

• Són aquelles centrals que aprofiten l’energia del vent per generarenergia elèctrica.

El vent és l’efecte derivat de l’escalfament desigual de la superfíciede la terra per part del sol.

3.3 CENTRALS EÒLIQUES

• Per a l’aprofitament de l’energia eòlica s’utilitzen les aeroturbines,

TECNOLOGIES PER A L’APROFITAMENT DEL VENT


• Per a l’aprofitament de l’energia eòlica s’utilitzen les aeroturbines,anomenades normalment molins de vent.

El principi del seu funcionament consisteix en extreure part del’energia cinètica del vent mitjançant un sistema de captació (palesque giren solidàries a un eix) a partir del qual obtenim energiamecànica.

TIPUS D’AEROTURBINES

TECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT• Per a qualsevol aeroturbina, la potència que pot extreure del vent

depèn de:

� L’aire (densitat i velocitat del mateix)� La superfície d’escombrada de les pales.� Coeficient de potència o rendiment de la màquina.

3.3CENTRALS EÒLIQUES


• Podem classificar les aeroturbines en:

Aeromotors �� Utilitzen directament l’Em obtinguda a l’eix.

Aerogeneradors �� Transformen l’Em obtinguda a l’eix en Ee.

TIPUS D’AEROTURBINES

Aeromotors �� Utilitzen directament l’Em obtinguda a l’eix.Les seves característiques principals són:

Màquines lentes.Rotor format per nombroses pales (entre 12 i 24).Diàmetre de fins 8 m.Rendiment bastant baix.

TECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT



Rendiment bastant baix.Comencen a funcionar a poca velocitat de vent, 2 m/s.Obtenen la màxima potència entre 5 i 6 m/s.Són màquines de baixa potència, entre 0,5 i 20 kW.S’utilitzen bàsicament per bombejar aigua.

Aeromotors

TIPUS D’AEROTURBINESTECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT 3.3 CENTRALS EÒLIQUES


Aerogeneradors �� Transformen l’Em obtinguda a l’eix en Ee.Les seves característiques principals són:

Màquines ràpides.Rotor format per poques pales (2 o 3).Diàmetre molt variable en funció de la potència (fins 60 m).Rendiment molt més elevat que en aeromotors.

TIPUS D’AEROTURBINESTECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT 3.3 CENTRALS EÒLIQUES


Rendiment molt més elevat que en aeromotors.Comencen a funcionar amb velocitats de vent de 4 i 5 m/s.Obtenen la màxima potència entre 6 i 12 m/s.La gamma de potències està entre 25 kW i fins a 4MW.S’utilitzen bàsicament per obtenir electricitat.

AerogeneradorsTIPUSD’AEROTURBINESTECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT



PARTS D’UNA AEROTURBINA

• Els principals elements d’una aeroturbina són:

El rotor o turbina

El sistema d’orientació

El sistema de regulació

El convertidor energètic

TECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT 3.3 CENTRALS EÒLIQUES


El convertidor energètic

La bancada

El suport o torre

TECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT 3.3 CENTRALS EÒLIQUES PARTS D’UNA

AEROTURBINA


TECNOLOGIA PER A L’APROFITAMENT DEL VENT 3.3 CENTRALS EÒLIQUES

PARTS D’UNA AEROTURBINA



AEROTURBINA



3.3 CENTRALS EÒLIQUES PARTS D’UNA AEROTURBINA



AEROTURBINA


• Pel que fa a les velocitats d’un aerogenerador, anomenarem:

Velocitat d’engegada (2-4 m/s) �� el vent venç la inèrcia delrotor i comença a girar.

Velocitat de connexió (4-5 m/s) �� velocitat mínima per a queels aerogeneradors es puguin connectar a la xarxa elèctrica.

Velocitat de disseny (6-10 m/s) �� velocitat en que el vent


3.3 CENTRALS EÒLIQUES PARTS D’UNA AEROTURBINA


Velocitat de disseny (6-10 m/s) �� velocitat en que el ventdóna el màxim rendiment.

Velocitat nominal (6-12 m/s) �� velocitat a la qual s’obté lapotència màxima.

Velocitat de parada o desconnexió (18-30 m/s) �� velocitat ala qual els propi sistema frena el rotor per tal d’evitar gransesforços que podrien malmetre la instal·lació.


AEROTURBINA


• Fonamentalment existeixen dos tipus de màquines per a laproducció d’electricitat a partir del vent:

Aerogeneradors d’eix vertical.

Aerogeneradors d’eix horitzontal.

�El generador se situa a prop de la base, amb la qual cosa les

AEROGENERADORS D’EIX VERTICAL

TIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES


�El generador se situa a prop de la base, amb la qual cosa lesoperacions de manteniment són més senzilles.

�No necessiten sistemes d’orientació per adaptar-se a la orientaciódel vent, en estar sempre orientats (per simetria).

�Els seus rendiments són inferiors als d’eix horitzontal, raó per laqual no s’utilitzen tant.

• Els més significatius són: el Savonius, el Giromill i el Darrieus.TIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES AEROGENERADORS

D’EIX VERTICAL


Savonius

TIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES



Savonius

TIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUESAEROGENERADORS

D’EIX VERTICAL


GiromillTIPUS D’AEROGENERADORS

3.3 CENTRALS EÒLIQUES AEROGENERADORS D’EIX VERTICAL


GiromillTIPUS D’AEROGENERADORS

3.3 CENTRALS EÒLIQUESAEROGENERADORS D’EIX VERTICAL


GiromillTIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES



Darrieus

TIPUS D’AEROGENERADORS



DarrieusTIPUS D’AEROGENERADORS



�Són els sistemes de captació més desenvolupats (tant per aparellsde baixa potència com d’alta).

AEROGENERADORS D’EIX HORITZONTALTIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES

�En relació amb la posició del rotorrespecte de la torre, es classifiquen en:

Rotors de cara al vent: necessitensistema d’orientació.


Rotors d’esquena al vent: Nonecessiten sistema d’orientació.

�En relació al nombre de pales poden ser:Monopala.Bipala. (EEUU)Tripala. (Europa)Multipala.

TIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES AEROGENERADORS

D’EIX HORITZONTAL


�Segons si les pales poden girar o no sobre el seu propi eix parlem de:

Rotors de pas variable.

Rotors de pas fix.

�Els aerogeneradors disposen de sistemes decontrol per aconseguir un funcionament el mésaproximat possible al de la velocitat i potèncianominals, per qualsevol règim de velocitat i

TIPUS D’AEROGENERADORS3.3 CENTRALS EÒLIQUES AEROGENERADORS

D’EIX HORITZONTAL


nominals, per qualsevol règim de velocitat idirecció del vent, a partir de la velocitat nominal.

El sistema està format pel control de potència i velocitat del rotor ipel control d’orientació.

Per evitar que l’aerogenerador s’embali massa, s’instal·len frensd’accionament hidràulic. Tots els aerogeneradors disposen d’unsistema de seguretat intrínsec, que actuaria en cas de fallada delsaltres sistemes.

PARCS EÒLICS3.3 CENTRALS EÒLIQUES

Instal·lacions no connectades a laxarxa comercial: electrificacionsrurals, aplicacions agrícoles,senyalització i comunicacions.Solen utilitzar generadors de

• Els parcs eòlics són les instal·lacions que aprofiten l’energiaelèctrica obtinguda amb aerogeneradors.

• Es classifiquen de la següent manera:


Solen utilitzar generadors depetita potència i han de disposarde d’un sistema d’acumulació(bateries) per assegurar elsubministrament elèctric, atesa laintermitència del recurs. Sovintvan acompanyades de plaquesfotovoltaiques o grups dièsel.


Instal·lacions no connectades a la xarxa comercial:



Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica com a suport:tenen la finalitat de disminuir les despeses energètiques.

Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica com a centralgeneradora: tenen la finalitat de subministrar energia elèctrica.

Els aerogeneradors d’un parc eòlic acostumen a ser iguals i depotències elevades. Aquests s’agrupen en blocs de producció de5 o 6 màquines. Cada bloc alimenta un transformador de400/25000 V que alimenta una línia d’evacuació subterrània que


400/25000 V que alimenta una línia d’evacuació subterrània quearriba al parc transformador on s’adequa a la xarxa elèctrica.

• El gradient geotèrmic de la Terra és el fenomen pel qual la Taugmenta una 3 ºC cada 100 m de profunditat, variant aquest aaltes profunditats fins arribar als 6000 ºC als que es calcula queestà el centre de la terra.

3.4 CENTRALS GEOTÈRMIQUES

• S’entén per energia geotèrmica aquella part de l’energia intrínsecade la Terra que es manifesta en forma de calor.

• La calor, generalment, es transmet per conducció fins a la


• La calor, generalment, es transmet per conducció fins a lasuperfície de la Terra, però a causa de la baixa conductivitat de lesroques que formen l’escorça terrestre, una gran part d’aquestaenergia resta emmagatzemada al seu interior. Malgrat això, escalcula que, només per aquest motiu, s’irradien a través de lasuperfície de 50 a 70 mW/m2 (equivalents a 4·1013 W/any, queconstitueixen una font d’energia difusa molt important).

• Al llarg de la superfície de la terra,existeixen les anomenades anomaliesgeotèrmiques, que són indrets on el fluxde calor arriba a ser fins a 10 o 15vegades més elevat del normal (entreels 1000 i els 2000 m es troben T de200 a 400 ºC, quan el més normal seriatrobar-ne de 40 a 80 ºC).



• La distribució d’aquestes anomaliesgeotèrmiques està determinada per ladistribució de les plaques tectòniques.El seu aprofitament vindrà condicionatpel coneixement d’aquesta distribució.

• Les condicions geològiques que determinen l’existència d’un jacimentgeotèrmic són:


Presencia a profunditat adient (entre 1000 i 2000 m) de roquesporoses i permeables, que permetin la formació d’aqüífers.

Un flux de calor que escalfi aquest aqüífer. Aquest flux provédel magma.

Existència d’una capaimpermeable que actuï de


Existència d’una capaimpermeable que actuï decobertor, de manera ques’eviti la dissipació contínuadel sistema termal-roca.

• En funció de la temperatura del fluid extret dels jacimentsgeotèrmics, es consideren:


D’alta entalpia o energia � quan la T és superior als 150 ºC(usats per l’obtenció d’energia elèctrica).

D’energia mitjana � quan la T del fluid està entre els 90 ºC iels 150 ºC.


De baixa energia � quan la T és inferior als 90 ºC (usatsbàsicament per calefacció i ACS).

• Una primera classificació la podem fer en funció de si el tipus defluid és vapor sec o vapor humit.

• Un altre criteri per classificar-les és segons si són centrals decondensació, en les què el vapor en sortir de la turbina es condensa ies pot tornar a utilitzar; i les centrals sense condensació, en què elvapor utilitzat s’evacua directament a l’atmosfera.

3.4 CENTRALS GEOTÈRMIQUESTIPUS DE CENTRALS


vapor utilitzat s’evacua directament a l’atmosfera.

� El principal inconvenient d’aquest tipus de centrals és la vida curtade les instal·lacions, uns 40 anys, a causa de la corrosió que provocael vapor d’aigua sense tractar, si bé aquest problema es compensaamb la rapidesa de la posada a punt d’una central, que és d’uns 2anys.

� Un altre inconvenient és la possible obstrucció de les canonades.

3.4 CENTRALS GEOTÈRMIQUES TIPUS DE CENTRALS


3.5 CENTRALS MAREOMOTRIUS• Els mars i oceans són una font d’energia pràcticament inesgotable, ja

que l’aigua emmagatzema tant energia tèrmica (procedent del Sol),com energia cinètica (procedent dels corrents marins, les onades,...).

• La causa de que el seu desenvolupament sigui encara molt escàs ésdegut a un seguit d’inconvenients:

� Efectes corrosius de l’aigua salada sobre el metall.� Condicions atmosfèriques adverses.


� Dificultat en el transport de l’energia produïda.� Elevats costos.

• Actualment s’investiga la producció d’energia elèctrica a través de lesmarees, les ones i les diferències tèrmiques de les aigües.

• Totes elles ofereixen grans expectatives si es resolen els problemestecnològics que plantegen.

3.5 CENTRALS MAREOMOTRIUS

• Les marees són un moviment cíclic alternatiu d’ascens i descens delnivell de l’aigua del mar, producte de l’acció gravitatòria de la Lluna iel Sol i afavorit per la poca viscositat de l’aigua.

• Les centrals mareomotrius aprofiten la diferència d’altura entre elnivell màxim (plenamar) i el nivell mínim (baixamar) per generarenergia elèctrica. Aquesta diferència oscil·la, depenent dels llocs,entre 0,3 m i 15 m.

L’ENERGIA DE LES MAREES


entre 0,3 m i 15 m.

• Per poder emplaçar una central mareomotriu d’aquestescaracterístiques cal disposar de:

� Emplaçaments on l’amplitud de marees sigui superior a 5 m.

� Característiques geogràfiques adequades (cales, badies,..) percrear grans embassaments.

3.5 CENTRALS MAREOMOTRIUSL’ENERGIA DE LES MAREES


L’ENERGIA DE LES MAREES3.5 CENTRALS MAREOMOTRIUS


• Els principals inconvenients que planteja l’energia de les marees (apart dels ja esmentats) són:

� Funcionament discontinu i càrrega variable.

� La màxima producció es produeix durant la nit.




• L’escalfament desigual de la superfície terrestre genera vent, iaquest, en passar per sobre de l’aigua, genera ones.

L’ENERGIA DE LES ONES



La empresa PIPO SYSTEMS (link), con sede social el Galicia, ha desarrollado las ingeniosas boyas para la generación de energía de las olas que se están probando en Canarias.

• A continuació podem veure alguns dels dispositius que s’estanexperimentant actualment:


PALETA OSCIL·LANT SALTER



BOIA MASUDA O CONVERTIDOR PNEUMÀTICL’ENERGIA DE LES ONES



CILINDRE OSCIL·LANT DE BRISTOLL’ENERGIA DE LES ONES



• Els principals inconvenients que planteja l’energia de les ones (a partdels ja esmentats) són:

� Dificultat per trobar materials lleugers i alhora resistentsa esforços mecànics i a la corrosió.

� No podem preveure ni la freqüència (entre 3 i 30 per minut)ni la magnitud de les onades.




� Les instal·lacions han de ser capaces de suportar onades detotes les dimensions, així com resistir temporals ambgaranties de seguretat.

Per tant, el seu aprofitament eficaç i rendible es preveu a llargtermini.

• La diferència de temperatura entre les capes superficials i lesprofundes dels oceans (gradient tèrmic) es pot aprofitar perdesencadenar un cicle termodinàmic i obtenir energia elèctrica.

• Es necessita que el gradient tèrmic sigui com a mínim de 20 ºC (enaigües tropicals la diferència de temperatures entre la superfície iels 500-1000 m és de uns 25 ºC).

L’ENERGIA TÈRMICA DELS OCEANS



els 500-1000 m és de uns 25 ºC).

• El principal problema d’aquestes instal·lacions és el seu baixrendiment (del 7 %) degut a la poca diferència de temperaturesentre el focus fred i el focus calent.

L’ENERGIA TÈRMICA



3.6 LA BIOMASSA• S’entén per biomassa tota la matèria viva existent en un moment

determinat a la Terra.

Des del punt de vista energètic, es considera biomassa la matèriaorgànica d’origen vegetal o animal, obtinguda de manera natural oprocedent de les seves transformacions artificials, susceptible deser utilitzada amb finalitats energètiques.

• L’origen de qualsevol biomassa és la fotosíntesi vegetal.


• L’origen de qualsevol biomassa és la fotosíntesi vegetal.

PROCESSOS D’OBTENCIÓ DE COMBUSTIBLE

3.6 LA BIOMASSA


Homogeneïtzació/refinat

Densificació

Processos FÍSICS

Processos TERMOQUÍMICS

Combustió directa

PROCESSOS D’OBTENCIÓ DE COMBUSTIBLE3.6 LA BIOMASSA


Digestió anaeròbica

Fermentació aeròbica o alcohòlica

Processos BIOQUÍMICS

Piròlisi o destil·lació seca

Gasificació

PROCESSOS D’OBTENCIÓ DE COMBUSTIBLE

3.6 LA BIOMASSA


3.6 LA BIOMASSA PROCESSOS D’OBTENCIÓ DE COMBUSTIBLE

PROCESSOS FÍSICS

HOMOGENEÏTZACIÓ O REFINAT:Adequació de la biomassa a unes condicions de granulometria, humitat o composició per mitja de la trituració, l’estellatge, l’assecatge, etc...

DENSIFICACIÓ:Millora de les propietats amb la fabricació de briquetes i pèl·lets per tal d’aconseguir-ne un pes específic més alt i millorar les seves possibilitats d’emmagatzematge i transport.


seves possibilitats d’emmagatzematge i transport.


PROCESSOS TERMOQUÍMICS

• Consisteix en la degradació tèrmica de les molècules de la biomassa en absència d’oxigen .

• És el mètode tradicional d'obtenció de carbó vegetal.

• En instal·lacions industrials, a

PIRÒLISI O DESTIL·LACIÓ SECA


• En instal·lacions industrials, a més del carbó vegetal s’obté una fracció líquida i una gasosa.

• S’obté un gas pobre d’elevat nivell energètic i i una part líquida de propietats equivalents al petroli: cru biològic, utilitzat com a matèria primera energètica i química.

INSTAL·LACIÓ DE PIRÒLISI PER A LA PRODUCCIÓ DE COMBUSTIBLE LÍQUIDS


PROCESSOS TERMOQUÍMICS

GASIFICACIÓ:• De la combustió incompleta de

biomassa en presència de l’oxigen de l’aire, s’obté un gas pobre format per CO, H2,I CH4.

• El procés es realitza en instal·lacions anomenades gasogens.


gasogens.

• Un altre mètode consisteix a introduir directament en el gasogen oxigen en comptes d’aire. S’obté gas de síntesi, de millor poder calorífic que el pobre, similar al obtingut amb carbó . INSTAL·LACIÓ DE GASIFICACIÓ

PROCESSOS D’OBTENCIÓ DE COMBUSTIBLE3.6 LA BIOMASSA

PROCESSOS BIOQUÍMICS

DIGESTIÓ ANAERÒBICA:

Procés de fermentació de la biomassa, amb l’obtenció de biogàs

FERMENTACIÓ AERÒBICA O ALCOHÒLICA:

Obtenció de bioalcohol (etanol) mitjançant la fermentació, en presència d’oxigen de l’aire de materials orgànics rics amb sucres i


presència d’oxigen de l’aire de materials orgànics rics amb sucres i midons

3.6 LA BIOMASSAPRODUCCIÓ D’ENERGIA ELÈCTRICA

Dos sistemes:

• Combustió de la biomassa en una caldera per a la producció de vapor que accioni un grup turboalternador.

• Transformació de la biomassa en combustibles gasososper alimentar motors alternatius o turbines de gas, que


per alimentar motors alternatius o turbines de gas, que accionen el seu corresponent alternador..

PRODUCCIÓ D’ENERGIA ELÈCTRICA

3.6 LA BIOMASSA


LA BIOMASSA PROCESSOS D’OBTENCIÓ DE COMBUSTIBLE


BIOCOMBUSTIBLES3.6 LA BIOMASSA


3.7 APROFITAMENT DELS RSU• Es consideren residus sòlid urbans (RSU) els generats per

l’activitat domèstica en els nuclis de població o zones d’influència.

• L’eliminació dels RSU s’ha convertit en un greu problemamediambiental. Els procediments actuals per eliminar-los són:

Abocament �� emmagatzemar residus sobre el terreny ienterrar-los periòdicament amb terra. Requereix granssuperfícies de terreny.


Compostatge �� separació de la matèria orgànica de laresta de residus i tractament d’aquesta amb processos defermentació aeròbics per obtenir el compost.

Reciclatge �� separació de les diferents fraccions delsRSU, pr ser reincorporats als processos de producció.

Incineració �� eliminació dels RSU mitjançant unacombustió i tractament dels gasos residuals.

APROFITAMENT DELS RSU


3.8 PROCEDIMENTS D’ESTALVI ENERGÈTIC


Tema 3 Energies Alternatives

Documents

Transcript of Tema 3 Energies Alternatives