Embed Size (px)
DESCRIPTION
Tema 3 del llibre de McGrawHill de Tecnologia Industrial 1
Citation preview
1r Batxillerat
INS Frederic Mompou
ENERGIES ALTERNATIVES
ENERGIES ALTERNATIVES
Energies alternatives: Són també anomenades energies
renovables perquè provenen d’aquelles fonts energètiques que es
renoven contínuament, en contraposició a les energies fòssils, que
s’acaben.
Les energies del vent, del Sol, de les ones o les marees del mar
serien renovables.
Aquestes energies s’estan potenciant i estudiant per dos raons:
• Per disminuir la dependència de les energies tradicionals.
• La creixent preocupació de l’impacte mediambiental.
Inconvenient: cost econòmic elevat, són necessàries grans inversions
ENERGIES ALTERNATIVES
Les energies
renovables a Espanya
(2010)
ENERGIES ALTERNATIVES:
Avantatges
• Reducció de les emissions de CO2
• Aprofitament de recursos autòctons
• Suport a una indústria d’alta tecnologia
• Protecció de l’entorn natural
• Electrificació de nuclis aïllats i rurals
• Suport a la recerca
• Afavorir el reequilibri territorial
ENERGIES ALTERNATIVES
CENTRALS SOLARS
CENTRALS SOLARS
Des de fa milions d'anys el Sol
produeix llum i calor, que són la
principal font d'energia de la
Terra.
El Sol es una gegantesca esfera
incandescent, amb una massa
334.000 vegades superior a la de
la terra i amb un diàmetre
d'aproximadament 1.400.000 km
(110 vegades el del nostre
planeta) que es troba a una
distància mitjana de 150 milions
de km de la Terra.
CENTRALS SOLARS
En la seva massa,
formada
fonamentalment per
heli, hidrogen i carboni,
contínuament s'estan
produint reaccions
nuclears de fusió (dos
àtoms d'hidrogen es
fusionen per obtenir un
àtom d'heli), que
proporcionen una gran
quantitat d'energia. Es
calcula que cada segon
es converteixen en
energia 4 milions de
tones de massa.
Aquesta enorme quantitat
d'energia produïda en el
nucli del Sol es transmet
a l’exterior en forma de
radiació. De la radiació
solar només una petita
quantitat arriba a
l'atmosfera terrestre, uns
1350W/m2, una part de la
qual reflecteix cap a
l'exterior i evita que ens
arribin radiacions
nocives.
CENTRALS SOLARS
D'aquesta radiació el 40%
correspon a la radiació visible, el
57% a la radiació infraroja i el 3%
a la radiació ultraviolada.
De la visible, en depèn la vida a la
terra; gràcies a la fotosíntesi s'obté
l'oxigen i la biomassa.
La infraroja genera una gran
quantitat d'energia tèrmica que,
emmagatzemada a l'atmosfera, al
sòl i a l'aigua, és la que fa que la
temperatura del planeta sigui
adequada per a la vida i la que
provoca els vents i el cicle de
l'aigua.
CENTRALS SOLARS
Per tant, la major part de les fonts d'energia renovables i no renovables
provenen de la radiació. En definitiva, tots els éssers vius que habiten a la
terra, rebem energia del Sol, directament o indirectament.
L'energia solar arriba a la superfície de la Terra directament (radiació
directa) o després de reflectir-se amb la pols i el vapor d'aigua que conté
l’atmosfera (radiació difusa). La radiació difusa és l'única que ens arriba
quan el cel està ennuvolat.
Avantatges:
•La radiació solar és una font d'energia neta, gratuïta, inesgotable (es
calcula que la vida del Sol es prolongaria fins uns 6000 milions d'anys) i
disponible tots els dies de l'any, amb les limitacions que imposen les
estacions de l'any, l'hora del dia, les condicions atmosfèriques del moment i
la situació geogràfica.
•A més, si es concentra es poden obtenint temperatures de fins a 4000 C. la
qual cosa permet realitzar cicles termodinàmics amb un rendiment superior
al de les centrals tèrmiques.
CENTRALS SOLARS
Els principals inconvenients per a l'aprofitament són:
• La radiació arriba de manera dispersa i inconstant a la
superfície terrestre. S'ha de transformar,en el moment que
arriba, en energia tèrmica o elèctrica ja que no es disposa de
cap sistema d'emmagatzematge eficaç
• Per utilitzar-la a gran escala són necessaris sistemes de
captació de gran superfície, en tenir baixa densitat
energètica, màxim 1kW/m2
• És necessària una inversió inicial elevada atés que els
sistemes de captació encara són relativament cars.
CENTRALS SOLARS
SISTEMES D’APROFITAMENT
Actualment, hi ha dos mètodes d’aprofitament de l’energia
solar: la via tèrmica i la conversió fotovoltaica.
-Via tèrmica: transforma l’energia solar en energia
tèrmica.
-Conversió fotovoltaica: transforma l’energia solar en
energia elèctrica.
L’aprofitament tèrmic pot donar un rendiment del 65%.
SISTEMES D’APROFITAMENT
Aprofitament
tèrmic
Sistemes actius
Sistemes passius.
Temperatura
baixa: captadors.
Temperatura
mitjana: centrals
termosolars.
Temperatura alta:
centrals
termosolars.
Sistemes
d’aprofitament de
l’energia solar
Via tèrmica: transforma la radiació
solar en energia tèrmica.
Conversió fotovoltaica:
transforma la radiació solar en energia
elèctrica.
L’energia solar tèrmica consisteix en l´aprofitament directe, en
forma d´escalfament o energia calorífica, de la radiació solar
incident.
Una instal·lació solar tèrmica està formada bàsicament per un
camp de col·lectors solars, un conjunt de canonades aïllades
tèrmicament i un dispositiu acumulador d’aigua.
Els sistemes de captació solar es poden classificar bàsicament
en:
- SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS
- SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA
SISTEMES ACTIUS
Els sistemes actius es basen en la captació de l’energia amb una
sèrie de col·lectors plans, normalment s’utilitzen per obtenir aigua
calenta sanitària i per calefacció. Les instal·lacions estan formades
per:
-Subsistema de captació: Està format pels captadors solars i la
resta d’elements que enllacen amb el dipòsit.
-Subsistema d’emmagatzematge: És el dipòsit on s’emmagatzema
l’aigua o l’aire per poder utilitzar-los quan es desitgi.
-Subsistema de consum: Està format pels elements que enllaçen el
dipòsit amb tota la instal·lació interior.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Sistemes de captació actius. Són sistemes basats en la captura de la
radiació solar per part d´uns col·lectors, mitjançant un fluid, que després
transfereixen l´escalfor generada a un sistema d´utilització o
d´emmagatzematge.
Sistemes solars d´alta temperatura. Centrals solars de torre.
Aquestes centrals estan formades per un camp d’heliòstats o miralls que
concentra la radiació solar sobre un receptor instal·lat sobre una torre central
que actua com a bescanviador de la calor. Aquestes centrals incorporen uns
sistema de seguiment sobre dos eixos, Amb les centrals de torre es poden
assolir temperatures de fins a 4.000ºC (forn solar d’Odelló). Normalment
s’utilitzen per escalfar aigua, oli tèrmic o aire que s’utilitza directament per a
usos tèrmics o per produir electricitat, mitjançant una turbina.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Forn solar d’Odelló
(Font Romeu):
potència de 1000kW
concentrada en un
cercle de 40cm de
diàmetre
Sistemes solars de temperatura mitjana. Centrals de col·lector
cilíndric parabòlic. Estan formades per un camp de col·lectors on un mirall, de
forma cilíndric-parabòlica, concentra la radiació solar en un tub absorbent.
Aquestes centrals incorporen un sistema de seguiment en un eix. Amb
aquestes instal·lacions es poden assolir temperatures de fins a 400ºC.
Sistemes solars de baixa temperatura. Estan formats per un camp
de captadors solars plans fixos. Amb aquestes instal·lacions es genera calor a
baixa temperatura, inferior a 100ºC. Són els sistemes més emprats i s’utilitzen
per a l’obtenció d’aigua calenta per a usos sanitaris (dutxes, cuina, etc),
calefacció o climatització de piscines. Aquestes instal·lacions es composen
bàsicament per:
•un sistema de captació de la radiació solar
•un sistema d’emmagatzematge de l’energia tèrmica obtinguda
•un sistema de distribució de la calor i de consum.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Baixa temperatura Mitjana temperatura Alta temperatura
Els dos sistemes poden ser de circulació natural o circulació forçada. La
principal diferència entre tots dos romàn en que l’instalació de circulació
forçada funciona amb una bomba que s’acciona amb un termòstat, mentre
que en una instal·lació amb circulació natural l’aigua circula de forma natural.
Totes les instalacions han de constar de:
-Vas d’expansió: A causa dels canvis de temperatura l’aigua
experimenta canvis en el seu volum, el vas d’expansió compensa aquests
canvis.
-Vàlvula de seguretat: Assegura la sortida de vapor en cas de
sobreescalfament.
-Purgadors: Expulsen els gasos continguts a les canonades.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
EL COL·LECTOR O CAPTADOR
El seu funcionament és basa en l’efecte hivernacle, s’encarrega d’aprofitar
l’energia solar escalfant un fluid. Els col·lectors que més s’utilitzen són els
col·lectors plans, tot i que no són en els que s’aconsegueix més
temperatura.
Els captadors solars han d’estar orientats al sud i han de tenir una inclinació
que proporcioni la màxima perpendicularitat respecte el sol.
Els principals components d’un col·lector solar són:
-La placa absorbent: Absorbeix la radiació solar i la cedeix en forma de calor
al fluid que ha d’escalfar.
-La coberta transparent: És el vidre que protegeix la placa absorbent de
l’intempèrie i crea l’efecte hivernacle.
-L’aïllament tèrmic: Redueix les pèrdues a través de les seves parets.
-La caixa contenidora: S’hi allotgen tots els elements del col·lector, els
protegeix de l’intempèrie i els hi dóna estanqueïtat.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Components d’un col·lector solar
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Captador
pla
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Infografia energia solar tèrmica
L'obtenció d'energia elèctrica a través de l'energia tèrmica obtinguda
de la radiació solar sempre segueix el mateix procés: la radiació solar
es concentra sobre un fluid (aigua, oli tèrmic, sodi,etc.) i es transforma
en energia tèrmica; el fluid escalfat en passar per un intercanviador
produeix el vapor que acciona un grup turboalternador, en el qual
s'obté l'energia elèctrica con en qualsevol central tèrmica.
Les centrals més experimentades actualment utilitzen 2 sistemes
diferents:
- sistemes heliotèrmics amb col·lectors distribuïts (DCS)
- sistemes de torre central (CRS)
CENTRALS TERMOSOLARS
Centrals amb col·lectors distribuïts DCS (Distributed Collector
System)
Utilitzen els anomenats col·lectors de concentració, que concentren
la radiació solar que reben en la superfície captadora d'un element
receptor de superfície molt reduïda (un punt o una línia), la qual cosa
permet obtenir, amb bons rendiments, temperatures de fins a 300 C
suficients per produir vapor a alta temperatura, que s'utilitza per frenar
electricitat o també en altres processos industrials.
El principal inconvenient dels col·lectors de concentració és que
només aprofiten la radiació directa; no són convenients en zones
climàtiques que, encara que tinguin una radiació solar acceptable, són
relativament nuvoloses.
CENTRALS TERMOSOLARS
Centrals amb col·lectors distribuïts o DCS
Per rebre la radiació solar en condicions òptimes han de disposar d'un sistema de
seguiment del Sol. Consisteix en un mecanisme incorporat als captadors que els permet
variar la posició respecte a dos eixos, l’horitzontal o d'elevació i el vertical o azimut,
accionats per un servomotor comandat per un microordinador o per un rellotge solar.
CENTRALS TERMOSOLARS
Centrals solars de torre central CRS (Central Receiver System)
Aquestes centrals aprofiten l'energia solar a alta temperatura. El sistema
de captació està format per una gran superfície coberta d'heliòstats
(miralls), anomenada camp d'heliòsats, que concentra la radiació solar
en un receptor instal·lat a l'extrem superior d'una torre.
Els heliòsats, en ser concentradors, només aprofiten la radiació directa i
també disposen d'un sistema de seguiment de la trajectòria del Sol en els
dos eixos, d’elevació i azimut.
En aquestes centrals la transformació de l'energia tèrmica en elèctrica és
igual que en les DCS, però el seu rendiment termodinàmic és més elevat,
ja que la temperatura aconseguida en el fluid primari, normalment sodi, és
molt superior. Són les centrals que més es construeixen i algunes
instal·lacions arriben a 200MW de potència
CENTRALS TERMOSOLARS
Centrals solars de torre central o CRS
Infografia central termoheliodinàmica
CENTRALS TERMOSOLARS
Centrals amb disc Stirling
El sistema de concentrador disc Stirling està format per un concentrador parabòlic
d’alta reflexió, un receptor solar i un motor Stirling que s’acobla a un alternador.
Funciona escalfant un fluid localitzat en el receptor fins a una temperatura d’uns 750
C.
Aquesta energia és utilitzada per moure el motor que acciona un generador elèctric.
CENTRALS TERMOSOLARS Concentrador lineal Fresnel
La tecnologia Fresnel utilitza miralls reflectors plans i aconsegueix, així, un mirall
corbat, per la variació individual de l’angle de cada fila de miralls en relació al tub
absorbidor, on es concentra la radiació solar i per on circula l’aigua a escalfar.
Infografia una nova experiència: energia torre solar
SISTEMES D’APROFITAMENT D’ENERGIA SOLAR DE BAIXA
TEMPERATURA
Els sistemes d'aprofitament d'energia solar de baixa tempertura
s'utilitzen bàsicament per obtenir aigua calenta, calefacció i en
alguns casos, fins i tot, una mica d'aire fred a l'estiu per refredar
l'ambient.
L'EFECTE HIVERNACLE
L'efecte hivernacle consisteix en retenir part de la radiació emesa pel
sol, els captadors solars fan servir l'efecte hivernacle per escalfar
aigua o aire. Es col·loca un vidre i aquest reté bona part de radiació
infraroja emesa pel sol que fa pujar més la temperatura dintre del
captador.
Un cos es pot comportar de tres maneres davant la radiació:
transparent que deixa passar la radiació, reflectant que no deixa
passar la radiació i absorbent són els cosos negres que absorbeixen
tota la radiació.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA
Sistemes de captació passius.
Corresponen a les accions de disseny en l´arquitectura que
permeten que els edificis utilitzin millor els recursos energètics,
tant per augmentar la temperatura interior a l´hivern com per
refrigerar-se a l´estiu.
Un sistema solar passiu és aquell en el que l’energia es difon
de forma natural. En la majoria dels casos els sistemes passius
s’integren en l’arquitectura, de forma que els materials
constructius serveixen per a una doble funció, estructural i
energètica.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
En els sistemes passius tots els procediments es fan de forma natural,
sense intervenció d'elements mecànics. L'arquitectura bioclimàtica
és basa en aquests sistemes i pretén l'obtenció del confort en
habitatges, aprofitant l'energia solar per calefacció i ventilació naturals.
Per a la construcció d'habitatges utilitzant l'arquitectura bioclimàtica
cal tenir en compte:
•l'orientació,
•la forma,
•la situació de l'edifici,
•la conductivitat tèrmica i
•l'aïllament dels materials amb que es construeix i
•la distribució de portes, finestres, etc.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
Els elements bàsics de l'arquitectura bioclimàtica són:
-Vidrieres: Creen l'efecte hivernacle.
-Massa tèrmica: Emmagatzema el calor, són les parets, murs, etc.
-Elements de protecció: Són els aïllaments, com les persianes.
-Reflectors: Produeixen increments de radiació a l'hivern i poden protegir
de la radiació a l'estiu.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
Sistemes de guany directe
Primer s'ha d'orientar la vidriera al sud per on penetra la radiació solar, el vidre crea
l'efecte hivernacle i la massa tèrmica interior de la casa l'absorbeix escalfant
l'ambient.
Després a les hores nocturnes és produeix la reemissió de calor.
Cal disposar de cortines que cobreixin tota la vidriera per poder evitar
sobreescalfaments, per exemple a l'estiu.
Són sistemes simples i econòmics, però difícils de controlar.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
Sistemes de guany indirecte
La principal diferència entre els sistemes de guany indirecte i directe, és que els
de guany indirecte tenen una massa acumuladora que acumula calor durant el dia,
i la deixa anar unes hores després. El sistema més famós és el Mur Trombe
(massa acumuladora), un mur massís i fosc col·locat a l'interior de la vivenda de
cara al sol, que té dos obertures una de superior i una d’inferior. Darrera el mur
està l'habitatge, on la transmissió de calor depèn del gruix del mur. Hi altres
sistemes com per exemple la teulada d’aigua, però aquests no són tan importants.
1 La radiació del sol escalfa
la casa.
2,3 La casa s’escalfa per
circulació natural.
4,5 A l’estiu s’obre una
obertura al nord i una a la
vidriera, perquè entri aire
fred i refresqui una mica la
casa
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
Sistemes de guany mixt
És una combinació dels sistemes de guany directe i
indirecte
1 Sistema de guany directe.
2 Sistema de guany indirecte
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
Sistemes de guany aïllat
Consisteixen bàsicament en una superfície d’absorció no integrada a la
vivenda, com un soterrani
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Elements
principals
Subsistema de captació.
Subsistema d’emmagatzematge.
Subsistema de consum.
Circuit obert o sistema directe.
Circuit tancat o sistema amb intercanviador.
Circuit obert
amb circulació
natural
Circuit tancat
amb circulació
forçada
Hi ha dos tipus d’instal·lacions:
Circuit obert o sistema directe
En les instal·lacions de circuit obert l’aigua que circula pels col·lectors solars
és utilitzada directament per al consum.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Hi ha dos tipus d’instal·lacions:
Circuit tancat o sistema amb intercanviador
El sistema amb intercanviador consta de dos circuits:
-El primari conté tots els elements anticorrosius i anticongelants, circula
pels col·lectors i alimenta el dipòsit amb intercanviador.
-El secundari rep l’energia del primari al dipòsit intercanviador.
SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA. SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
Infografia habitatge bioclimàtic
Conversió fotovoltaica
Un altre sistema per a l'aprofitament de la radiació solar és la
conversió fotovoltaica que consisteix en transformar la radiació
solar directament en energia elèctrica, per a la qual cosa utilitza
captadors formats per cèl·lules solars o fotovoltaiques.
Les cèl·lules fotovoltaiques estan construïdes per una làmina de
material semiconductor, normalment silici, que té la propietat de
produir electricitat quan hi incideixen els fotons de les radiacions,
aquest fenomen és l'efecte fotovoltaic.
L'efecte fotovoltaic és conegut des de la fi del segle passat, però
és l'any 1954 quan es descriu l'aplicació de la unió p-n, per a la
conversió d'energia radiant en energia elèctrica
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
El rendiment de la transformació és molt baix, del 15 al 20% en les
millors condicions de la radiació rebuda (per terme mitjà es considera
que no supera el 10%), i disminueix en augmentar la temperatura.
La tensió màxima que s'obté entre els borns de la cèl·lula és d'uns
0,58V, quan la radiació rebuda té una potència d'1kW/m2.
Aquesta tensió no té aplicació, de manera que es connecten diferents
cèl·lules en sèrie per aconseguir una tensió més adient.
Comercialment es fabriquen mòduls formats per un nombre de cèl·lules
connectades en sèrie, generalment 36, en els quals s'obté una tensió
màxima de 18V en connectar-se els diferents mòduls en sèrie o en
paral·lel, segons la tensió o la intensitat que es vulgui obtenir.
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
El funcionament del sistema fotovoltaic de concentració es fonamenta en
cèl·lules solars fabricades amb materials semiconductors compostos,
com l'arseniür de gal·li, que aprofita la radiació solar.
Infografia làmines nano-solars
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
Per la seva senzillesa i operativitat, l'energia fotovoltaica presenta
un camp d'aplicació molt ampli, encara que les limitacions per
produir grans quantitats d’electricitat fan que s'utilitzin sobretot, per
cobrir petits consums elèctrics, en el mateix lloc de la demanda.
Té l'avantatge que no es necessita un nivell important del recurs,
com és necessari en l'eòlica i en la minihidràulica, ni cap
subministrament exterior d'energia i, a més, el seu manteniment
en ser elements estàtics és mínim.
Les aplicacions, deixant de banda la seva utilització a la indústria
espacial, es poden classificar en dos grans grups:
•Instal·lacions aïllades de la xarxa elèctrica comercial:
electrificacions rurals, aplicacions agrícoles, senyalització i
comunicacions.
•Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica: centrals
fotovoltaiques i sistemes integrats en edificis.
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
Hi ha centrals fotovoltaiques de potència superior als 6MW, encara que la
majoria d'instal·lacions son de poca potència. Bàsicament estan construïdes
per les plaques fotovoltaiques, un equip ondulador o inversor que
transforma el corrent continu obtingut a les cèl·lules en corrent altern, i un
transformador que adequa les característiques al corrent altern a les de la
xarxa de transport o distribució. A vegades disposen d'un sistema
d'acumulació i regulació de la carrega (indispensable a les instal·lacions
aïllades de la xarxa comercial) per al servei auxiliar de la central.
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
FOTOVOLTAICA DE CONCENTRACIÓ
CPV
El funcionament del sistema fotovoltaic de concentració es fonamenta
en cèl·lules solars fabricades amb materials semiconductors
compostos, com l’arsenur de gal·li, que aprofita la radiació solar amb
una eficiència del 40% (el doble de les convencionals).
Cèl·lules molt petites de 2mm2 a 2cm2: per això s’utilitzen miralls o
lents que concentren els raigs solars de manera que amplien fins a mil
vegades o més el nivell de radiació.
S’utilitza en satèl·lits i naus espacials
Infografia fotovoltaica CSP CPV
POTÈNCIA SOLAR TERMOELÈCTRICA
L’any 2009 la potència de les centrals termoelèctriques en funcionament
era de 607MW (EUA 424MW i Espanya 183MW), en construcció
1855MW (Espanya 1168MW i EUA 687MW) i en projecte 6376MW dels
quals 1783MW a l’estat espanyol.
ENERGIA FOTOVOLTAICA:
SITUACIÓ ACTUAL
L’any 2010 la potència fotovoltaica instal·lada al món era de
39529MWp, més de 15 vegades superior a la del 2004, més del 80%
instal·lada a la Unió Europea.
Alemanya: 17370MWp
Espanya: 3787MWp
Japó: 3622MWp
Itàlia: 3478MWp
EUA: 2727MWp
A Catalunya: 163MWp
L'aprofitament de l'energia cinètica del vent no és res
de nou; des de molt abans de la revolució industrial,
l'home l'ha aprofitat per bombejar aigua o per
propulsar els seus vaixells. Pot ser considerada una
de les principals fonts d'energia no animal de la
humanitat fins a principis del segle XIX,
d'importància innegable per al desenvolupament de
nombroses civilitzacions.
L'aprofitament de l'energia eòlica per a la generació
d'electricitat mitjançant aerogeneradors, és una
tecnologia que va experimentar un desenvolupament
tècnic i comercial important a finals dels anys 70,
després de la primera crisi del petroli.
Tot i que l’energia eòlica és una energia neta i
renovable, cal considerar l'impacte ambiental que
pot ocasionar la instal·lació d'aerogeneradors en el
medi natural
ENERGIA EÒLICA
Centrals eòliques
Una central eòlica és una central que a través de l’energia del vent
produeix electricitat.
CENTRALS EÒLIQUES
Color Terreny accidentat Pla obert A la costa Mar obert Muntanya
Per a l’aprofitament de l’energia eòlica s’utilitzen les aeroturbines,
anomenades generalment molins de vent.
El principi de funcionament d’una aeroturbina consisteix en extreure part de
l’energia cinètica del vent mitjançant un sistema de captació, que acostuma a
estar format per pales que giren solidàries a un eix, mitjançant el qual obtenim
energia mecànica
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
Una aeroturbina consisteix en una sèrie de pales que giren solidàries a un eix,
mitjançant el qual podem obtenir energia mecànica.
La potència que podem extreure es pot calcular per aquesta expressió
empírica.
P = potència, en W.
ρ = densitat de l’aire, en condicions normals és de 1,225kg/m3.
A = superfície escombrada per les pales, en m2.
v = velocitat del vent, en m/s.
Cp = coeficient de potència. El Cp té un valor màxim de 0,59 i en coneix com
a límit de Betz, però els valors reals van de 0,1 a 0,5.
CpAvP 35,0
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
P = potència, en W.
ρ = densitat de l’aire, en condicions normals és de
1,225kg/m3.
A = superfície escombrada per les pales, en m2.
v = velocitat del vent, en m/s.
Cp = coeficient de potència. El Cp té un valor màxim de
0,59 i en coneix com a límit de Betz, però els valors
reals van de 0,1 a 0,5.
CpAvP 35,0
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
Tipus d’aeroturbines
Aeromotors són màquines lentes,
amb un rotor format per
moltes pales, de 12 a 24,
de fins a 8m de diàmetre.
El rendiment és baix, però
necessiten poca velocitat de
vent, uns 2m/s.
La potència és inferior a
20KW. S’utilitzen per
bombejar l’aigua dels pous.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
Tipus d’aeroturbines
Aerogeneradors són màquines ràpides,
de 2 o 3 pales,
perfil aerodinàmic com els avions i
diàmetre variable.
Necessiten velocitats de vent elevades
(mínim 4 o 5 m/s i desitjables superior a
10m/s, uns 36km/h).
Les potències arriben fins els 5MW.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
Les parts d’una aeroturbina són:
-Rotor: transforma l’energia del vent en mecànica.
-Sistema d’orientació: té la funció d’orientar l’aerogenerador perpendicular al
vent.
-Sistema de regulació: té la funció de disminuir la velocitat d’engegada,
mantenir la potència i la velocitat del rotor.
-Conversor energètic: està destinada en transformar l’energia mecànica.
-Bancada: element estructural que protegeix el sistemes de l’aerogenerador.
-Suport: té la funció d’elevar el rotor
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
El rotor transforma l’energia del vent, que és aprofitada a través de les pales, en
energia mecànica. Els sistemes de regulació modifiquen la força mecànica i
l’adequa corresponentment amb les característiques del aerogenerador. El
multiplicador augmenta la força mecànica, aquesta és transformada en el
generador en energia elèctrica.
Parts d’un
aerogenador
Parts d’una
aeroturbina
Esquema d’una turbina
eòlica:
1. Fonaments
2. Conexió a la xarxa
elèctrica
3. Torre
4. Escala d’accés
5. Sistema d’orientació
6. Góndola
7. Generador
8. Anemòmetre
9. Fre
10. Caixa de canvis
11. Pala
12. Inclinació de la pala
13. Roda del rotor
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
Totes les turbines tenen una manera similar d’actuar. Necessiten una força
mínima de vent per actuar, és la velocitat d’engegada (2-4m/s), per vèncer
la inèrcia del motor. Els aeromotors ja comencen a funcionar amb aquestes
velocitats, però els aerogeneradors necessiten una velocitat major, per tenir
la tensió i la freqüència adequades per connectar-se a la xarxa elèctrica.
Aquesta s’anomena velocitat de connexió i és d’uns 4-5m/s
Si la velocitat del vent augmenta, les
potències i el rendiment augmenten
amb el coeficient de potència. Quan
s’obté el màxim rendiment s’anomena
velocitat de disseny. El valor màxim
de potència s’anomena potència
nominal, per sobre d’aquest valor, els
sistemes de regulació mantenen o
disminueixen la velocitat per evitar
esforços en el rotor. Moltes
aeroturbines, les de potències més
elevades,quan arriben a una velocitat
determinada frenen i paren, és la
velocitat de parada o de desconnexió,
que pot ser molt alta (20-30m/s).
D’EIX VERTICAL
Els principals tipus són el Savonius, el Darrieus i el Giromill
Tenen l’avantatge que no necessiten ser orientats i el manteniment és més
pràctic, però té l’inconvenient que té un baix rendiment
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
AEROTURBINES
D’EIX HORITZONTAL
En relació de la posició del rotor :
els de cara el vent i
els d’esquena el vent.
En relació de la quantitat de pales:
monopales,
bipales,
tripales o
multipales.
Els aerogeneradors han de tenir
sistemes de control de potència i
velocitat del rotor i el de control
d’orientació.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
AEROTURBINES
Parts d’una central eòlica
Aerogeneradors
Tipus d’aeromotor capaç d’aprofitar l’energia eòlica per a generar electricitat
Centre de control de funcionament
Centre on hi ha situat un microprocesdor que controla i arxiva tot el que
passa; velocitat del vent, direcció del vent, kWh produits, etc.
Acumuladors elèctrics
Garanteixen el subministrament continuat a les centrals eòliques no
conectades a la xarxa. Els més utilitzats són les bateries de plom-àcid.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
CENTRALS EÒLIQUES
Convertidors
Adapten les característiques del corrent generat al demanat pel centre de
consum (casa, torre, granja, etc. que l’utilitzin). Estan formats per
transformadors de tensió i de transformadors de voltatge.
Central transformadora a mitja tensió
Transformen el corrent de baixa tensió a mitjana tensió.
Central transformadora a alta tensió
Transformen el corrent de mitja tensió a alta tensió.
Xarxa elèctrica
Conjunt format per els cables elèctrics i altres components que serveixen
per transportar el corrent elèctric d’un lloc a un altre.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
CENTRALS EÒLIQUES
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
CENTRALS EÒLIQUES
Els aerogeneradors disposen de sistemes de control per aconseguir un funcionament
al més aproximat possible al de la velocitat i la potència nominals per a qualsevol règim
de velocitat i direcció del vent, a partir de la velocitat nominal.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
CENTRALS EÒLIQUES
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
CENTRALS EÒLIQUES
Infografia energia eòlica
Infografia energia eòlica
Infografia energia eòlica offshore
Parcs eòlics
Els parcs eòlics aprofiten l’energia elèctrica obtinguda amb l’aerogenerador.
Poden estar o no connectats a la xarxa comercial. Els no connectats a la xarxa
disposen d’un sistema d’acumulació (bateries) donada la intermitència del
recurs. Un parc eòlic necessita 6m/s com a valor mitjà del vent i 2.500
hores/any. Cada dia ha de bufar el vent 7 o 8 hores.
Situació del sector eòlic
A l’any 2010 la potència instal·lada a tot el món era de 194,4GW. La Xina amb
44,8GW, els EUA amb 40,2GW, Alemanya amb 27,2GW i Espanya amb
20,7GW són els països líders en l’aprofitament de l’energia eòlica.
A Catalunya al 2011 hi havia 38 parcs en funcionament amb una potència total
de 1034MW. El Parc de la Serra de Rubió (Anoia) i de la Serra del Tallat (Urgell i
Conca de Barberà) són els de més potència amb 49,5MW cadascun.
TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
CENTRALS EÒLIQUES
ENERGIA GEOTÈRMICA
Etimologia de la paraula “geotèrmica”: fa referència a la calor de
l’interior de la Terra. Les plaques continentals són la part sòlida
de l’escorça de la Terra.
Un 0,5% de la Terra és sòlida, la resta és magma (pedra fossa),
que surt cap a l’exterior per unes fissures que presenta la Terra i
forma les plaques continentals.
La temperatura de la Terra augmenta 3˚C per cada 100m de
fondària. Aquest gradient geotèrmic no es manté fins al centre
de la Terra, si no que quan s’arriba a 6.000˚C, la temperatura no
puja més.
ENERGIA GEOTÈRMICA
La calor es transmet cap a l’exterior per conducció, però la poca
conductivitat tèrmica que tenen les roques fa que aquesta calor es
mantingui a l’interior.
En determinats llocs de la superfície de la Terra es produeixen
anomalies geotèrmiques, que provoquen que en alguns llocs la
temperatura pugui ser de 400˚C en lloc dels 40 o 80˚C que serien
normals.
Si coneixem la distribució de les anomalies geotèrmiques que estan
determinades per les plaques tectòniques, podem aprofitar l’energia
geotèrmica.
CENTRALS GEOTÈRMIQUES
Podem parlar d’un jaciment geotèrmic si hi ha:
- presència entre 1.000 i 2.000m de roques poroses i permeables.
- un flux de calor que escalfi l’aqüífer (riu subterrani). Aquesta calor
prové del magma.
-existència d’una tapa impermeable que eviti la dissipació contínua del
sistema termal.
En determinats casos, l’aigua calenta i/o el vapor pot sortir de manera
natural, espontània (fonts termals, guèisers...). En altres casos cal fer
una perforació, normalment s’injecta aigua freda i es recupera aigua
calenta. Les temperatures de sortida poden anar dels 90 als 150˚C, i
s’utilitzen per obtenir energia elèctrica (això seria una central
geotèrmica). Si la temperatura és més baixa de 90˚C, s’utilitza l’aigua
directa per calefacció. A Islàndia, el 90% dels habitants utilitzen l’aigua
extreta directament de la Terra.
CENTRALS GEOTÈRMIQUES
Centrals geotèrmiques
Poden ser de condensació, on el vapor es condensa. A les
centrals de condensació el vapor es torna a injectar al subsòl. I
centrals sense condensació, on el vapor s’allibera a l’atmosfera.
Inconvenient: la vida útil d’una central geotèrmica és tan sols de
40 anys, ja que el vapor d’aigua genera una gran corrosió.
Avantatge: en 2 anys es pot construir una nova central. Si es
construeixen prou centrals geotèrmiques, es podrien estalviar
anualment 1.000 milions de barrils de petroli (unes 2·108 tones).
CENTRALS GEOTÈRMIQUES
La capacitat geotèrmica elèctrica a escala mundial al
2005 era de 9GW, i els aprofitaments calorífics eren de
28GW.
L’any 1913 es va construir la primera central geotèrmica a
Itàlia, que tenia una potència de 250KW.
Actualment, en el mateix emplaçament hi ha una altra que
té una potència de 390MW.
La central geotèrmica més gran del món és de guèisers
(Califòrnia). Té una potència de 1.792MW, una potència
similar a les dues centrals d’Ascó juntes i superior a
qualsevol central de qualsevol tipus de Catalunya.
CENTRALS GEOTÈRMIQUES
Infografia energia geotèrmica
ENERGIA MAREOMOTRIU
La font d’energia dels mars i els oceans és pràcticament
inesgotable.
L’aigua del mar emmagatzema energia tèrmica procedent del
Sol. Les ones i els corrents, que són provocats per la força del
vent, originen moviments de gran quantitat de massa d’aigua.
Les formes d’extreure una energia útil pot ser a través de
l’energia tèrmica o a través de les ones i de les marees.
ENERGIA MAREOMOTRIU
Al llarg de la història s'han desenvolupat molts projectes per
aprofitar aquest enorme potencial energètic que hi ha
emmagatzemat en els oceans, però la majoria han fracassat
per les dificultats pròpies del medi:
•Efecte corrosiu de l'aigua salada sobre les parts metàl·liques
de les instal·lacions.
•Condicions atmosfèriques molt sovint adverses.
•Dificultat en el transport de l'energia produïda fins als punts
de consum.
•Elevats costos que representen la majoria d'instal·lacions.
ENERGIA MAREOMOTRIU
L’energia de les marees
Les marees són un moviment cíclic alternatiu d'ascens i descens del
nivell de l'aigua del mar, producte de l'acció gravitatòria de la Lluna i
el Sol i afavorit per la poca viscositat de l'aigua. Aquest moviment de
pujada i baixada del nivell de l'aigua és aprofitat a les centrals
mareomotrius per generar energia elèctrica
L'amplitud de les marees (diferència entre el nivell màxim -plenamar-
i el nivell mínim -baixamar-) varia amb les zones.
Hi ha llocs on hi ha marees de fins a 15 m i altres, com la
Mediterrània, on no arriben a 0,5 m en tractar-se de mars tancats.
L'aprofitament del flux de l'aigua provocat per les marees, per a la
generació d'energia elèctrica, requereix disposar d'emplaçaments on
l'amplada de la marees sigui gran, més de 5 m, juntament amb unes
característiques geogràfiques adequades (cales, badies, estuaris,
etc.) per crear grans embassaments.
ENERGIA MAREOMOTRIU
L’energia de les marees
L’aprofitament de l’aigua
de les marees consisteix
en crear embassaments
mitjançant murs, i en el
moment de plenamar
deixem passar l’aigua i en
el de baixamar no la
deixem escapar-se.
Creem dues situacions en
les quals es pot produir
una diferència de nivells
que ens permet generar
ena energia elèctrica. Es
necessita una alçada del
mur de 5m.
ENERGIA MAREOMOTRIU
En 1966 a França, a l’estuari del riu Rance, es va crear la primera i encara la
més gran central mareomotriu. Té 754m de llargada, 27m d’alçada, amb 24
turboalternadors de 10MW cadascun (240MW en total) per aprofitar les
marees que tenen una amplada mitjana de 11,4m i turbines bidireccionals. Al
Canadà, hi ha un nou sistema en experimentació, i es pretén construir dues
centrals de 1.400 i 4.900MW.
ENERGIA MAREOMOTRIU
Infografia energia mareomotriu/ones
L’energia de les ones
La principal font d'energia de les ones és el Sol. L'escalfament desigual de la
superfície terrestre genera vent, i aquest, en passar per sobre de l'aigua,
genera ones.
L'energia produïda per les ones proporciona una mitjana de 8 kW per metre de
costa; una densitat d'energia molt superior a la mitjana de radiació solar (1000
W/m2 ), o a l'energia del vent (inferior als 300 W/m2 ).
Tot i la seva alta densitat energètica, l'aprofitament eficaç i rentable de l'energia
de les ones es preveu a llarg termini, ja que els sistemes proposats
requereixen elevades inversions i topen amb la dificultat de trobar materials
suficientment lleugers i alhora resistents als esforços mecànics i a la corrosió.
Amb les ones, diferentment del que passa amb les marees, no es pot preveure
la seva freqüència, que és totalment aleatòria, entre 3 i 30 cicles per minut;
això suposa una dificultat important per al seu aprofitament energètic. El
disseny ha de ser capaç de respondre a ones de totes dimensions, i resistir els
temporals amb garanties de seguretat.
ENERGIA MAREOMOTRIU
L’energia de les ones
Els dispositius que s'estan experimentant o que estan en projecte són molts,
per bé que la majoria utilitzen el mateix principi: l'ona pressiona sobre un cos
que comprimeix un fluid (líquid o aire) el qual acciona una turbina. Alguns dels
prototips més significatius són:
•Lleba o paleta oscil·lant de Salter
•Boia Masuda o convertidor pneumàtic
•Cilindre oscil·lant de Bristol
ENERGIA MAREOMOTRIU
-Paleta oscil·lant de Salter.
Consisteix en un conjunt de pales de
moviment independent, unides a un eix
comú. Les pales, en oscil·lar amb el
moviment de les ones, accionen un
motor que comprimeix un fluid fins a la
turbina
Té un rendiment de fins el 35%.
ENERGIA MAREOMOTRIU
-Boia Masuda o convertidor
pneumàtic
El moviment extensional de les ones
desplaça l'aire, contingut a l'interior
de la boia, cap a l'exterior a través
d'una turbina d'aire. En el moviment
descendent de l'ona, aspira aire de
l'exterior a través de la turbina. La
turbina és de doble acció, i gira en el
mateix sentit quan expulsa i quan
succiona aire.
Aquest sistema desenvolupat al
Japó s'utilitza en petites boies de
balisa que generen la seva pròpia
llum, amb potències entre 70 i 120W
cada una.
ENERGIA MAREOMOTRIU
-Cilindre oscil·lant de Bristol.
És un cilindre de formigó, que
té una llargada de 45m i 11m de
diàmetre, ancorat al fons del
mar per mitjà d'uns peus
extensibles, els quals, amb el
balanceig del cilindre,
succionen i bombegen aigua a
elevada pressió, a través de les
bombes situades en els seus
peus, a una turbina. El corrent
generat és transmès a terra
ferma per mitjà de cables
submarins.
ENERGIA MAREOMOTRIU
Projecte d’Iberdrola a Santoña (Cantabria). Sistema PowerBuoy (OPT)
Consta d’una central experimental de 10 boies de 150kW cadascuna
7 metres de diàmetre
A 40 metres de
profunditat, a 4km de
la costa
ENERGIA MAREOMOTRIU
Projecte al port de Mutriku (País Basc) 2011: primera instal·lació d’Europa
connectada a la xarxa. Tecnologia OWC (columna d’aigua oscil·lant semblant a
la boia Masuda). 296kW.
ENERGIA MAREOMOTRIU
Altres tecnologies: Seagen. Aprofitament energètic de les corrents marines
Turbina Seagen
Columna de 43m que sustenta dos rotors de 16m de diàmetre que poden
generar fins a 1,2MW de potència.
La turbina sobresurt 10m del nivell del mar
Irlanda del Norte,
2008
Altres tecnologies: Seagen. Aprofitament energètic de les corrents marines
Altres tecnologies: Turbina Lànstrom
Turbina Lanstrom
Té 30m d’alçada i una hèlix amb tres pales de 20m de llargada,
que permet desenvolupar una potència d’ 1MW.
Pot funcionar a 100m de profunditat
Altres tecnologies: Turbina Thawt
Turbina Thawt
Turbina d’aigua transversal horitzontal axial; es tracta d’un rotor
cilíndric que gira al voltant d’un eix amb el flux d’aigua.
Es creu que pot arribar als 12MW, i més econòmica que altres
tipus de turbines
Altres tecnologies: Pelamis
Turbina Pelamis
Fins a 750kW
Altres tecnologies: Pelamis
Infografia energia corrents marins
Infografia energia de les onades
Energia tèrmica dels oceans
Hi ha un gradient tèrmic entre les capes superficials i les capes
profundes del fons de l’oceà.
És necessària una diferència de temperatura d’uns 20˚C que
es dóna en aigües tropicals i subtropicals, però a profunditats
de 500 i 1.000m.
Pot haver-hi un circuit obert o tancat.
El circuit tancat utilitza un fluid amb una baixa temperatura
d’ebullició, com ara l’amoníac, que s’escalfa amb la
temperatura de l’aigua de la superfície, i es condensa amb
l’aigua freda de la profunditat. Entre la profunditat i la superfície
pot haver-hi una diferència de 25˚C.
ENERGIA MAREOMOTRIU
)(líquid
amoníac
elèctrica
energia
erfície
aigua
sup
)(gas
amoníac turbina
profunda
aigua
L’inconvenient és el poc rendiment
(7%) per dos motius:
- La poca capacitat d’aquesta aigua
de generar energia tèrmica.
- La despesa d’energia necessària
per fer funcionar el sistema.
ENERGIA MAREOMOTRIU
Esquema d’una central CETO de 100MW
ENERGIA BIOMASSA
Durant la major part de la història de la
humanitat, la biomassa i l’energia solar
han estat les úniques fonts d’energia
tèrmica utilitzades per l’home.
Al llarg del temps i fins l’arribada del carbó,
en la Revolució Industrial, la biomassa ha
servit per cobrir les necessitats de calor i
il·luminació tant en la vida quotidiana com
en les diverses aplicacions industrials
existents.
ENERGIA BIOMASSA
D’una banda l’home utilitza
els anomenats residus
forestals o agrícoles, que
són aquells recursos que
es generen directament en
el camp o a la muntanya
de manera dispersa, per
aprofitar-ne l’energia.
ENERGIA BIOMASSA
D’altra banda, ja en el nostre segle, l'home també ha après a recuperar
l'energia de les deixalles domèstiques, anomenades RSU (residus
sòlids urbans), les quals constitueixen un cas singular de la biomassa.
Les deixalles tenen un alt contingut en matèria orgànica i altres
components com ara el paper, amb un poder calorífic similar al dels
carbons dolents.
Actualment, amb tecnologies molt diverses, s'extreu l´energia que
nosaltres hem dipositat al contenidor del carrer en forma de bossa
d’escombraries. Cal no oblidar, però, que la millor estratègia
d'eliminació dels residus urbans consisteix a combinar processos de
recollida selectiva amb reciclatge i compostatge, i alhora limitar, com
més millor les opcions d'abocament i incineració, pels problemes
mediambientals que generen.
ENERGIA BIOMASSA
El terme "biomassa" inclou tota la
matèria viva, o que l'origen en
sigui la matèria viva, que existeix
en un instant de temps a la Terra.
L’energia que es pot obtenir de la
biomassa prové de la llum solar, la
qual, gràcies al procés de fotosíntesi,
és aprofitada per les plantes verdes i
transformada en energia que queda
acumulada en l’interior de les seves
cèl·lules. Aquesta energia pot ser
traspassada per la cadena
alimentària al regne animal.
ENERGIA BIOMASSA
Infografia energia biomassa
L'energia acumulada a la biomassa pot ser alliberada sotmetent-la a diversos
processos d’aprofitament energètic:
- Processos d’aprofitament energètic dels residus agrícoles i forestals
- Processos de valorització energètica dels RSU
ENERGIA BIOMASSA
Aquesta biomassa es pot transformar en combustible mitjançant
processos físics, termoquímics i bioquímics.
-Processos físics: destinats a preparar la biomassa pel seu ús
directe com a combustible o per un procés posterior. Són dos:
• Homogeneïtzació o refinat, que consisteix en l’adequació de la
biomassa a unes condicions de granulometria, humitat o
composició (és a dir fer totes les partícules similars) per mitjà de la
trituració, l’estellatge, l’assecatge...
• Densificació, que consisteix en la millora de les propietats de la
biomassa amb la fabricació de briquetes o pèl·lets per tal
d’aconseguir-ne un pes específic més alt i millorar les seves
possibilitats d’emmagatzematge i transport.
ENERGIA BIOMASSA Processos d’aprofitament energètic dels residus agrícoles i forestals
-Processos termoquímics: transformacions en determinades
condicions de pressió i temperatura per obtenir el combustible en
estat sòlid, líquid o gasós. S’utilitza la piròlisi o destil·lació seca i la
gasificació.
• Piròlisi o destil·lació seca:
consisteix en la degradació
tèrmica de les molècules de la
biomassa en absència d’oxigen.
És el mètode tradicional
d’obtenció del carbó vegetal. En
instal·lacions industrials, a més
de carbó vegetal,s’obté una
fracció líquida i una gasosa que
convé condensar: així se n’obté
un gas pobre d’elevat nivell
energètic.
ENERGIA BIOMASSA Processos d’aprofitament energètic dels residus agrícoles i forestals
• Gasificació: és una
combustió incompleta de
biomassa en presència de
l’oxigen de l’aire. S’obté un
gas pobre format per
monòxid de carboni,
hidrogen i metà, entre
d’altres. Els procés es
realitza en instal·lacions
anomenades gasògens.
Una millora consisteix en
introduir directament
oxigen en lloc d’aire, amb
la qual cosa s’obté gas de
síntesi
ENERGIA BIOMASSA Processos d’aprofitament energètic dels residus agrícoles i forestals
-Processos bioquímics: consisteix en sotmetre la biomassa a processos de fermentació:
digestió anaeròbica i fermentació aeròbica.
Digestió anaeròbica: és la fermentació de la biomassa amb obtenció de biogàs. En
un dipòsit que s’anomena digestor s’introdueix la matèria orgànica i els bacteris, i
s’obté gas metà i anhídrid carbònic. Són bacteris que es desenvolupen en absència
d’oxigen. La temperatura òptima és de 30˚C, i es pot utilitzar qualsevol tipus de residu
orgànic. S’acostuma a aplicar a afluents líquids i a aigües residuals amb alt poder
contaminant, i considerem en aquest cas el gas com a un subproducte. En aquests
casos la producció de gas es considera un subproducte resultant dels processos de
millora ambiental. Aquests tipus d’instal·lacions permet a explotacions agrícoles
ramaderes autoproveir-se d’energia. En els països en vies de desenvolupament està
molt estès.
Fermentació aeròbica: també s’anomena alcohòlica. S’utilitza per l’obtenció de
bioalcohol (etanol) i per la fermentació en presència d’oxigen de materials orgànics
rics en sucres i midó. L’etanol (CH3CH2OH) s’utilitza com a combustible en els motors
d’explosió, per exemple, al Brasil amb l’etanol obtingut de la canya de sucre.
ENERGIA BIOMASSA Processos d’aprofitament energètic dels residus agrícoles i forestals
Per a transformar la biomassa en energia elèctrica es pot fer de dues
maneres:
• Combustió de la biomassa en una caldera: Aquesta combustió
provoca un escalfament de l’aigua i el consegüent vapor que acciona
un grup turboalternador.
• Transformació de la biomassa en combustibles gasosos:
Mitjançant procediments bioquímics o termoquímics que, amb el
corresponent combustible que és generat, alimenten motors alternatius
o turbines de gas que accionen un alternador que tenen acoblat.
ENERGIA BIOMASSA Producció d’energia elèctrica
Central de gasificació de cicle combinat
ENERGIA BIOMASSA Producció d’energia elèctrica
ENERGIA BIOMASSA Producció d’energia elèctrica
BIOCOMBUSTIBLES
Els biocombustibles són combustibles produïts a base de matèria
orgànica. Els dos més comuns són el bioetanol i el biodièsel,
pensats com a recanvis de la benzina i del gasoli, respectivament.
BIOCOMBUSTIBLES
El bioetanol s'obté de plantes amb un elevat contingut
de sucre o de midó, tals com el bleda-rave i els cereals; i el biodièsel, de plantes oleaginoses com el gira-sol i la colza. A banda, la recerca actual s'orienta vers els anomenats biocombustibles de segona generació (fusta, herbes...).
BIOCOMBUSTIBLES
Pros...
Com apuntàvem, l'augment de la producció de biocombustibles fa
disminuir la dependència del petroli.
Pensem, per exemple, que la major part del petroli consumit a la Unió
Europea ve de fora, i, en particular, d'indrets políticament inestables.
A això, s'hi sumen consideracions ambientals: la crema de derivats del
petroli és responsable de l'emissió a l’atmosfera de tones i tones de
diòxid de carboni; contràriament, la crema de biocombustibles no fa
sinó tornar a l'atmosfera el diòxid de carboni que les plantes han
absorbit per fotosintesi.
El diòxid de carboni és
el gas que més
contribueix a l'efecte
hivernacle.
BIOCOMBUSTIBLES
...i contres
Tot amb tot, els biocombustibles no susciten pas una opinió
unànimement favorable. També són objecte de crítiques que
incideixen en els possibles inconvenients de produir-ne a gran escala:
• augment de preus de matèries primeres;
• extensió del monocultiu en detriment de la diversitat de
conreus i de les àrees forestals;
• augment de l'ús de plaguicides i d'adobs derivats del petroli
i contaminants...
Hom apunta l'extensió del
monocultiu com un dels
inconvenients de produir
biocombustibles.
BIOCOMBUSTIBLES
Exposició Universal de París, any 1900. L'inventor alemany
Rudolf Diesel presenta el primer motor dièsel de la història, que
funciona amb oli de cacauet, com un "motor d'oli". El seu creador
pretén amb això potenciar l'agricultura com a font d'energia. Però
el gira-sol, o els cacauets, són molt cars i el petroli s'imposa.
Any 2007, més d'un segle després, a la UE es produeixen 35
milions de m3 de biocombustibles, entre els quals es troba el
biodièsel, obtingut a partir de plantes oleaginoses. El temps ha
donat la raó al senyor Diesel, els olis vegetals ja s'utilitzen com a
combustible i l'etiqueta distintiva del biodièsel resulta ja visible en
desenes de gasolineres, tant en estat pur (l'anomenat B100, és a
dir, al 100%) com mesclat amb gasoil en proporcions que
oscil·len entre el 10% i el 20% (els anomenats B10, B15 o B20),
tal com permet la legislació espanyola de carburants.
BIOCOMBUSTIBLES. BIODIÈSEL
El biodièsel es produeix a
partir d'olis vegetals, verges i
reciclats.
L'oli vegetal verge s'extrau de la llavor conreada deixant enrere la farina de
llavor, que es pot usar com a farratge animal. L'oli és refinat abans d'incorporar-
lo al procés de producció. Encara que es poden trobar més de tres-cents tipus
d'oleaginoses, les més comunes en la producció d'aquest biocarburant són la
colza, la planta amb més rendiment d'oli per hectàrea, la soja, el gira-sol i la
palma, encara que també es poden utilitzar olis usats, com els de fregir, que és
una matèria primera molt barata i a més permet reciclar el que en un altre cas
serien residus.
BIOCOMBUSTIBLES. BIODIÈSEL
BIOCOMBUSTIBLES. BIODIÈSEL
Precisament, les matèries primeres més utilitzades al nostre país per a la
fabricació de biodièsel són els olis de fregir usats i l'oli de gira-sol. També
s'estan fent proves amb oli de colza i amb Brassica carinata, coneguda com la
mostassa etíop
BIOCOMBUSTIBLES. BIODIÈSEL
Infografia biodièsel
BIOCOMBUSTIBLES. BIOETANOL
El bioetanol és un carburant ecològic produït a partir de la fermentació i
posterior destil·lació i tractament de productes vegetals.
S´obté per un procés de fermentació de primeres matèries riques en sucre.
Les tres principals fonts són:
• Plantes amb midó: grans (blat de moro) i tubèrcles (casava o
mandioca).
• Plantes amb sucre: remolatxa o canya. Melasses o xarops.
• Plantes amb cel·lulosa.
BIOCOMBUSTIBLES. BIOETANOL
Es poden diferenciar dos usos del bioetanol:
• l´alcohol etílic (etanol) que s´utilitza directament com a combustible per
l’automoció i està molt extès en algunes de les grans metròpolis sud-
americanes,
• i creant el seu derivat químic, l´èter terciari butílic etílic (ETBE), que
s’utilitza com a additiu per substituir la fracció d’èter metílic (MTBE).
El MTBE és un additiu d’origen mineral que es ve introduint a les benzines
des dels anys noranta amb la finalitat d’augmentar l’octanatge degut a la seva
major aportació d’oxigen, millorant així la seva combustió. D’aquesta manera
es disminueix el consum i milloren les emissions contaminants d’hidrocarburs
incremats. L´èter derivat del I´etanol (ETBE) s´obté per reacció de I´isobutè
amb etanol.
De les propietats de I´etanol i I´ETBE, cal destacar-ne el menor poder calorífic
en relació amb la gasolina, la qual cosa normalment es tradueix en pèrdua de
potència, però que es veu compensada per un augment del rendiment del
motor, atès que la presència d´oxigen en els compostos millora la qualitat de
la combustió.
BIOCOMBUSTIBLES. BIOETANOL
RESIDUS SÒLIDS URBANS (RSU)
RESIDUS SÒLIDS URBANS (RSU)
RESIDUS SÒLIDS URBANS RSU
Els RSU suposen un gran problema i els procediments actuals per
eliminar-los són:
-Abocament
-Compostatge
-Reciclatge
-Incineració
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
Abocament: consisteix en dipositar els residus sobre el terreny i enterrar-los
periòdicament amb terra. Els abocadors s’han de preparar aïllant-los i posant
desguassos perquè surtin els residus líquids. També es poden utilitzen torretes de
ventilació per deixar anar els residus gasosos.
-Compostatge: separar la matèria orgànica i tractar-la mitjançant fermentació
aeròbica, per tal d’obtenir el compost.
-Reciclatge: separar les fraccions dels RSU, que poden reincorporar-se al procés
de producció i consum.
-Incineració: els residus són eliminats mitjançant un procés de combustió i
tractament dels gasos resultants.
Des del punt de vista mediambiental lo millor és combinar una recollida selectiva
amb un procés de compostatge i reciclatge, limitant la incineració i l’abocament.
Energèticament, no lliga amb el tema mediambiental, però es pot obtenir
aprofitament del biogàs que es genera en els abocadors i recuperar l’energia
tèrmica dels processos d’incineració.
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
EL BIOGÀS
El biogàs produït per la fermentació dels residus orgànics s’escampa
pels abocadors i pot produir explosions i incendis, a més, a causa dels
perills que provoca la seva emissió en el medi ambient atmosfèric es fa
necessària la seva extracció controlada.
Per extreure’l es construeixen pous de desgasificació i extracció que no
són res més que forats a la superfície de l’abocador fins a la profunditat
necessària per tal de fer possible l’enviament del gas a la superfície.
Aquest gas és tractat en centrals per treure’n elements nocius com ara el
H2S.
El biogàs es pot aprofitar per a les necessitats d’energia tèrmica de
l’abocador, equips de tractament o incineració o bé subministrar-lo a
establiments propers o a la xarxa de gas corrent. Aquest gas també es
pot emprar en plantes de cogeneració on s’utilitza com a combustible de
motors de combustió interna alternatius.
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
EL BIOGÀS
La composició, així com la quantitat de biogàs depenen dels següents factors:
• Els residus a digerir i la seva composició química.
• Tipus de càrregues diàries.
• Paràmetres d'obtenció de biogàs (temperatura, pH, agitació, etc.).
• Tipus de digestor anaerobi.
Composició típica del biogàs que s'obté de la fermentació dels purins:
•Metà (CH4): 60-80%
•Diòxid de Carboni (CO2): 30-40%
•Hidrogen (H2): 5-10%
•Nitrogen (N2): 1-2%
•Monòxid de Carboni (CO): 0-0.15%
•Oxigen (O2): 0.1%
•Àcid Sulfhídric (H2S): 0-1%
•Vapor d'aigua: 0.3%
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
LES CENTRALS TÈRMIQUES
Serveixen per generar electricitat gràcies a la calor generada per la
combustió dels ja anomenats combustibles fòssils. El procés és similar al
de les centrals tèrmiques.
Primerament, l’alimentador proporciona combustible al fogar, on es
produeix la combustió. L’energia tèrmica que es desprèn converteix
l’aigua de la caldera en vapor i aquest es posa en moviment.
Seguidament el vapor fa girar els àleps de les turbines, les quals estan
connectades a un alternador, l’encarregat de generar el corrent. Cal citar
un dipositiu anomenat excitatriu que crea el camp magnètic necessari
perquè l’alternador sigui capaç de generar el corrent.
Com en les centrals tèrmiques, el vapor segueix un circuit ajudat per
bombes, i després de passar per les turbines es refreda gràcies a les
torres de refrigeració. Els fums produïts per la combustió són expulsats
per la xemeneia.
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
PROCESSOS DE VALORACIÓ
ENERGÈTICA DELS RSU
