CONCEPTE D'ENERGIA RENOVABLE

Les energies renovables són les que provenen de fonts energètiques que es renoves de manera continuada. És a dir que no s'esgoten, el contrari del que succeeix amb els combustibles fòssils. Tenen, a més, la qualitat de no ser contaminants. Les energies renovables tenen els seu origen al Sol, ja que la seva radiació és la causant dels diferents cicles naturals que originen aquestes fonts energètiques:

• l'escalfor del Sol

• el vent

• les onades

• les marees

• els corrents d'aigua dels rius.. etc.

Les avantatges més importants de les energies renovables respecte de les convencionals són els següents:

• asseguren la protecció de l'entorn natural. La majoria tenen molt poc impacte ambiental.

• La utilització d'energies renovables redueixen les emissions de CO2 a l'atmosfera.

• Permeten una menor dependència dels recursos energètics limitats i esgotables. Com ara els combustibles fòssils.

Alhora, aquests tipus d'energies tenen l'inconvenient, en la majoria dels casos, que les inversions necessàries són elevades en relació amb els resultats energètics obtinguts. Les energies renovables més utilitzades son: l'energia solar tèrmica, l'energia solar fotovoltàica, l'energia eòlica, l'energia hidràulica, la biomassa i els RSU.

ENERGIA SOLAR

L'energia solar de les diverses fonts d'energia renovables, la radiació solar és la principal i la més abundant. Actualment disposem de dos sistemes d'aprofitament de l'energia solar: la que transforma la radiació solar en energia tèrmica ( producció d'aigua calenta per a ús domèstic i industrial.. ) i una altra que la transforma directament en energia elèctrica mitjançant l'anomenada tecnologia fotovoltaica.

ENERGIA SOLAR TÈRMICA

S'utilitza principalment per a la producció d'aigua calenta sanitaria ( dutxes, cuines.. ) i per a la calefacció d'habitatges i piscines. Una instal·lació solar tèrmica consisteix bàsicament en un captador solar ( també anomenat PANELL SOLAR ) que capta la radiació solar, un dipòsit acomulador que emmagatzema l'energia obtinguda i uns elements auxiliars ( canonades, vàlvules, bombes.. ) que s'encarreguen de la distribució de la calor fins als llocs de consum. Un captador solar tèrmic pla, de coberta vidrada, és un dels tipus més utilitzats. Els elements que el formen són: una coberta transparent, uns tubs de circulació, una superfície absorbent i material aïllant.

El seu funcionament es basa en l'efecte hivernacle: la radiació solar que atravessa la coberta transparent és captada per la superfície absorbent i és transmesa en forma de calor el fluid que hi circula. El vidre o plàstic de la coberta, impedeixen que la radiació surti a l'exterior, la qual cosa provoca l'augment de la temperatura a l'interior del col·lector. Es poden considerar dos sistemes d'aprofitament: els sistemes passius, que s'han d'incorporar en el disseny arquitectònic ( orientació, aïllaments, murs acomuladors de calor )i els sistemes actius, que es poden incorporar posteriorment i que es basen generalment en col·lectors plans ( col·lectors tèrmics per on hi circula el líquid refrigerant l'aigua amb anticongelant ).

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Un altre sistema d'aprofitament de l'energia solar és la conversió fotovoltaica que consisteix en transformar directament la radiació lluminosa del sol en energia elèctrica. Per dur a terme aquesta conversió es fan servir uns cèl·lules anomenades solars o fotovoltaiques. Les cèl·lules fotovoltaiques són el principal component d'una instal·lació solar fotovoltaica i generalment de silici que té la propietat de produir electricitat quan hi incideix la llum. Aquest fenomen es coneix amb el nom d'efecte fotovoltaic.

Una cèl·lula individual normal té una superfície de 75 cm2 i una potència de 1 W per una radiació de 1000 W/m2 . Acostumen a subministrar una tensió de 0,5 V i un corrent continu de 2 A. Per obtenir potències superiors s'uneixen un determinat nombre de cèl·lules formant un Panell Fotovoltaic. Per exemple unim entre 24 i 48 cèl·lules poden produir corrent continu de 12 V o 24 V. A més de les cèl·lules fotovoltaiques, formen part d'una instal·lació solar fotovoltaica com a components habituals, els següents elements:

• Bateria o acumulador: es fa servir en instal·lacions autònomes no conectades a la xarxa elèctrica.

• Inversor: té la funció de transformar el corrent continu generat per la instal·lació solar fotovoltaica en corrent altern, per així poder utilitzar aquells aparells de consum més habituals de 220 V o bé poder lliurar a la xarxa elèctrica.

• Regulador de càrrega: en instal·lacions autònomes té la funció de protegir els acumuladors contra la sobrecàrrega i la descàrrega excessiva. Les aplicacions d'aquests tipus d'instal·lacions solars es poden classificar en dos grans grups:

• Instal·lacions autònomes o aïllades de la xarxa elèctrica: aplicacions agrícoles, senyalització i comunicacions, electrificació d'habitatges rurals, sistemes de depuració d'aigües, enllumenat públic, etc..

• Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica: centrals fotovoltaiques i sistemes integrats en edificis.

Aprofitament solar

Esquema de les diverses formes d'aprofitament de l'energia solar.

Elements d'una instal·lació fotovoltaica.

Aplicacions de l'energia fotovoltaica

Esquema de les principals aplicacions fotovoltaiques

TIPUS DE PANNELS FOTOVOLTAÏCS

• Silici monocristal·lí (1).- El silici es diposita sobre un cristall de forma que mantingui un estructura perfectament ordenada. Es caracteritzen per tenir un color blau fosc amb una brillantor metàl·lica. Tenen un rendiment del 16% de la radiació solar rebuda. Són els més cars i el més emprats.

• Silici policristal·lí (2).- El silici es dipositat sobre el cristall sense tanta cura, de tal manera que canvien l'orientació cada cert espai. El seu aspecte sembla una amalgama de colors amb tonalitats diferents entre blau i gris amb brillantor metàl·lica. Tenen un rendiment lleugerament inferior al 16% de la radiació solar. Són més econòmics i no s'utilitzen tant com els anteriors.

• Silici amorf (3).- El silici és dipositat en una fina capa sobre el material de suport, la seva estructura cristal·lina ha desaparegut. El seu aspecte presenta tonalitats de color marró o gris fosc. Tenen un rendiment al voltant del 6% de la radiació solar rebuda. Són molt econòmics i s'utilitzen per calculadores i objectes amb petits consums.

CENTRALS SOLARS

Aprofitament tèrmic de l'energia solar.

Hi ha dos tipus de centrals solars: col·lectors de concentració.

COL·LECTORS DE CONCENTRACIÓ: estan formats per dispositius que concentren la radiació solar sobre una superfície reduïda. Una línia o un sol punt, amb la qual cosa s'aconsegueixen temperatures de fins a 300ºC. El vapor d'aigua sobreescalfat s'aprofita després per a la producció d'electricitat o per altres usos industrials.

· Centrals heliotèrmiques: la conversió de l'energia solar en energia tèrmica i d'aquesta en energia elèctrica requereix la construcció i posada en marxa de centrals elèctriques anomenades heliotèrmiques.

La transformació energètica que s'hi produeix segueix el procés següent.

• La radiació solar escalfa en fluid portador de calor fins que assoleix la temperatura desitjada.

• El fluid passa per un generador de vapor on bescanvia la calor acumulada i produeix vapor a alta pressió.

• El vapor acciona un grup turbina-alternador i produeix electricitat que es pot distribuir per la xarxa convencional.

• El fluid, un cop refredat retorna els col·lectors per repetir el procés.

• Actualment hi ha dos tipus de centrals: les de col·lectors distribuïts i les de torre.

CENTRAL SOLAR

ENERGIA EÒLICA

L'energia eòlica es basa en l'aprofitament del moviment i la força del vent per realitzar un treball o per generar electricitat.

Actualment l'aplicació més important de l'energia eòlica és la producció d'energia elèctrica. Això s'aconsegueix per mitjà d'unes màquines que produeixen energia mecànica de rotació. Consta principalment d'un element mòbil de captació de l'energia del vent (ròtor) acoblat a un eix que es connecta segons l'ús que se'n vol fer a una bomba o a un generador elèctric. Aquestes màquines, conegudes amb el nom d'aerogeneradors (molins de vent) i solen estar agrupats tot sovint en un gran nombre de parcs eòlics.

Les màquines eòliques que transformen l'energia cinètica del vent en energia mecànica s'anomenen, també, aeroturbines. Es poden distingir bàsicament dos tipus:

- Aeromotors són màquines lentes caracteritzades és un ròtor (part giratòria) format per nombroses pales, normalment entre 12 i 24. proporcionen poca potència i s'utilitzen sobretot pel bombejament d'aigua dels pous.

• Aerogeneradors són màquines ràpides, d'eix horitzontal, de perfil semblant a les hèlix d'un avió, el ròtor de les quals es caracteritza per tenir poques pales (dos o tres). S'utilitza per produir electricitat acoblant un generador elèctric al ròtor. Poden subministrar potències elevades, fins i tot suspensors a 1MW (1.000.000W).

Els components més rellevants d'un aerogenerador, per produir electricitat, són la torre, el ròtor, les pales, el generador elèctric (alternador) i la gòndola o neveta.

La torre és el suport sobre el qual es fa el muntatge de tot el sistema i el manté a una determinada altitud de terra que va des dels cinc metres dels generadors de 850W fins als 50 metres dels generadors superiors als 600KW.

El ròtor és la part mòbil de la màquina que gira per l'acció del vent i que transforma l'energia eòlica en energia mecànica.

Les pales són els elements encarregats de captar l'energia del vent. Solen estar fabricades d'una mescla de vidre i polièster. Augmentant la potència subministrada per la màquina.

El generador elèctric transforma l'energia mecànica obtinguda a l'eix del ròtor en electricitat.

La gòndola o neveta, situada damunt de la torre, és l'element estructural i està formada pel vestidor i la carcassa.

El vestidor és la peça sobre la qual s'acoblen els elements mecànics principals.

Les instal3lacions eòliques productores d'energia elèctrica, igual que les solars fotovoltaiques, poden connectar a la xarxa elèctrica o bé. Funcionar de manera aïllada. Les instal·lacions aïllades no connectades a la xarxa elèctrica s'utilitzen per aplicacions agrícoles, senyalitzacions, repetidors de comunicacions, bombejament d'aigua, etc. Fan servir en la majoria dels casos aerogeneradors de baixa potència i han de disposar d'un sistema d'acumulació (bateries) per assegurar el subministrament elèctric, atesa a la intermitència de la font d'energia. Els parcs eòlics són instal·lacions normalment connectades a la xarxa elèctrica formades per un conjunt d'aerogeneradors connectats en paral·lel que produeixen energia elèctrica de forma conjunta. Els aerogeneradors acostumen a ser iguals i de potències elevades. Els parcs eòlics que generen importants quantitats d'energia elèctrica reben també el nom de centrals eòliques.

Per poder instal·lar un parc eòlic cal un on bufi el vent amb unes determinades característiques com la velocitat (superior a 6 m/s) la continuïtat i l'estabilitat.

Els parcs eòlics més importants de Catalunya es troben a Roses (Alt Empordà) a Tortosa i al Perelló (Baix Ebre) i al Priorat.

Aerogenerador

energia eòlica

Aerogenerador

Parc eòlic Parc eòlic baix ebre

Generador eòlic

LA BIOMASSA

S'enten per biomassa la massa total de matèria viva existent en un moment determinat a la Terra. Des del punt de vista energètic, però, es considerat biomassa la matèria orgànica d'origen vegetal o animal obtinguda de manera natural o procedent de les seves transformacions artificials de la qual se'n pot extreure energia útil. Segons el seu origen, la biomassa es pot classificar en: residus agrícoles (purins, restes de conreus i neteges del camp) residus forestals (podes d'arbres, neteges del bosc) cultius energètics (conreus de plantes de creixement ràpid destinades exclusivament a la obtenció d'energia) i residus sòlids urbans (RSU) (deixalles domèstiques)

La biomassa pot ser convertida en energia mitjançant les tèncniques d'aprofitament següent:

• processos físics.

• processos termoquímics.

• processos bioquímics.

Les aplicacions dels productes obtinguts en els processos de transformació de la biomassa i els RSU són dos: calor, força motriu, vapor, electricitat i combustible d'automoció.

L'eliminació dels RSU, s'ha convertit en un greu problema mediambiental. La millor estratègia de gestió i eliminació de RSU consisteix a combinar processos de recollida selectiva amb reciclatge i compostatge i a limitar l'abocament i l'incineració, ja que provoquen un impacte ambiental important i negatiu.

Planta de compostatge.

L'ENERGIA GEOTÈRMICA

La terra és una font d'energia que irradia calor de manera contínua cap a l'atmosfera ja que el seu nucli és format per roques foses a altes temperatures. Des de temps remots es coneix aquesta calor interna del nostre planeta la qual es manifesta en fenòmens com ara les erupcions volcàniques, els guèisers, aigües termals o el increment de temperatura que s'observa en perforacions realitzades en mines i pous.

L'energia geotèrmica és la que prové de l'energia de l'interior de la Terra i que es manifesta en forma de calor.

Aquesta fons d'energia s'utilitza fonamentalment aprofitant la calor de les aigües subterrànies mitjançant bescanviadors de calor. L'aprofitament geotèrmic com a recurs energètic està molt estès als països del nord d'Europa, on les fonts de calor subterrànies són més nombroses.

Catalunya i Espanya són unes de les zones europees amb més perspectives geotèrmiques. Tot i això, els aprofitaments actuals, tots a baixa temperatura, són molt escassos (inferiors al 0,1% de l'energia primària total).

A les centrals geotèrmiques, aquesta energia es fa servir com a font primària per produir electricitat. La primera central geotèrmica es va construïr a Itàlia (Lardarello 1913). La central més gran del món és a Geisers (California - Estats Units), amb una potència instal·lada de 200 MW aproximadament.

L'ENERGIA MAREOMOTRIU

És energia neta. Per aprofitar el desnivell d'aigua provocat per les marees.

La primera central es va fer a França l'any 1967 a la desembocadura del riu Rance.

La instal·lació d'aquestes centrals exigeix certes condicions:

• Altura mínima entre el nivell superior i l'inferior de l'aigua.

• Situada en una badia o en un estuari.

El funcionament es basa en el corrent provocat pel flux i reflux de l'aigua que fam girar els àleps d'unes turbines especials, i aquestes fan funcionar els generadors.

La badia queda tancada i afecta als ecosistemes marins, modifica l'aportació de sediments i impedeix el trànsit marítim.

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.

central mareomotriu

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.

Funcionament de les turbines amb plenamar i baixamar

 

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.

 

L'energia tèrmica dels oceans

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

En els tròpics, la diferència de temperatura entre la superfície i els 500-1000 m de profunditat és d'uns 25 °C, temperatura suficient per obtenir un rendiment mínim en el cicle termodinàmic.

El problema d'aquestes instal·lacions és el seu baix rendiment, del 7 %, donada la poca diferència de temperatures, motiu pel qual tot i haver gran quantitat de projectes pilot no s'ha implantat eficientment.

ESTALVI ENERGÈTIC

La generació, la transformació i l'ús de qualsevol tipus d'energia suposa, en major o menor grau, un impacte negatiu sobre el medi ambient. El més preocupant és, sens dubte, l'efecte hivernacle.

Cal, per tant, un creixement sostenible que satisfaci la demanda energètica i permeti el progrés continuat de la humanitat però que, en canvi, impedeixi un augment desmesurat del consum d'energia i minimitzi l'impacte ambiental i eviti l'exhauriment de les reserves d'energia, com el petroli.

L'aplicació de mesures per reduir el consum d'energia i afavorir la utilització de tecnologies i aparells més eficients pot representar un gran estalvi d'energies que pot repercutir en totes les fases del cicle energètic.

Una bona part de l'energia que consumim a les nostres llars, s'escapa a través de les parets i finestres o bé es malbarata pel consum excessiu de la calefacció, dels electrodomèstics o dels sistemes d'il·luminació poc eficients.

La calefacció i l'aigua calenta sanitària, representen aproximadament el 60% del consum domèstic d'energia.

CONSELLS PRÀCTICS PER ESTALVIAR ENERGIA

Calefacció i climatització

• Reforçar els aïllaments tèrmics o col·locar-ne de nous per disminuir pèrdues de calor.

• Triar instal·lacions i aparells d'alt rendiment.

• Fer un bon ús dels aparells calefactors i ajustar el nivell de calor subministrada.

• Aprofitar la calor del sol aixecant les persianes durant les hores de sol. A la nit, en canvi, abaixant-les per ajudar a mantenir la temperatura.

• Abans d'adquirir un aparell d'aire condicionat és recomanable d'estudiar les possibilitats de refrigeració natural de l'habitatge.

Il·luminació

• Sempre que sigui possible, aprofitar la llum natural ja que és millor per a la vida i s'estalvia energia.

• Utilitzar làmpades electròniques de baix consum. Consumeixen menys i duren molt més.

• No deixar llums encesos en habitacions buides.

Electrodomèstics

• Escollir electrodomèstics de baix consum i d'alt rendiment.

• Situar els frigorífics i congeladors tan lluny com sigui possible de les ones de calor i mirar de no obrir-ne les portes constantment.

• Utilitzar la rentadora i el rentaplats a plena càrrega i amb programes econòmics. Rentar els plats a mà, consumeix menys de la meitat d'energia que fer-ho amb el rentaplats.

• A la cuina, adaptar els recipients a la dimensió del cremador de gas o de la placa elèctrica.

L'aigua

• Per fer ús racional de l'aigua, atès que es tracta d'un bé essencial i escàs en alguns llocs, és preferible la dutxa a el bany, ja que gasta 4 vegades menys.

• Escollir cisternes de WC que permetin no haver-lo de buidar completament cada cop que es fa servir.

• Reparar les aixetes que degoten. Una gota cada segon suposa un consum mensual de 1000 L.

• Per a la dutxa o el bany, regular la temperatura de l'aigua i evitar que superi els 40º.

BIBLIOGRAFIA

INTERNET

www.google.es

www.xtec.es

www.edu365.com

Surt Aigua calenta

Entra Aigua freda

Caixa metàlica

Vidre o plàstic transparent

De color negre

Biogas i bioalcohol

Processos termoqui-mics

Processos bioqui-mics

Combusti-bles líquids i gasosos

Processos físics

Briquetes i pèl·lets

Primera materia (biomassa)

Plafons solars

Satèl·lit amb pannells solars

La bici també pot funcionar amb pannels solars

Una placa solar

Mòdul solar

Guèiser

Erupció volcànica

Aigües termals

Onada