Ud 03. energies alternatives

UD 03. Energies alternatives

IntroducciObjectius Didctics / Abans de comenar...

Centrals solars

Centrals eliques

Centrals geotrmiques

Centrals mareomotrius

La biomassa

Aprofitament dels RSU

Procediments d'estalvi energtic

UD 03. Introducci

Objectius didcticsEntendre com l'electricitat es genera a partir de fonts no convencionals. Relacionar-ho amb efectes fsics

Identificar, a cada tipus de central, quin s l'element cabdal que genera l'electricitat i saber descriure el funcionament de les seves parts

Entendre la problemtica derivada de la dependncia d'aquestes fonts de factors atmosfrics

UD 03. Introducci

Objectius didctics (II)Explicar els avantatges de les energies renovables

Entendre el concepte de cicle del CO2

UD 03. Introducci

Abans de comenar...Recordem en quins efectes fsics es basava l'obtenci de l'electricitat?Com aprofitem la natura en cada cas?

Recordem qu s l'efecte hivernacle?Com es provoca aquest efecte?

Recordem el concepte d'impacte ambiental?Impactes de les diferents central?

UD 03. Introducci

Tamb es diuen renovablesPer: hidroelctrica s renovable i convencional

La majoria tenen el seu origen al Sol

Importncia creixentDisminuir dependncia de combustibles fssils

Reduir impacte a la natura

Es marquen objectius a nivell europeu

UD 03. Introducci

Beneficis de la seva utilitzaciReducci emissions CO2 per cpita

Aprofitament recursos autctons i diversificaci

Suport a indstria d'alta tecnologiaLloc de treball, pols d'activitat econmica, gran potencial

Protecci de l'entorn natural

Beneficis socials: nuclis allats electrificats

Suport a centres de recerca laboratoris, universitats...

Afavorir el reequilibri territorial

UD 03. Centrals solars

Sol: reactor de fusi. Cont H, He i CDos Hidrgens per formar un Heli

Cada segon: en E 4106 Tm de massa

L'atmosfera elimina radiacions nocivesArriba: 40% visible, 57% IR i 3% UV

La radiaci: directa o difusaDirecta: arriba a la superfcie directament

Difusa: arriba desprs de reflectir-se amb pols i vapor d'aigua


Inconvenients per l'aprofitamentRadiaci dispersa i inconstant a la superfcie

S'ha de transformar quan arribaNo es disposa d'emmagatzematge efica

A gran escala: grans superfcies ocupadesDensitat energtica baixa: 1 KW/m2 mxim

Inversi inicial caraSistemes de captaci encara cars


Sistemes d'aprofitamentVia trmica: radiaci solar en trmicaSistemes actius: captadors amb o sense concentraciDe T baixa: Ex: captadors plans o collectors (efecte hivernacle)Aigua sanitria, calefacci...

De T mitjana i altaCentrals termosolars

Forns solars ( y = x2). Fins a 4000C

Tamb per a experimentar: vehicles hipersnics...

Sistemes passius: Cases amb disseny arquitectnic ad-hoc

Conversi fotovoltaica: radiaci en electricitat directament


Centrals termosolarsLa radiaci es concentra sobre un fluid (H20, Na, oli trmic)

Amb bescanviador de calor: vaporitzem aigua

Aquesta aigua mou un grup turboalternador

Els sistemes ms emprats:Sistemes heliotrmics amb collectors distributs

Sistemes de torre central


Centrals termosolars (II)Centrals amb collectors distributs (DCS)Tamb anomenats collectors de concentraci

Concentren radiaci rebuda en receptor de superfcie reduda

Assolim T fins a 300C

Produeix vapor a alta T: electricitat o usos industrials

InconvenientsNoms aprofiten radiaci directa

No adient per a zones nuvoloses

Tenen sistema de seguiment del Sol

Circula recursivament fins a assolir la T necessriaAbans de bescanviador: magatzem per assegurar T=ct


Centrals termosolars (III)Centrals de torre central (CRS)Aprofiten l'energia solar a alta T

Gran superfcie d'helistats

Concentra la radiaci solar a l'interior de la torre

Helistats: sistema de seguiment del sol (2 eixos)Noms aprofiten radiaci directa

Rendiment termodinmic ms elevat que DCS T superior al fluid trmic: normalment Na

Sn les que es construeixen actualment


Centrals termosolars (IV)Conversi fotovoltaicaTransformen directament la radiaci solar

Mitjanant captadors: cllules fotovoltaiques

Material semiconductor (en general Si)

Emet e- en incidir-hi fotons: efecte fotovoltaicEfecte conegut des del s.XIX

Dcada dels 50 (s.XX). Uni P-N es fa servir: radiant elctrica


Centrals termosolars (V)Conversi fotovoltaica (II)Caracterstiques:Rendiment de la transformaci molt baix: 15-20%

Tensi mxima en borns: 0,58V (si rep P= 1KW/m2)

Connectem cllules en srie: 18V

Posteriorment: inversor (de DC a AC) i transformador (adequaci)

Emprat: petits consums in situInstallacions allades de la xarxa comercial. Rurals, senyalitzaci...De vegades: bateries (acumulaci i regulaci de crrega)

Installacions connectades: centrals fotovoltaiques, edificis


Sistemes d'aprofitament d'energia solar a T baixaBsicament: ACS, calefacci i climatitzaci

Basats a l'efecte hivernacleUn objecte, en rebre radiaci solar, s'escalfa

Emet la calor, en part, en forma d'IR

Hem d'impedir que aquesta radiaci IR escapiObjecte opac a l'IR

Vidre (el ms emprat). Reflecteix l'IR

Exemple: cotxe (T pels vidres i radiaci solar)

Aquesta radiaci la captem i es transmesa a un fluidSuperfcie negra i no brillant (mnima emissi)


Sistemes d'aprofitament d'energia solar a T baixa (II)Sistemes passius: arquitectura bioclimticaBusca confort: elements arquitectnics que milloren l'aprofitament de l'energia solar i ventilaci natural

Principis: s i disposici de materials (part de l'edifici)

Factors: orientaci, forma de l'edifici, capacitat trmica dels materials emprats, obertures, grau d'allament dels murs...

Elements bsics:Vidreres: capten energia solar i la retenen: hivernacle

Massa trmica: magatzem de calor: parets, murs...

Elements de protecci: allaments, persianes...

Reflectors: increments de radiaci a l'hivern i protecci a l'estiu


Sistemes d'aprofitament d'energia solar a T baixa (III)Sistemes actiusEs basen en la captaci d'energia elctrica: collectors plansI transferncia a sistema d'emmagatzematge

Escalfen un fluid: aigua o aire (sistemes d'aigua o aire)

ACS i calefacci

Estructura:Subsistema de captaci

Subsistema d'emmagatzematge

Subsistema de consumCircuit obert o sistema directe

Circuit tancat o sistema amb bescanviador


Sistemes d'aprofitament d'energia solar a T baixa (IV)Sistemes actius (II)Subsistema de captaci: Collectors solars i elements que comuniquen amb emmagatzematge: canonades, bombes...

Subsistema d'emmagatzematge: Intermediari captaci-consum. En general: dipsit d'aigua allat. Aire: ja de cdols

Subsistema de consum: Canonades i elements que connecten emmagatzematge amb punts de demanda: dutxes, radiadors...Sistema auxiliar: per si tenim absncia prolongada (elctric, gas-oil)

Circuit obert: aigua utilitzada directament pel consumAiges corrosives: tractament. Risc de gelades: anticongelant

Circuit tancat: o bescanviador: dos circuits independentsPrimari: amb tractaments anticorrosi

Secundari: consum prpiament dit


Sistemes d'aprofitament d'energia solar a T baixa (V)El collector o captadorElement principal de la installaciCapta l'energia solar i la transfereix al fluid

Basat en l'efecte hivernacle

El ms ests: collector solar pla (fins a 60C)D'altres: parablics: i plans allats amb el buit: 120C

Plans: orientats cap al sud per maximitzar temps d'exposiciIncidncia el ms perpendicular possible

Exemple: hivern, estiu a l'hemisferi nord de la Terra


Sistemes d'aprofitament d'energia solar a T baixa (VI)El collector o captador (II)Placa absorbent: absorbeix radiaci solar i cedir-la en forma de calor al fluidConjunt de tubs i superfcie de captaci amb tractament (absorci mx)

Coberta transparent: Reduir prdues: efecte hivernacleTrempat (cops) i poc Fe2O3 (absorbeix energia solar que no hi entrar)

Allament trmic: redueix prdues a laterals i fonsEn general: llana i vidre, escuma PUR

Tamb: cara que mira a l'allant: reflectant de l'IR

Caixa contenidora: Ha de donar rigidesa i estanquitatResistent a intemprie (plstic o, en general, acer)

UD 03. Centrals eliques

Aprofitament energtic de l'energia del ventVent: zones a diferent T. Tamb: rotaci terrestre...

Fem servir aeroturbines (molins de vent)Extreu part de l'Ec del vent

Sistema de captaci: pales (giren solidries a un eix)

Obtenim Energia Mecnica

Ja podem fer girar un alternador (CA)Tamb: aprofitar directament aquesta Energia Mecnica


Potncia que podem obtenir del ventP = 0,5 A v3 CpP: Potncia en Watts

: densitat de l'aire (1,225 Kg/m3 en CN)

A: rea escombrada per les pales (m2)

V: velocitat del vent (m/s)

Cp: coeficient de potncia (o rendiment de la mquina)Valor mxim teric: lmit de Betz (0,59)

A la prctica: entre 0,1 i 0,5


Tipus d'aeroturbinesAeromotorsUtilitzen directament l'energia mecnica de l'eix

Entre 12 i 24 pales de dimetre fins a 8m

Rendiment baix, per a baixa v de vent (2 m/s). Mx P: 5-6 m/s

Potncies baixes: 0,5 i 20 KW (bombament d'aigua de pous)

AerogeneradorsMquines rpides

2 o 3 pales de perfil aerodinmic i dimetre variable (depn: P)

Vent mnim a 4-5 m/s (Mx potncia: 10-14 m/s)

Potncies: 25 a 1500KW


Parts d'una aeroturbinaRotor o turbina: transforma energia de vent en mecnicaPales unides a un eix

Superfcie escombrada: rea de captaci (determina P)

Sistema d'orientaciColloca el rotor perpendicular a la direcci del vent

Sistema de regulaciDisminueix v d'engegada

Mant potncia i velocitat de rotor

Atura rotor quan se sobrepassa una v determinada


Parts d'una aeroturbina (II)Convertidor energticPart mecnica: transmet o transforma l'energia mecnica

BancadaElement estructural (amb la carcassa) i de protecci

Suport o torreSuport de tot l'equip. Eleva rotor i absorbeix vibracions


Parts d'una aeroturbina (III)Funcionament del conjuntEl vent ven la inrcia del rotor: v d'engegada (2-4m/s)Els aeromotors ja poden comenar a funcionar

Els aerogeneradors no es poden connectar a la xarxa (4-5 m/s)s la velocitat de connexi

Si la v del vent creix: ms potncia i millor rendimentMxim rendiment: velocitat de disseny

Potncia mxima: potncia nominal de l'aparell (V nominal)

A partir d'aquest punt: regulaci per mantenir o reduir velocitat del rotor

s la velocitat de parada o desconnexi


Tipus d'aerogeneradorsL'energia mecnica del rotor: multiplicador --> generadorMultiplicador: sistema d'engranatges

Adapta la baixa velocitat de rotaci al generador (ms adient)

Dues tipologies: verticals i horitzontalsAerogeneradors verticalsGenerador a prop de la base (manteniment senzill)

Sempre orientats per simetria

Rendiment inferior als d'eix horitzontal: menys desenvolupament


Tipus d'aerogeneradors (II)Aerogeneradors d'eix horitzontalEls ms desenvolupats: baixa i alta potncia (>1 MW)

Segons posici de rotor vs torreRotors esquena al vent. Sense sistema d'orientaci: ho fa la carcassa

Rotors cara al vent. Si el necessiten (cua, hlix lateral)

Segons nombre de palesMonopala, bipala o tripala (millor equilibratge vs variabilitat del vent)

Segons si les pales poden girar al voltant del seu eixPas fix (no) o variable (s). Millor adaptaci, ms producci


Tipus d'aerogeneradors (III)Aerogeneradors d'eix horitzontal (II)Sistemes de controlPer aconseguir funcionament el ms proper al nominalIndependentment de velocitat del vent

Sistema format per control de potncia, velocitat rotor i control d'orientaci

Si la velocitat puja molt: frens hidrulics


Parcs elicsInstallacions que aprofiten energia elctrica generada pels aerogeneradors

ClassificaciNo connectades a xarxa comercialElectrificacions rurals, senyalitzaci...

Aerogenerador de petita potncia i sistema d'acumulaci

De vagades: amb grups disel o fotovoltaiques

Connectades a xarxa com a suport d'energia consumida

Connectades a la xarxa com a central generadora


Parcs elics (II)Molts aerogeneradors en parallelFormen un parc

Per a obtenir potncies elevades

En general iguals i de potncies elevades

En blocs de 5 o 6 mquinesCada bloc: alimenta transformador 400/25000V

A transformador: s'adequa a caracterstiques de xarxa

Sector elicAlt creixement: potncia i desenvolupament trecnolgic

UD 03. Centrals geotrmiques

Geotrmia: calor de la Terra

Energia geotrmica: part de l'energia intrnseca de la Terra que es manifesta en forma de calorPer terme mitj: 3C/100mNo homogeni

Al centre: s'estimen un 6000C

Es transmet per conductivitatRoques de baixa conductivitat: s'hi acumula

Tot i aix: font d'energia difusa molt important


Hi ha indrets on el flux s 10-15 vegades superiorsAnomalies geotrmiques

Entre 1.000 i 2.000m: 200-400C (en comptes de 40-80C)

Depenen de plaques tectniques

Condicions geolgiques determinantsPresncia (a 1-2Km) de roques poroses i permeablesAcumulaci i circulaci de fluids (pluja infiltrada)

Flux de calor anormal (del magma) que escalfi l'aqfer

Capa impermeable que eviti dissipaci de l'aigua


Formes d'obtenci de l'energiaDe vegades flueix de manera natural

D'altres: dues canonades perforant l'escora terrestrePer una injectem aigua freda a pressi

Per l'altra: recollim aigua calenta o vapor

Classificaci dels jacimentsD'entalpia o energia alta: T>150C. Obtenim electricitat

D'energia mitjana: 90-150C

D'energia baixa: T

Business

Ud 03. energies alternatives