Bat1 tema3 alternativesv3

ENERGIES ALTERNATIVES

1r Batxillerat
INS Frederic Mompou

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


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

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.

CENTRALS SOLARS
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.

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

 Temperatura
baixa: captadors.

Sistemes
d’aprofitament de
l’energia solar

 Sistemes actius
 Via tèrmica: transforma la radiacióAprofitament
tèrmic
Sistemes passius.
solar en energia tèrmica.

 Conversió fotovoltaica:
transforma la radiació solar en energia
elèctrica.

 Temperatura
mitjana: centrals
termosolars.
 Temperatura alta:
centrals
termosolars.

SISTEMES D’APROFITAMENT:
ENERGIA SOLAR TÈRMICA
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

ENERGIA SOLAR TÈRMICA.
SISTEMES DE CAPTACIÓ ACTIUS.
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 de captació actius. Són sistemes basats en la captura de la
radiació solar per part dúns col·lectors, mitjançant un fluid, que després
transfereixen léscalfor generada a un sistema dútilització o
démmagatzematge.
Sistemes solars dálta 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.


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.

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.

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.

Components d’un col·lector solar

Captador
pla

Infografia energia solar tèrmica

CENTRALS TERMOSOLARS
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 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 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 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 solars de torre central o CRS

Infografia central termoheliodinàmica

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.

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 DE CAPTACIÓ PASSIUS.
ARQUITECTURA BIOCLIMÀTICA
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.

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.

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 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 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 de guany mixt
És una combinació dels sistemes de guany directe i
indirecte

1 Sistema de guany directe.
2 Sistema de guany indirecte

Sistemes de guany aïllat
Consisteixen bàsicament en una superfície d’absorció no integrada a la
vivenda, com un soterrani

 Subsistema de captació.
Elements
principals

 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.

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.

Infografia habitatge bioclimàtic

CONVERSIÓ FOTOVOLTAICA
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

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.


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

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.

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.

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

ENERGIA EÒLICA
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

CENTRALS EÒLIQUES
Centrals eòliques
Una central eòlica és una central que a través de l’energia del vent
produeix electricitat.

Color Terreny accidentat Pla obert

A la costa

Mar obert

Muntanya

TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT
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
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  0,5 Av Cp
3

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.

TECNOLOGIES PER

P  0,5 Av Cp
3

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.

TECNOLOGIES PER
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
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
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

Parts d’un
aerogenador

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.

TECNOLOGIES PER
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

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).

TECNOLOGIES PER
L’APROFITAMENT DEL VENT.
AEROTURBINES
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
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
CENTRALS EÒLIQUES
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
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
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
CENTRALS EÒLIQUES

Infografia energia eòlica offshore

TECNOLOGIES PER
CENTRALS EÒLIQUES
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.

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.

CENTRALS GEOTÈRMIQUES
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.

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
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).

Bat1 tema3 alternativesv3

Bat1 tema3 alternativesv3

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to Bat1 tema3 alternativesv3

More from mjtecno

Bat1 tema3 alternativesv3