Tecnologies i Aprofitament de les Energies Renovables

Centrals Solars: Aprofitament i Tecnologies

Avantatges i Inconvenients de l'Energia Solar

• Avantatges: Neta, gratuïta, inesgotable, es pot concentrar (p. ex., en un alt forn).
• Inconvenients: Inconstant, inemmagatzemable, requereix gran superfície, grans inversions.

Sistemes d'Aprofitament Solar

• Via Tèrmica: Transformació d'energia solar (E. solar) en energia tèrmica (E. tèrmica) i posteriorment en energia elèctrica (E. elèctrica).
• Conversió Fotovoltaica: Transformació directa de la radiació solar en energia elèctrica.

Aprofitament Tèrmic

• Sistemes Passius: Basats en el disseny arquitectònic.
• Sistemes Actius: Inclouen captadors plans, forns solars i centrals termosolars.

Centrals Termosolars

La radiació es concentra en un fluid, que s'escalfa i es converteix en vapor. Aquest vapor acciona un grup turboalternador per generar energia elèctrica.

Dos sistemes d'aprofitament principals:

• Sistemes heliotèrmics amb col·lectors distribuïts.
• Sistemes de torre central.

Centrals amb Col·lectors Distribuïts (DCS)

Aconsegueixen temperatures mitjanes (DCS ≈ 300 °C).

Concentren la radiació solar rebuda en una superfície captadora reduïda. Permeten l'obtenció de vapors a alta temperatura per generar electricitat.

Centrals Solars amb Torre Central (CRS)

Aconsegueixen altes temperatures (CRS ≈ 800 °C - 1500 °C).

Utilitzen un camp d'heliòstats que concentren la radiació en un receptor instal·lat a l'extrem superior de la torre.

Conversió Fotovoltaica

Aprofita la radiació solar per transformar l'energia radiant en energia elèctrica.

• Es basa en cèl·lules solars o fotovoltaiques.
• Les cèl·lules en sèrie generen un màxim de 0,258 V.
• Els mòduls típics consten de 36 cèl·lules (18 V).

Sistemes d'Aprofitament d'Energia Solar de Baixa Temperatura

Dissenyats per cobrir necessitats domèstiques. Es basen en l'efecte hivernacle: tancar un espai amb un material transparent (vidre). La radiació visible passa, però la infraroja no. Els cossos s'escalfen i emeten radiació infraroja.

Parts d'un col·lector solar tèrmic:

• Placa absorbent: Absorbeix la radiació solar i transfereix la calor al fluid que circula pels tubs.
• Coberta transparent: Protegeix la placa absorbent, redueix les pèrdues i crea l'efecte hivernacle (normalment vidre).
• Aïllament tèrmic: Redueix les pèrdues a través del fons i les parets laterals (p. ex., llana de vidre).
• Caixa contenidora: Allotja els elements del col·lector. Proporciona rigidesa i resistència a la intempèrie (plàstic o acer).

Centrals Eòliques: Generació d'Electricitat pel Vent

El procés de conversió energètica és: Energia cinètica de translació (vent) → Energia cinètica de rotació (rotor) → Energia elèctrica (alternador).

Tecnologies per a l'Aprofitament del Vent

Aeroturbines

• Aeromotors: Utilitzen l'energia mecànica per bombar aigua. Tenen poc rendiment.
  • 12 - 24 pales.
  • Vent mínim (V mí) = 2 m/s; Vent màxim (V màx) = 6 m/s.
  • Diàmetre màxim (D màx) = 8 m.
• Aerogeneradors: Transformen l'energia mecànica en energia elèctrica. Tenen major rendiment.
  • 2-3 pales.
  • Vent mínim (V mí) = 4-5 m/s; Vent màxim (V màx) = 10-14 m/s.

Parts d'una Aeroturbina

• Rotor o turbina: Conjunt de pales. Transforma l'E. cinètica de translació en E. cinètica de rotació.
• Sistema d'orientació: Assegura el màxim rendiment (col·locació perpendicular del rotor al vent).
• Sistema de regulació: Controla la velocitat màxima del vent. S'atura quan hi ha un excés de velocitat.
• Convertidor elèctric: Transfereix l'E. cinètica de rotació en E. elèctrica.
• Bancada: Element estructural i de protecció.
• Suport o torre: Eleva el generador per millorar la captació de vent.

Tipus d'Aerogeneradors

• Aerogeneradors d'eix vertical:
  • Baix rendiment.
  • Sense sistemes d'orientació.
  • Manteniment simple.
• Aerogeneradors d'eix horitzontal:
  • Sistema de rotació desenvolupat.
  • Potència variable.
  • Major rendiment.

Orientació dels Aerogeneradors d'Eix Horitzontal

• Cara al vent: Necessiten sistemes d'orientació.
• Esquena al vent: No necessiten sistemes d'orientació.

Tipus de Pas

• Pas variable: Pales orientables.
• Pas fix: Pales no orientables.

Centrals Geotèrmiques: Aprofitament de la Calor Interna

Conceptes Clau

• Anomalia geotèrmica: Localització on el flux calorífic terrestre és molt alt.

Condicions Geotèrmiques Necessàries

• Presència de roques poroses que permetin l'acumulació i circulació de fluids (aqüífers).
• Flux de calor (magma) que escalfi l'aqüífer.
• Capa impermeable (p. ex., argila) que actuï com a cobertura.

Classificació Segons la Temperatura (Entalpia)

• Energia alta (Entalpia alta): Major de 150 °C. S'utilitza per a l'obtenció d'energia elèctrica.
• Energia mitjana: Entre 90 °C i 150 °C.
• Energia baixa: Menor de 90 °C. S'utilitza per a calefacció i aigua sanitària.

Tipus de Centrals Geotèrmiques

• Centrals de vapor sec: Utilitzen vapor sense partícules d'aigua.
• Centrals de vapor humit: Utilitzen vapor amb partícules d'aigua.
• Centrals de condensació: El fluid es torna a utilitzar, tancant el cicle.
• Centrals sense condensació.

Centrals Mareomotrius i Energia dels Oceans

Energia de les Marees

Aprofita l'ascens i descens del nivell de l'aigua del mar (plenamar i baixamar) per generar electricitat.

Energia de les Ones

L'ona pressiona un cos que comprimeix un fluid (líquid o aire), el qual acciona una turbina.

Tecnologies d'Aprofitament de les Ones

• Lleba o paleta: Conjunt de paletes de moviment independent unides a un eix comú. Rendiment aproximat del 35%.
• Boia Masuda: El moviment de la turbina és de doble acció.
• Cilindre: Cilindre de formigó fixat al fons del mar mitjançant peus extensibles. Amb el balanceig, es bomba aigua que va a la turbina.

Energia Tèrmica dels Oceans (OTEC)

S'aprofita el gradient tèrmic entre les capes superficials i les profundes per generar energia elèctrica.

Sistemes OTEC

• Circuit obert: S'evapora aigua a baixa pressió per moure la turbina.
• Circuit tancat: L'aigua calenta de la superfície evapora un fluid amb baixa temperatura d'ebullició, que mou una turbina.

Biomassa: Processos de Transformació Energètica

Processos Físics

Preparen la biomassa per a l'ús directe o per a processos posteriors:

• Homogeneïtzació: Adequació a unes condicions òptimes (humitat, composició, etc.).
• Densificació: Millora de les propietats de la biomassa mitjançant la fabricació de briquets i pèl·lets (amb pes específic elevat).

Processos Termoquímics

Transformacions realitzades en determinades condicions de pressió i temperatura per obtenir sòlids, líquids i gasos:

• Piròlisi o destil·lació seca: Degradació tèrmica de les molècules de la biomassa en absència d'oxigen. Similar a la producció de carbó vegetal.
• Gasificació: Combustió incompleta de la biomassa en presència d'oxigen. S'obté gas pobre en els gasògens. També es pot obtenir gas de síntesi (amb més poder calorífic).

Processos Bioquímics (Fermentacions)

• Digestió anaeròbica (sense O₂): Bacteris en descomposició generen CO₂. Aplicable a explotacions ramaderes, efluents líquids i aigües residuals.
• Digestió aeròbica o alcohòlica (amb O₂): Obtenció de bioalcohol (etanol) a partir de materials rics en sucres i midons.

Producció d'Energia Elèctrica a partir de Biomassa

• Combustió de la biomassa en una caldera per produir vapor, que acciona un grup turboalternador.
• Transformació de la biomassa en combustibles gasosos (mitjançant procediments bioquímics o termoquímics) per alimentar motors alternatius.

Biocombustibles

• Biodièsel: S'obté d'olis vegetals de procedència diversa (oli de cuinar, olis purs). Utilitzat en els primers motors de biodièsel.
• Bioalcohols:
  • Metanol: S'obté de la destil·lació de fusta. També es pot obtenir de gas natural o derivats del petroli.
  • Etanol: S'obté per fermentació aeròbica de materials rics en midons i sucres (utilitzat com a combustible i additiu per a benzines).

Gestió dels Residus Sòlids Urbans (RSU)

Els RSU són els residus generats per l’activitat domèstica en els nuclis de població i zones d’influència.

L’eliminació dels RSU és un greu problema mediambiental.

Sistemes d'Eliminació i Tractament de RSU

• Abocament Controlat:

  Consisteix a emmagatzemar residus no reutilitzables ni aprofitables sobre el terreny i enterrar-los periòdicament amb terra.

  Inconvenients: Vida útil limitada, emissió de gasos i risc de contaminació d'aqüífers.

• Compostatge:

  Tractament de la matèria orgànica mitjançant un procés de fermentació.

• Reciclatge:

  Reutilització de materials per a nous productes.

• Incineració:

  Eliminació de residus mitjançant combustió per obtenir energia elèctrica. Requereix un tractament rigorós dels gasos generats.