Post on 16-Apr-2017
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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)
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals solars
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals eliques
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
UD 03. Centrals geotrmiques
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
UD 03. Centrals geotrmiques
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