Energia solar tèrmica Capitulo 1

7/24/2019 Energia solar trmica Capitulo 1

1/25

1 Les energies renovables 1

1 Les energies renovables

1.1 L'estat actual del mn

Efecte hivernacle, desforestaci, pluja cida, escalfament global, capa d'oz, desertitzaci,cont aminaci.. . sn paraules que comencen a fer-se pesades quan les sentim una vegada i una alt ra.Per de fet en som causants i ereus a la vegada. En som causants perqu hem basat el nostredesenvolupament econmic i progrs cientfic en l'energia elctrica produda per enormesmquines giratries que necessiten combustibles fssils (= esgotables, com ara carb, petroli i gasnatural) per poder-les moure i aconseguint, aix, que ms del 78% de les emissions de dixid decarboni vinguin provocades per la combusti del carb, del petroli o del gas que es crema a lescentrals trmiques productores d'aquesta energia. I en som ereus perqu ens toca a nosaltres decidirqu volem fer d'ara en endavant amb el nostre futur.

L'energia s la base de tota activitat humana per petita que aquesta sigui i en el sentit ms ampli de

la paraula. I des del principi dels temps, l'home ha explotat el seu medi per tal d'obtenir-ne la dosique necessitava: en un principi, l'aliment per viure i la llenya per escalfar-se (la font denergia msantiga i encara ara la ms utilitzada per ms de la meitat de la poblaci mundial) i, posteriormentel carb i el petroli per donar ales a la revoluci industrial de l'hemisferi nord. Si a aquestaexplotaci hi associem el creixement demogrfic i l'augment actual de la dosi energtica (20vegades per sobre del que es considera necessari), com a conseqncia de l'aven del tan anomenatprogrs (econmic, social...), podem comenar a parlar d'esgotament de reserves i d'amenaa almedi ambient a causa d'una explotaci excessiva i per la recerca de vies d'explotaci alternatives(energia nuclear), que impliquen un cost desmesurat per al p laneta. Per fer-nos una idea:

Actualment consumim 3.500 milions de tones de carb a lany en 1.300 centralsd'aquest tipus al mn, que suposen una producci de CO2ms elevada que la produda

cremant gas o petroli. A ms, les emissions de residus de la combusti, com els derivatsnitrogenats (NOx) i derivats del sofre, provoquen el fenomen de la pluja cida, plujaque ens cau amb un ph no adequat per al desenvolupament normal de la vida.

El consum de petroli s de 65 milions de barrils per dia i lemissi de CO 2 de lesgasolines suposa la cinquena part del CO2 mundial produt. Cada un d'aquests barrilscont uns 160 litres de cru, amb la qual cosa obtenim un volum de 10.000.000.000 m 3

de cru al dia, que es podria emmagatzemar en un cub de 2,2 km d'aresta. El seu consumha provocat recentment la major contaminaci de la histria per vessamentincontrolat al mar (Exxon Valdez a Alaska), una guerra (Guerra del Golf), disputesterritorials internacionals (Antrtida, Mar de la Xina...) i una crisi mundial (Crisi delPetroli al 1973), ja que els combustibles fssils provenen, en la major part, de pasospolticament inestables (Golf Prsic, Algria..) la qual cosa sol portar problemesd'abastament o d'encariment de les matries.

El "nou combustible verd" s el gas atural, met quasi pur que afavoreix lefectehivernacle, relacionat amb els desastres de les perforacions petrolferes i que ara per araha esdevingut l'energia pont ent re les tradicionals energies fssils i les renovables.

Els autors, 2001; Edicions UPC, 2001.


2/25

2 Energia solar trmica

Fig. 1.1 Idllicament ocult entre els obscurs boscos d'avets del Harz trobem el Hanskhnenburg. Aquest hostal,amb la seva torre massissa, s un alberg molt apreciat pels excursionistes que busquen el descans a les muntanyes

centrals del nord d'Alemanya. Els cims i pujols d'aquesta regiforen famosos fa temps per la seva gran r iquesaforesta l. L'any 1972, quan es va fer aquest a fotograf ia , la "mort dels boscos " era encara un concepte desconegut

(Font: Harzfot o Barke)



3/25


Fig. 1.2 L'hostal Hanskhnenburg es trova al 1983 al cim d'una muntanya pelada. Els gasos emesos en gransquantitats a tot el pas per les xemeneies de la indstria, les cases particulars i els tubs d'escapament dels cotxes,han contaminat l'atmosfera,i han fet emmalaltir els avets del Harz. La sequera i els parsits han donat el cop degrcia final a aquests arbres debilitats. Els boscos es moren a una velocitat terrible a tot Alemanya i a Europa.Segons un estudi del Ministeri d'Agricultura de Bonn, el 34% dels boscos alemanys estaven malalts al 1983. Al

1988, ara fa deu anys, la xifra arribava al 52,4% . Desprs dels boscos de conferes, comencen a morir ja els arbres

caducifolis: quasi el 70% dels roures ja estan malmesos (Font : Axel Carp).



4/25


Fig. 1.3 25 d'abril de 1986: desastre nuclear a la central atmica sovitica de Txernbil, a 130 km de Kev, lacapital d'Ucrana. Com a conseqncia d'una manipulaciequivocada d'un dels enginyers, una seccidel bloc 4tdel reactor es comena a escalfar rpidament, fal la el sistema d'aigua de refrigeraci i desprs d'una primeraexplosii un incendi, es comena a fondre el nucli del reactor. La fuita de radioactivitat es produeix en granquantitat i les conseqncies sn desastroses. Trenta-una persones moren com a conseq ncia de radiacionsdirectes, 135.000 ciutadans sovitics, que viuen en un radi de 30 km de la ins tal lacinuclear, sn evacuats. El iode,l'estronci i altres elements radioactius sn transportats per nvols i vents arreu d'Europa. Tres anys desprs de

l'accident, el nombre de malal ts de cncer s'havia duplicat en els territoris evacuats al voltant de la installaci. Elnivell de radiaciactual de la zona tan sols ha di sminut un 10% . (Font: Jrgens Ost + Europa-Photo)



5/25


Si no volem consumir gas, petroli o derivats, ens queda l'energia nuclear de fisi, ambms de 400 centrals en funcionament actualment. s costosa, perillosa, no predible,genera residus (es calcula que la deixalla acumulada noms per les centrals nuclears

espanyoles t capacitat destructiva fins l'any 32000) i el seu consum ha possibilitatdesastres com els de Txernbil (1986) i Harrisburg (1979), sense comptar lesnombroses fuites radioactives ignorades pels governs involucrats. La fusi s un noucam. Perno elimina el problema dels residus.

Sortosament, al 1973, els pasos rabs fan un estudi semblant al que hem fet als primers pargrafs idecideixen tenir una mica ms "controlats" els seus petroliers i refineries. s la Crisi del Petroli,que fa que el mn Occidental s'adoni de fins a quin punt depn de les energies fssils. Els governss'adonen d'un fet que molta gent ja havia exposat: petroli, carb, gas i urani sn reservesenergtiques finites i s'acabaran en un futur prxim. A ms, provoquen canvis i deterioramentsseriosos del medi. Cal, doncs, trobar vies alternatives per al desenvolupament mundial que, a m s,equilibrin les economies de tots els pasos per evitar l'esclat de tensions que les diferncieseconmiques i socials provoquen.

1.2 Eficincia i consum energtic

Un primer pas per donar en la lluita contra la crisi mediambiental i energtica que estem patint smillorar els actuals processos productius fent un s ms eficient del combustible utilitzat tenint encompte que no volem energia ans els serveis que aquesta ens subministra. El concepte de les t res R

(reduir, reutilitzar i reciclar) es pot aplicar arreu.

Actualment, la majoria de centrals trmiques treballen amb uns rendiments al voltant del 40%. sfactible augmentar aquests rendiments i l'eficincia global de les centrals productores d'energiareduint-los la despesa en combustible per arribar fins a un 50-55% a partir de la millora del procs

de combusti del fssil (centrals amb tcnica de llit fluditzat, a la figura 1.4) i a partir de lacogeneraci, p.ex., l'aprofit ament de la calor residual d'alguns processos qumics entre els 80 i 200C (petroqumiques) per vaporit zar un fluid i impulsar un generador suplementari que ens produeixielectricitat (procs de cua) i aprofitar els vapors residuals (dun cicle amb turbines que ensprodueixi electricitat) per escalfar aigua o calefactar (procs de cap).

Tambcalen millores en la conversidirecta de l'energia. Actualment, si ens fixem amb els tipusdenergia que utilitzem, ens adonarem que lenergia mecnica i lenergia elctrica resten alcapdamunt de la llista. D'una banda, el sector responsable de la utilitzaci dun 30% de les energiesmanufacturades s el del transport (tant terrestre, com martim i aeri), que transforma lenergiaqumica dun combustible en energia mecnica en un eix. De laltra, intentem posar un exempledalgun tipus daparell que pugui prescindir dun endoll o duna font energtica que disposi de pol

positiu i negatiu. I aixno s gratut , ni de bon t ros, perqulelectricitat s la forma denergia msfcilment transportable que es coneix. Si, a ms, considerem el fet que els llocs de consumacostumen a estar fora lluny dels llocs de producci (centrals trmiques, hidruliques i nuclears),podrem justificar encara ms ls de lenergia elctrica (que actualment s tamb dun 30% dels100.000.000.000 MWh denergia primria consumida per la humanitat).

Ara b, els recursos principals no es troben de forma directa ni en energia mecnica ni, en ltimainstncia, en energia elctrica (el llamp seria lnic exemple natural), sin que es troben en formade combustibles fssils: cru de petroli, carb, gas natural... o sigui, energia qumica (energia solarfssil en definitiva). Cal, doncs, una transformaci (amb l'eficincia al ms elevada possible)daquesta energia qumica per obtenir energia mecnica que, o bseraprofitable directament o b,en ltima instncia, es convert iren energia elctrica.

La conversidirecta de lenergia qumica en elctrica s possible a partir de cllules o piles decombustible, elements que transformen una mescla de combustible i aire en electricitat, per



6/25


oxidacide l'hidrogen, i donen aigua com a nic residu en un procs que es pot arribar a realitzaramb rendiments prxims al 100% (tot i que actualment som al 65%).

En aquest sentit, alguns bacteris tambofereixen diverses rutes a la producci energtica. Poden

cultivar-se com a font de biomassa o utilitzar-se per generar corrent elctric o gasos combustibles.Algunes algues generen residus parents del petroli i experiments europeus en energia fotobiolgicainclouen plantes pilot de la companyia petroliera T otal, a Frana, on en cultiven algues riques enenergiaamb mtodes continus (no per crregues).

Fig. 1.4 En els sistemes de combustide llit fluditzat, partcules de combustible i d'altres materials "suren" icirculen en corrents d'aire. La figura most ra una caldera de lli t circulant de Power Products ( Foster W heeler) al

Regne Unit. Partcules de pedra calcria, sorra i cendres viatgen de la cambra de combusti al bescanviador decalor, on transfereixen la calor a l'aigua. Els gasos de la combusti converteixen l'aigua escalfada en vapor a lacaldera. Un llit fluditzat dens de partcules de grava, que roman a la cambra de combusti, fr ena el flux perassegurar la combusti completa del combustible, que la pedra calcria tingui temps de capturar tot el sofrepresent i que les emissions d'xids de ni trogen es mantinguin al mnim. Captadors de pols (ciclons) separen lescendres fines que si no sorti rien a l'atmosfera (Fon t: Foster W heeler Power Products Ltd, Londres, Regne Unit).

Des del punt de vista de l'estalvi, cal veure que la calefaccid'edificis i l'escalfament d'aigua calentasanitria consumeix gran part de l'energia usada al m n. L'estalvi energtic es pot incrementarmillorant les normes d'allament en els edificis, triplicant els vidres de les finestres o recobrint-los,aplicant calefaccisolar passiva o utilitzant les bombes de calor.

1.3 Les energies renovables

Les energies renovables es poden definir com les fonts energtiques que, de forma peridica, esposen a disposici de l'home i que aquest s capa d'aprofitar i transformar en energia til per



7/25


satisfer les seves necessitats. s a dir, es renoven de forma continuada en contraposici amb elscombustibles fssils com petroli, carb, gas i urani, dels quals hi ha unes determinadesdisponibilitats esgotables en un termini ms o meys llarg.

Constitueixen una font d'abastiment inesgotable, ja que en el seu origen directe provenen

majoritriament del Sol (tot i que si ens remuntem molt ms enllen la histria, tot t l'origen enel Sol). Per aix no significa que les energies renovables hagin d'associar-se a l'aprofitamentdirecte de l'energia solar, sinque el Sol produeix un seguit de fen mens naturals que a la vegadadonen origen als recursos en qu es basen els diferents tipus d'aprofitament de les energiesrenovables.

Energia

fotovoltaicaBiomassaEnergia

fototrmica

Efecte trmic

Energia solar directa

Ones, corrents

i T ocenics

Elica

Efecte sobre

l'atmosfera

Efecte sobre

l'hidrosferaEfecte

Energia solar

Activa Passiva

Calor a baixatemperatura

Calor a mi tjatemperatura

Calor a altatemperatura

Arquitecturabioclimtica

Efecte sobre

la biosfera

Energia geotrmicaEnergia h idru li ca Energ ia de les marees



8/25


Fig. 1.5 Les energies renovables d'origen solar i no ( tan) solar ( ja que, de fet, tot provdel Sol).

Tambexisteixen energies renovables no solars, com la hidrulica, la geotrmica i la de les marees.Sn renovables perqu es regeneren amb menys o ms temps, per sn el resultat dels cicles deformaciterrestres, geolgics i atmosfrics.

Cal tenir en compt e que l'energia procedent de la radiaci solar, absorbida per la Terra en un any,s equivalent a 20 vegades l'energia emmagatzemada a tot es les reserves de combustibles fssils delmn. Si pogussim aprofitar tan sols el 0,005% d'aquesta radiacimitjanant captadors, turbines,molins, etc, obtindrem ms energia til en un any que la que aconseguim cremant petroli, carb igas en el mateix t emps.

1.3.1 Energia elica

Com diem al principi del captol, l'energia elctrica s la forma d'energia ms utilitzada arreu delmn, pertambs la principal responsable de la degradaciatmosfrica ja que per tal de fer girar

un motor elctric ens cal connectar-hi una turbina. I per fer girar aquesta turbina, ens cal uncombustible fssil.

Amb lenergia elica, per, podem moure aquest motor elctric aprofitant l'energia que ensproporciona el vent. El vent sorgeix com a moviment de l'atmosfera degut a canvis de pressions

d'aquesta atmosfera esdevenen com a conseqncia de la variaci de temperatura de les diferentscapes que la formen produda pel Sol. Si aquesta massa en moviment s'intercept a adequadament , enpodem treure una certa quantitat d'energia. En particular, lenergia aprofitable dels vents a tot elmn es xifra en uns 10.000.000 MW (equivalent a l'energia produda per 10.000 centralstrmiques o nuclears).



9/25


Fig. 1.6 Localitzacidels parcs elics a Espanya.



10/25


Fig. 1.7 Els mol ins de vent van ser durant segles un dels subminist radors d'energia ms importants. I ara s'hi tornaa recrrer. Diferents inversors nord-americans participen en les denominades "granges de vent" en les que -comaqu , a Al tamont , a l'est de San t Francisco- centenars o milers de molins trans formen simultniament l'energiaelica en electricitat ( Font: Kim Steel).



11/25


L'element que ens permet aprofitar aquesta energia s l'aerogenerador (figura 1.8). Unaerogenerador s essencialment un rotor amb aspes, subjectat a una barqueta (o gndola)orientable que reposa al capdamunt d'una torre. La longitud de les pales pot anar des d'uns pocs

metres fins als 22 metres (dimetre del rotor de 30 a 40 metres!) en aerogeneradors que ens doninentre 200 i 500 kW (superfcie escombrada de 1.400 m2). En aquests casos, les aspes sn fetes deresines epoxi reforades amb fibra de vidre i la barqueta, que fa uns sis metres longitud, s de fibrade vidre. La torre pot arribar als 50 metres i s feta de xapa d'acer per suportar lesaproximadament 50 t ones que pot arribar a pesar el conjunt .

Fig. 1.8 A Dinamarca, a la costa del Mar del Nord, sobre una to rre de 57 m, a Esberjg, es va instal lar i va podercomenar a funcionar l'any 1988 una turbina elica de 2 MW. Les figures humanes posades a l a secci transversalde la barqueta permeten fer-se idea de la mida del molde vent (Font: I/S Vestkraft, Esberj, Dinamarca).

Les aspes capten l'energia cintica de l'aire en moviment. La pot ncia va en funcidel cub de lavelocitat del vent : a ms velocitat, ms potencial elic. Un aerogenerador produeix electricitat apartir de 4,5 m/s (16 km/h) i assoleix la mxima produccientre els 15 i 25 m/s (uns 90 km/h).Perqul'aerogenerador capti la mxima energia, les aspes i la barqueta estan dissenyades de manera

que poden girar sobre el seu propi eix i situar-les en tot moment contra el vent. Aquesta energia estransforma en energia elctrica de baixa tensia l'interior de la barqueta grcies a un generador.

A l'Estat espanyol la major concentracide parcs elics es troba a les Illes Canries, en particulara Hierro i Fuerteventura, amb 19,1 MW installats. Cadis (on es t previst installar el major parcde lEstat, anomenat Pesur, de 20,1 MW), Galcia, Almeria (amb 31 MW previstos) i Navarra snaltres ciutats i comunitats amb un alt ndex d'implantacid'aquestes energies. A Catalunya hi ha elParc Elic del Baix Ebre, prop de Tortosa, amb 27 aerogeneradors d'una pot ncia total de 4 MW.Cada 6 aerogeneradors comparteixen un centre de transformaci (5 en total) que eleven la tenside 400 V fins als 25.000 V, que s la tenside lnia devaquaci. Aquesta installaciproveeix unapoblacide 2.880 famlies (uns 10.000 hab) i substitueix 716 tones/any de petrolis, tones/any deCO2i tones/any de SO2(que provoquen l'efecte hivernacle).



12/25


L'energia elica s essencialment neta i segura (reemplaant l1% de les trmiques de la UniEuropea, sevitaria lemisside 15 milions de tones de CO2) i la produccineta denergia permetque en un any quedi amortitzada una installacide 19 generadors. A ms, per cada 1 MW installates crea un nou lloc de treball de manteniment i pel que fa a l'espai, el terreny ocupat pels parcs

elics per produir 1 joule d'energia s 3 vegades inferior al d'una trmica de carb. Tot i aix,l'impacte visual es comena a qestionar.

La capacitat installada actualment a nivell mundial s de 13.000 MW (amb dades de 1999), ambEuropa al capdavant, amb 9.200 MW. Els lders a Europa sn Alemanya, amb 4.440 MWinstallats, seguit de Dinamarca, amb 1.761 MW, i Espanya, amb 1.478 MW.

L'object iu de la UE s obtenir 100.000 MW elics al 2030. Aixsuposar el 10% de lelectricitatde la UE i evitarla construccide 70 grans centrals trmiques.

1.3.2 O ne s, corrents i gradie nts trmics ocenics

El mar guarda en el seu interior una enorme reserva energtica natural, que encara espera seraprofitada en qualsevol de les seves formes: marees, ones, corrents, calor.

Actualment, i en fase molt experimental, hi ha els dispositius per aprofitar lenergia de les ones,encara que el desenvolupament tcnic i comercial s inferior. En segons quins casos es tracta

daprofitar a t ravs de bombes hidruliques el moviment de cossos oscillants moguts per les ones, ien altres laccidel bombeig de la superfcie de laigua impulsa turbines daire (figura 1.9).

Fig. 1.9 Columna d'aigua oscillant a Noruega: produeix fins a 500 kW d 'electricitat a par tir de les ones del mar(Font : Kvaerner Brug A/S Osl o).



13/25


Els principals prototipus shan desenvolupat a Japi a Noruega (les ones omplen un dipsit elevat,que es descarrega passant per una turbina hidrulica). Els millors recursos naturals es troben aPortugal, Frana, Esccia i Irlanda; a Espanya, amb 7.900 km de costa, tan sols sha fet lanecessria avaluaci detallada del potencial disponible i, malgrat que hi ha diversos projectesdissenyats o ideats, noms hi ha una pet ita planta pilot a Sabn (La Corunya).

En l'mbit experimental es troben sistemes com els convert idors denergia de les ones a maroberta (que podrien produir fins a milions de MW globalment), les turbines submergides en corrent s

rpids o la conversi de lenergia trmica dels oceans (en aiges tropicals), que aprofiten ladiferncia de temperatures entre capes superfcials i profundes del mar (20 C amb 700-900 metresde profunditat) per obtenir els focus calent i fred del cicle t rmic que desenvolupen (usualment uncicle de Rankine).

Fig. 1.10 Esquema d'una central termotalssica experimental s ituada a les illes Hawai, amb una potncia efectivade 64 MW.

1.3.3 Biomassa

L'energia del Sol s utilitzada per les plant es per sintetitzar la matria orgnica mitanant elprocs de la fotosntesi. Aquesta matria orgnica la incorpora i la transforma el regne animalincloent-hi l'home. L'home, a ms, la transforma per procediments artificials per obtenir bns deconsum. Tot aquest procs dna lloc a elements utilitzables directament, per tamb asubproductes que tenen la possibilitat de trobar aplicacien el camp energtic.

La biomassa s, en definitiva, lenergia solar convertida per la vegetacien matria orgnica:

Biomassa = Residus forestals +Fracciorgnica dels

residus urbans+

Residus de les indstriesagroalimentries, agrcoles i forestals

Aquesta energia s recuperable per combustidirecta o transformant la matria orgnica en altrescombustibles mitjanant mtodes de tractament especfics amb una primera etapa de trituraci,densificacii pirlisi, que ens permet posteriorment passar a la digestianaerbica, la gasificaci,la fermentaci alcohlica i, finalment, obtenir-ne gasos (met) o fluids combustibles (alcohols o

NH3 lquid

NH3 gas

evaporador

Tf = 6 C

Tc = 26 C

TV

T = 20 C

21 Ccondensador



14/25


fuelolis). A ms, la biomassa s lnica font denergia que dna un balan favorable de CO2perqula matria orgnica s capa de retenir durant el seu creixement ms CO2del que sallibera en laseva combusti.

Actualment , i a causa de la gran massa forestal que hi haque hi ha, es considera la font renovable de

ms potencial a Espanya, amb una producciestimada de 25,7 Mtep (milions de tones equivalentsde petroli). En lmbit mundial, per exemple a Frana, 6 milions de cases sescalfen utilitzant unsubproducte anomenatpellet, biomassa compactada substituta del carb.

Al Brasil, 2 milions de vehicles funcionen amb derivats alcohlics (bioetanols) obtinguts de lafermentacidel sucre de la canya de sucre i 8 milions de vehicles ho fan amb una mescla d'aquests ibenzina (una mescla de entre el 5% i 15% amb benzina aconsegueix incrementar loctanatge ipermet eliminar el plom). A la vegada, el gas que es pot extreure dels purins del porc s una bonafont de combustible.

L'aprofitament energtic de la biomassa ha fet desenvolupar l'agroenergtica com a nova brancade lagricultura tradicional, en la qual es produeix biomassa mitjanant conreus especfics i estransforma en productes energtics substituts dels combustibles tradicionals. Aix , es conreenllavors oleaginoses per obtenir bioolis carburants (per a motors disel en substituci del gasoil),biomassa lignocellulsica, en forma de pollancres i eucaliptus, biomassa alcoholgena, en forma debleda, rave i cereals, i biomassa oleaginosa, amb girasol, colza i card.

1.3.4 Energia hidrulica

L'energia del Sol evapora l'aigua dels oceans, mars, rius i llacs i l'eleva sobre la terra en forma denvols. Quan aquests es refreden, el vapor d'aigua en suspensi es condensa en forma de pluja itorna a t ancar el cicle de l'aigua sobre la terra. L'aigua, en el seu transcurs per la superfcie terrestret la tendncia, per gravetat, a ocupar les posicions baixes i l'energia que aix proporciona sexplotable per les centreals hidroelctriques i minihidruliques (< 5 MW). Lenergia hidrulica s laque sobta l'aprofitar el moviment de laigua, ja sigui per moure una turbina i produir electricitat,o bper a obtenir t reball mecnic, com en els tradicionals molins daigua.

Lenergia hidroelctrica avui es produeix fonamentalment en grans embassaments. El seu s noprodueix emissions ni residus, i s amb diberncia la ms barata dentre les energies convencionals.Tot hi aix, la construccide grans preses t un gran impacte ambiental i social, perqu inundagrans extensions de terreny, separa comunitats animals, transforma completament el paissatge i

desplaa als seus habitants, que no sn els destinataris de lelectricitat que shi produir. Aix fatotalment indesitjable la construcci de nous grans embassaments, encara que cal aprofitar almxim la capacitat dels ja existents.

Un impacte ms petit provoca la minihidrulica, s a dir, les installacions que no superen els 5MW de potncia, encara que aquesta separaci s sempre arbitrria. Aquestes centralsminihidruliques es poden installar en canals de regadiu o abastiment, a peu de preses ja existents,o en el curs dels rius.

Limpacte ambiental de la minihidrulica noms s important en les centrals daigua fluent, i laseva intensitat depn de com i quan es realitzi laprofitament. Els impactes ms importantsdaquest tipus de centrals en els rius sn deguts a les fluctuacions brusques del nivell daigua, la



15/25


variacide les condicions de velocitat de laigua, els obstacles per a la migraci dels peixos, laretenci dels sediments ms fins i un cabal ecolgic insuficient (per conservar les poblacionsfluvials es necessita assegurar un cabal m nim, especfic per a cada riu). Aquests impactes podenarribar a ser localment molt greus, i a vegades s preferible evitar la construccide la minicentral.

Aquests i altres exemples no poden servir per justificar el refusament global a la minihidrulicacom a font denergia, i oblidar els seus clars avantatges: reduir la produccidenergia mitjanantfonts brutes i perilloses (combustibles fssils, energia nuclear), aprofitar un recurs autcton,acostar la produccidelectricitat al lloc de consum i evitar en ocasions la construccidun granembassament en el mateix riu.

En els pasos menys afavorits, on encara noms saprofita el 8% del potencial hidrulic, la mini-hidrulica pot dur a terme un paper clau. I tamb a Espanya, on es podria augmentar la produccihidroelctrica en un any mig duns 28 TWh (terawatts-hora = milers de milions de kilowatts-hora)

fins a 40 TWh (el 27% de la produccielctrica actual), sense la necessitat de construir cap novagran central, sinmitjanant laprofitament hidroelctric de canals de regadiu i subministramenturb i dembassaments ja construts, la millora de minicentrals ja existents i la rehabilitaci deminicentrals tancades (el 1964 funcionaven a Espanya 1.740 minicentrals, de les quals el 1982

noms en quedaven 576). Noms en el darrer cas es podrien autoritzar noves concessions en rius,comenant pels cursos mitjans i baixos, on limpacte seria menor.



16/25


Fig. 1.11 L'nica central elctrica a gran escala basada en marees que funciona a l mn aprofi ta marees de 8 metresa l'estuari bretde La Rance, prop del Mont-Saint-Michel. Les seves vint-i-quatre turbines poden funcionar com abombes per optimitzar l a produccielctrica (Font: Agence Explorer, Pars, Frana).



17/25


1.3.5 Ene rgia de les marees

Lenergia mareomot iru es basa en el moviment regular de pujada i baixada de laigua (marees), quea la costa i especialment als estuaris amplifica els seus efectes. Quan el rang supera els cinc metres

es pot produir electricitat competitivament, mitjanant turbines collocades en una presa.

s la font denergia amb ms eficincia en la conversi(80%, i podria arribar al 90%), s a dir, laque en millor proporci es converteix en energia aprofitable i la seva disponibilitat de mitjana sdel 95% del temps, amb lavantatge de ser totalment predible. El major dispositiu en explotacicomercial s el de La Rance, situat a la Bretanya francesa, prop del Mont-Saint-Michel, a l'estuaridel riu Rance, i genera 240 MW des de 1966, amb una provada maduresa t cnica. Tamb shanexplorat llocs adequats per a la seva explotaci a Amrica, sia i Austrlia. La potncia duna

installacipodria arribar fins als 9.000 MW (lequivalent a 9 grans centrals nuclears o t rmiques),malgrat que limpacte ambiental sobre els estuaris podria ser important.

1.3.6 Energia geotrmica

L'energia geotrmica tel seu origen en el seguit de reaccions qumiques naturals que esdevenen al'interior de la Terra i que produeixen grans quantitats de calor. Aquesta realitat es posa de

manifest de forma natural i violenta en fenmens com les erupcions volcniques o elsterratrmols. Pertambl'home pot aprofitar aquesta font de calor en t ots aquells llocs on t robemuna diferncia de temperatura entre linterior terrestre, ms calent, i la superfcie. La geotrmica,

per tant, s una font denergia natural, encara que no estrictament renovable, ja que la calor queextraiem dun jaciment en unes desenes danys, trigarmilers danys a regenerar-se.

La forma daprofitament varia segons el lloc on es troba el recurs. La majoria de tecnologiesactuals extreuen laigua calenta (lquida o vapor) present en el subsl (figura 1.12), encara que spossible injectar aigua en una roca seca calenta per escalfar-la o vaporitzar-la.

Fig. 1.12 Els esquemes mostr en les categories import ants de fonts geotrmiques. Illustren un sistema d'altatemperatura, en el qual la menor densitat de l'aigua calenta la fa retornar convectivament a la superfcie, i un



18/25


sistema de baixa temperatura impulsat per pressi hidrosttica (Font: Jens Tmasson, Servei Nacional delEnergi a, Reykiavik, Islndia).

A baixes temperatures (< 150 C), saprofita directamet la calor o laigua calenta per a processosindustrials, calefacci, ACS, usos agrcoles o balnearis, amb la limitacide situar el consum en elmateix lloc on es trobi la font . A temperatures mitjanes i altes (> 150 C) la calor es pot convertireficament en electricitat, com en una central trmica.

El pot encial geotrmic mundial s dues mil vegades superior al de les reserves conegudes de carb, iels pasos menys desenvolupats sn els que disposen dels milllors recursos. Actualment, ms de 20pasos es beneficien daquesta energia, amb 330 plantes generant electricitat. Quasi la meitat de lapotncia installada es troba als EUA, i Filipines, per exemple, genera el 14% de la sevaelectr icitat a part ir de lenergia geotrmica. A Europa, Itlia t les installacions ms importants.

El potencial a Espanya s de 600.000 Tep anuals, per actualment noms se naprofiten 3.400,cap delles per a produccielctrica.

Limpacte ambiental s sensiblement inferior que el de les energies convencionals, especialmentlocupaci de terreny i les emissions de subst ncies contaminants a l'aire i a laigua, que podenreduir-se enormement amb la reinjeccide lquids i gasos.

1.3.7 Energia fotovoltaica

El Sol emet radiacions electromagntiques que es poden aprofitar per a l'obtenci d'energiaelctrica en una transformaci directa. L'energia solar fotovoltaica est basada en l'aplicaci deldenominat efecte fotovoltaic, que es produeix en incidir els fotons de la llum sobre materials

semiconductors (en general cristalls de silici amorf), de tal manera que es genera un flux d'electrons

a l'interior del material i, en condicions adequades, una diferncia de pot encial que es pot aprofitar.



19/25


Fig.1.13. Un camp de panells fotovoltaics a Zambelli, nord d'Itlia, produeix fins a 70 kW d'electricitat a fi debombejar aigua potable a un poble de muntanya. Per assegurar un s ubministrament continu, 24 hores al dia, partde l'energia va a un conjunt de bateries. Quan la producci elctrica dels panells excedeix la demanda es potemmagatzemar tambl'aigua bombejada (Font: ENEA, Roma, Itlia).

Les cllules de silici treballen tant amb els raigs solars directes com amb la llum de dia difusa al'atmosfera. No hi ha part s mbils, les cllules tenen una vida llarga i sn inherentment modulars.L'nic problema ambiental predictible s l'enorme superfcie de terrenys que es requereix per a lageneracielctrica a gran escala (uns quants km2per a uns 500 MW).

captadorsfo to trmics

captadors

foto tvoltaics

celobert peraprofitament de

llum natural

celobert peraprofitament de

llum natural

cobertade mxim

allament trmic

finest res mbils

prescal fadorpassiu dACS

jardi hivernacle

finestres mbils

captadors

daire

llumfo to tvoltaica

llumfoto tvoltaica

calderade calefacisubmergida

bombafo tovolta ica

circuladora decaldera



20/25


Fig.1.14. L'aplicaci de conceptes bioclimtics a l'arquitectura comena als anys setanta. La figura superior

mostra un dels primers dissenys. La figura inferior s la seu de l'Institut Rocky Mountain, a Aspen, Colorado,dissenyat per Steven Conger i l'Aspen Design Group. Aquesta edificaci s'ha convertit en un exemple del dissenysostenible. L'estalvi en energia elctrica dels diferents sistemes utilitzats s de prop del 90% i el tempsd'amortitzacino va arribar a l'any (Fon t: Earthwatch Institute, Oxford, Regne Unit).

Els sistemes de cllules solars ja troben moltes aplicacions especials, sobretot a l'espai, on altrestecnologies sn inapropiades o massa cares. La principal barrera al seu s a gran escala s el costper a fabricar-les.

1.3.8 Arquitectura bioclimtica

Larquitect ura bioclimtica t en compte, en el disseny, el clima local i en treu profit utilitzantlorientaci i certs elements, com ara vidrieres, per crear ambients d'hivernacle, o magatzemstrmics, que fan interaccionar el medi amb lhabitatge, per obtenir un estalvi energtic que ha deser de ms del 40% respecte a edificacions normals (pel contrari, tenim la domtica, que s elcontrol informatitzat dels edificis).

Aplicant els conceptes bioclimtics de forma correcta, en clima clid sarriben a aconseguirtemperatures de fins a 20 C i en clima fred podem anar des dels 16 C fins als 18 C sense cap altrafont de calor art ificial. La mxima eficincia d'aquest tipus d'arquitectura es dna en habitatges dedues o t res plantes: amb ms plantes es perd eficcia.



21/25


Fig. 1.15 Els conceptes d'arquit ectura bioclimtica es poden aprendre de la tradici histrica: es tracta de

redescobrir qufeien els nostres avantpass ats a l'hora de construir els seus habitacles. Per exemple, els havelisdeJaisalmer, poblacide l'oest de l'ndia situada enmig del desert de Thar, sn construccions tpiques que u ti li tzenmurs gruixuts per protegir-se de la calor i, a ms, fan servir un sistema original i sofi sticat, tan antic com efica,per facili tar la circulacide l'aire i la ventilaci. Les faanes resten protegides per cobertes (A) que donen ombra iradien calor a l'exterior; finetres de pedra perforada o jal is (B) impedeixen l'entrada directa dels raigs del sol ipermeten la fi ltracid'aire exterior, que circula fins a uns canals d'evacuacisituats al mig de l'edificaci. Encaraque no ho puguin s emblar, les cases de pags del Pirineu sn un altre exemple clar de construccions bioclimtiques(Font: Earthwatch Institute, Oxford, Regne Unit).

Els conceptes bioclimtics porten associats a la vegada els conceptes ecolgics d'utilitzaciracional de l'energia, construcciamb materials allants que no perjudiquin el medi ambient, etc. Enaquest sentit, un dels exemples ms importants d'aplicaci dels conceptes bioclimtics i desostenibilitat sha donat a Sydney, en el disseny i la construccide la vila olmpica. Dissenyada pera 15.000 habitants, en la seva construcci s'intentar frenar el canvi climtic, protegir la capadoz, aturar la contaminaciper residus txics, mantenir la biodiversitat i utilitzar racionalmentels recursos naturals. Com? Doncs mit janant electrodomstics eficients, construccibioclimticaamb el mxim aprofitament de la llum natural i utilitzaci de llum artificial amb bombetesfluorescents compactes, subministrament daigua calenta i electricitat per energia solar, habilitacide zones per a vianants, carrils bici, trens, tranvies..., utilitzaci de sistemes allants de fibresnaturals i frigorfics greenfreezelliures de CFC, HCFC, sense PVC a la construcci, sense materialssinttics com allants, sense embalatges de PVC, implantant vegetaci natural amb espciesautctones, regenerant zones humides prximes, utilitzant fustes procedents de boscos no verges,

utilitzant sistemes estalviadors en distribuci i utilitzaci, sistemes de depuraci biolgics per aaiges residuals i sistemes de reutilitzacidaiges residuals no txiques (per regar, refrescar, etc).

1.3.9 Energia fototrmica activa

Al llarg d'aquest llibret, ens centrarem en l'estudi de l'aprofitament de l'energia solar en l'mbittrmic. L's de la llum del Sol per subministrar calor de baixa t emperatura per a calefacci t unallarga histria en molts llocs. Al nord d'Europa s mpliament acceptada i a pasos com Israel s deforosa adopci. A Dinamarca, de 3.500 sistems installats, el 70% produeix noms aigua calentasanitria i la resta combinen aigua calenta i calefacci. La tecnologia ja est totalment a punt,

perels interessos sn molts i molt diversos per a una adopcigeneralitzada d'aquesta t ecnologia.

Lany 1995, a Catalunya hi havia ms de 2.000 installacions solars trmiques (no totes enfuncionament), amb una superfcie total installada de 38.950 m2. Segons aquestes dades, Catalunyarepresent a quasi el 13% del parc solar trmic de lEstat.

Cal tenir en compte que un captador solar de 2 m2 de superfcie pot produir fins a 150 litresdaigua calenta cada dia, fet que estalvia lemissi daproximadament 1 tona de CO2 a lany, s adir, la crema de 90 kg de carbo 130 litres de gasoil.

1.4 Un ltim apunt



22/25


Tot i el seguit de conferncies i trobades de Copenhaguen, Rio o Buenos Aires, els grans pasosproductors i consumidors d'energia (s a dir, l'hemisferi nord) encara no acaben d'entendre elsconceptes sobre els quals es discuteix, com ara biodiversitat o sostenibilitat1. El fet s que la Terrano pot acabar de gestionar per ella mateixa els desequilibris que li estem provocant: no pot redirigir

el clima, ni contro lar la temperatura, ni pot redrear les lleres dels rius tal com ho havia estat fentfins a principis de segle perqu nosaltres li ho impedim. A mode d'exemple actual, tenim elfenomen del Nio. El terme el Nio s el nom curt del fenomen que els cient fics denominen ElNio, OscillaciMeridional oENSO(en angls). Part del nom provde les observacions fetes pelcient fic angls Gilbert Walker a principis de segle. Aquest cientfic descobr que quan la pressiatmosfrica s baixa sobre Austrlia, s alta a l'est de l'illa de Tahit i a l'inrevs. La pressiatmosfrica, doncs, oscilla ent re valors alts i baixos a l'emisferi sud.

1Una activitats sostenible quan:

1. Utilitza mater ials en form a de c icle tancat.

2. Utilitza fonts denergia netes i renovables.3. Provdel potencial hum; p.ex., la comunicaci, la cre ativitat, la coordinaci, lestimaciiel desenvolupament e spiritual i intellectual.

Una activitats no sosteniblequan:1. Requereix inputscontinus de re cursos no renovables.

2. Consumeix recursos renovables de forma m s rpida que el seu ritme de renovaci.3. Causa una degradaciacumulativa de lentorn.4. Requereix recursos en quantitats que mai no poden sser disponibles per tothom.5. Condueix a lextincidaltres formes de vida.



23/25


Fig. 1.16 L'any 1982 entra en funcionament la central d'energia solar Solar One, a Barstow (Cali frniameridional). Mil vui-cents divuit miralls, amb una superfcie tota l de ms de 70.000 m2, reflecteixen la llum solar ila concentren en una torre central que arriba fin s als 1.000 C de temperatura. Amb aquesta temperatura s'escalfaun lquid que posteriorment permet impulsar turbines i generadors elctrics. Tots els miralls segueixenconstantment l 'rbita solar mitjanant un comandament automatitzat. Solar One produeix 10 MW de potnciaelctrica (Foto: Peter Menzel/W heeler Pictures/F ocus).

Durant poques sense el fenomen delNio, l'aigua ms calenta dels oceans terrestres se sit a alPacfic oest. Els vents que van d'est a oest empenyen l'aigua escalfada pel Sol tropical cap a l'oest iacumulen l'aigua calenta al voltant d'Indonsia i altres zones a l'oest de la lnea de tempsinternacional (IDL, captol 2). De tant en t ant, i les raons encara no sn clares, els vents afluixenla seva intensitat i l'aigua calenta acumulada a l'oest es filtra cap a l'est, a trav s del Pacfic, finsque xoca amb la costa d'Amrica del Sud, sescampa al nord i al sud de la costa, augmenta latemperatura de l'aigua i provoca el fenomen del Nio davant les costes de Peramb un augment imillora, a la vegada, de les condicions per a l'activitat pesquera, ramadera i agr ria (augment depluges). Acostuma a passar durant els mesos freds, novembre i ms aviat desembre, i per aix repdel nom del Nio, en referncia a l'infant Jess.

Aixque passa als oceans tambafecta l'atmosfera. Les tempestes tropicals vnen alimentades perl'aire calent i humit que esten cont acte amb l'ocecalent. Com ms calent sigui l'aire, ms forta iimportant serla tempesta. A mesura que l'aigua calenta avana cap a l'est, les tempestes avancenamb ella, alimentant amb aire calent i humitat les capes superiors de l'atmosfera. Aix implica unagran quantitat d'energia alliberada cosa que afecta els corrents dels vents freds de les capes altes i,

en conseqncia, els seus patrons de moviment. Resulat: no noms hi ha grans alteracionsclimtiques a Amrica del Nord i del Sud sina tot el globus terrestre. L'impacte global en el climaes tradueix en inundacions en certes parts de la Terra i sequeres extremes en d'altres.

Encara que el Nio s un fenomen natural, el cicle 1997-1998 sembla que ha tingut un impactemediambiental fora ms devastador del que ens pensvem. Aix s perqu molts dels sistemesnaturals que en condicions normals nhaurien mitigat l'impacte, han estat degradats o beliminatsper l'accihumana, com ara l'activitat reguladora tant dels boscos de les illes d'Indon sia com delsde l'Amazones, actualment cremats en bona part .

Amb aquest exemple veiem com les dimensions del desastre ecolgic no sn pas predibles a captermini. Per sque patim els efectes d'una activitat que sobreexplota els recursos qu disposem.Ara per ara som una mena de parsits per a la Terra. I de seguir amb aquests nivells actualsd'infeccinoms podem esperar dues coses: la mort del cos parasitat o l'eliminaci, per part del'hoste, dels parsits que provoquen la infecci.

L'adopcid'energies renovables s una de les moltes opcions que tenim a la nostra disposici en elcam de viure no com a parsits sin en simbiosi amb la Terra. Sn energies en les quals no hipensem gaire perqu ens arriben suaument i sense presses, amb el fluir natural del dia a dia. Sn



24/25


energies que s difcil que alg les acapari. Per a causa dels clculs bojos del sistema econmicvigent (que comptabilitza noms els beneficis per una minoria d'ssers humans i que no t encompte els costos sobre la major part de la poblaci) es consideren que sn cares. Perni sn caresni contaminen i sn aquper ser captades i utilitzades sempre que nosaltres estiguem disposats aaprofitar-les.

Com s'ha anat assenyalant al llarg d'aquest primer cap tol, la gran incertesa sobre els futurs preusenergtics, la seva producci i la creixent ansietat pblica sobre les fonts existents d'energia ensexigeixen desenvolupar un sistema energt ic flexible a la vegada que respectus amb el medi. Aixha d'incloure millores de rendiments, per exemple en tecnologies avanades en combustide carb,i accs a les diverses fonts energtiques renovables amb els costos ms baixos possibles, aix comuna ferma voluntat poltica. Han transcorregut poc ms de dues dcades des que les formesrenovables d'energia van comenar a atreure seriosament l'atenci. Encara hi ha molta feina perfer. Persn, en definit iva, una assegurana cap al futur.



25/25


Documents

Energia solar tèrmica Capitulo 1