1. Unitat 3. Energies alternatives

2. Energies alternatives
• Les energies alternatives o renovables provenen
d’aquelles fonts d’energia que es renoven de
manera continuada. Encara s’utilitza poc ja que
el seu aprofitament representa un cost econòmic
elevat i són necessàries grans inversions per
desenvolupar les tecnologies adients.
• Interessa utilitzar-les per:
Disminuir la gran dependència dels combustibles
fòssils en la producció d’energia primària.
Reduir els impactes sobre el medi natural que
comporta la producció d’energia primària.

3. Beneficis de la seva utilització:
• Reducció de les emissions de CO2
• Diversificació de les fonts d’energia pròpies i
reducció de les importacions energètiques.
• Creació de llocs de treball.
• Protecció de l’entorn natural.
• Beneficis socials derivats de l’electrificació de
nuclis aïllats i de la disponibilitat de fonts
d’energia noves en el medi rural.
• Suport a centres de recerca, laboratoris
d’investigació i centres universitaris.
• Afavorir el reequilibri territorial.

4. Centrals solars
• La radiació solar és una font d’energia
neta, gratuïta, inesgotable 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.
• Principals inconvenients:
 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.

5. Per utilitzar-la a gran escala són necessaris
sistemes de captació de gran
superfície, perquè té una densitat energètica
baixa, d’1 kW/m2 com a màxim.
És necessària una inversió inicial elevada, ja
que els sistemes de captació encara són
relativament cars.

6. Sistemes d’aprofitament
• Hi ha dos sistemes d’aprofitament: la via tèrmica
que consisteix en la transformació de la radiació
solar en energia tèrmica i la conversió
fotovoltaica, en què la radiació es transforma
directament en energia elèctrica.

7. Centrals termosolars
• La radiació solar es concentra sobre un fluid 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
energia elèctrica.
 Centrals amb col·lectors distribuïts. Utilitzen
col·lector de concentració que en una superfície molt
petita concentren la radiació solar i s’obtenen
temperatures de fins a 300º C. El seu inconvenient és
que només aprofiten la radiació directa i no són
apropiats per les zones nuvoloses. Cal que disposin
d’un sistema de seguiment del sol.

8. Centrals solars de torre central. El sistema de
captació està format per una gran superfície
coberta d’heliòstats, que concentra la radiació
solar en un receptor instal·lat a l’extrem
superior d’una torre.

9. Conversió fotovoltaica
• Consisteix a transformar la radiació solar
directament en energia elèctrica, mitjançant
captadors formats per cèl·lules solars o
fotovoltaiques.
• Les cèl·lules fotovoltaiques estan constituïdes per
una làmina de material
semiconductor, normalment silici, que té la
propietat de produir electricitat quan hi
incideixen els fotons de les radiacions.
• El rendiment de la transformació és molt baix
igual que la tensió obtinguda que és d’uns 0,58 V.
Per aconseguir una tensió més adient es
connecten diferents cèl·lules en sèrie
(normalment 36) per obtenir una tensió de 18 V.

10. Aplicacions
• 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.

11. Centrals eòliques
• Per a l’aprofitament de l’energia eòlica s’utilitzen les
aeroturbines o molins de vent. Extreuen 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.

12. Tipus d’aeroturbines
• Aeromotors: utilitzen directament l’energia mecànica
obtinguda a l’eix. Són màquines lentes, caracteritzades per un
rotor format per nombroses pales. El seu rendiment és
bastant baix. Requereixen una velocitat de vent de 2 m/s per
començar a funcionar i obtenen la màxima potència quan la
velocitat del vent és de 5 o 6 m/s. S’utilitzen bàsicament per al
bombament de l’aigua dels pous.

13. • Aerogeneradors: Transformen l’energia mecànica en energia
elèctrica. Són màquines ràpides. Els rotors es caracteritzen
per tenir poques pales, 2 o 3, de diàmetres molt variables en
funció de la potència, amb la qual cosa s’obtenen rendiments
molt més elevats que en els aeromotors. Però es necessiten
velocitats de vent més elevades per al seu
funcionament, entre 4 i 5 m/s, i aconsegueixen la potència
màxima amb velocitats superiors, entre 10 i 14 m/s, en funció
del disseny.

14. Parts d’una aeroturbina
• El rotor o turbina és el que transforma l’energia
del vent en energia mecànica. Està format per les
pales unides a un eix.
• El sistema d’orientació té la funció de col·locar el
rotor perpendicular a la direcció del vent, perquè
es pugui aprofitar al màxim la seva energia.
• El sistema de regulació té la funció de disminuir la
velocitat d’engegada, mantenir la potència i la
velocitat del rotor i aturar-lo quan el vent
sobrepassi una velocitat determinada.
• El convertidor energètic és la part mecànica
destinada a transmetre o transformar l’energia
mecànica obtinguda a l’eix del rotor.

15. • La bancada és l’element estructural que, juntament
amb la carcassa, suporta i protegeix el convertidor
energètic i els sistemes de regulació i orientació.
• El suport o torre és el suport de tot l’equip, té la
funció d’elevar el rotor per millorar la captació i
absorbir les vibracions que es produeixen.

16. • Velocitat d’engegada: de 2 a 4 m/s. El rotor
comença a girar.
• Velocitat de connexió: de 4 a 5 m/s. Es
connecta a la xarxa elèctrica.
• Velocitat de disseny: s’obté el màxim
rendiment.
• Velocitat de parada o desconnexió: de 18 a 30
m/s.

17. Parcs eòlics
• Són les instal·lacions que aprofiten l’energia elèctrica
obtinguda amb aerogeneradors.
• Es classifiquen en:
 Instal·lacions no connectades a la xarxa comercial:
utilitzades en electrificacions rurals, aplicacions
agrícoles, senyalització i comunicacions.
 Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica com a
suport de l’energia consumida a la xarxa. Tenen la
finalitat de disminuir les despeses energètiques.
 Instal·lacions connectades a la xarxa elèctrica com a
central generadora d’energia elèctrica. Tenen la
finalitat de subministrar-hi energia.
La potència de les centrals eòliques, normalment, és
superior a 1 MW.

18. Centrals geotèrmiques
• S’entén per energia geotèrmica aquella part
de l’energia de la Terra que es manifesta en
forma de calor. La temperatura augmenta uns
3º C cada 100 m de profunditat.
• La calor, generalment, es transmet per
conducció fins a la superfície de la Terra, però
a causa de la baixa conductivitat de les roques
que formen l’escorça terrestre, una gran part
d’aquesta energia resta emmagatzemada al
seu interior.

19. • Les condicions geològiques que determinen
l’existència d’un jaciment geotèrmic són:
Presència a profunditat adient, entre 1000 i
2000 m, de roques poroses i permeables que
permetin l’acumulació i circulació de fluids.
Un flux de calor normal o anormal que escalfi
l’aqüífer.
Existència d’una capa impermeable, per
exemple argila, que actuï de cobertor, de
manera que s’eviti la dissipació contínua del
sistema termal aigua-roca.

20. • En determinats casos el flux energètic, en forma
d’aigua calenta o vapor d’aigua, flueix de manera
natural a l’exterior. En uns altres casos s’ha de
perforar l’escorça terrestre fins a arribar al jaciment
per poder extreure l’energia tèrmica acumulada.

21. • L’inconvenient principal de les centrals geotèrmiques
és la vida curta de les instal·lacions, uns 40 anys, a
causa de la corrosió que provoca el vapor d’aigua
sense tractar, si bé aquest problema es compensa
amb la rapidesa de la posada a punt d’una
central, que és d’uns dos anys. Un altre inconvenient
és la possible obstrucció de les canonades.

22. Centrals mareomotrius
• Les marees són un moviment cíclic alternatiu
d’ascens i descens del nivell de l’aigua del mar,
producte de l’acció gravitatòria de la Lluna i el Sol.
• L’aprofitament del flux de l’aigua per a la
generació d’energia elèctrica requereix disposar
d’emplaçaments on l’amplitud de les marees
(diferència d’altura entre el nivell màxim i el
mínim) sigui gran, més de 5 m, juntament amb
característiques geogràfiques adequades per a
crear grans embassaments.
• S’hi construeix un dic per retenir les aigües, i
quan baixa la marea, s’obren les comportes
aprofitant l’energia potencial de l’aigua per
accionar diferents grups turboalternadors.

23. Inconvenients
• Gran despesa econòmica.
• Funcionament discontinu i de càrrega hidràulica
variada.
• Màxima producció a la nit quan la demanda és
mínima.

24. L’energia de les ones
• Amb les ones no se’n pot preveure la freqüència, que
és totalment aleatòria, entre 3 i 30 cicles per minut;
això suposa una dificultat important per al seu
aprofitament energètic. El disseny ha de ser capaç de
respondre a ones de totes les dimensions i resistir els
temporals amb garanties de seguretat.

25. L’energia tèrmica dels oceans
• La diferència de temperatura entre les capes superficials i les
profundes dels oceans (gradient tèrmic) es pot aprofitar per
desencadenar un cicle termodinàmic i obtenir energia
elèctrica.
• El problema principal d’aquestes instal·lacions és el seu
rendiment baix, donada la poca diferència de temperatures
entre el focus calent i el fred i l’energia necessària per
bombejar l’aigua freda de les profunditats.

26. La biomassa
• Es considera biomassa la matèria orgànica d’origen vegetal o
animal, obtinguda de manera natural o procedent de les seves
transformacions artificials, susceptible de ser utilitzada amb
finalitats energètiques.
• Els processos a què se sotmet la biomassa per a la seva
transformació en combustible s’agrupen en tres apartats:

27. • Processos físics: Estan destinats a preparar la
biomassa per a l’ús directe com a combustible o
per a processos bioquímics o termoquímics
posteriors. Els més importants són:
 Homogeneïtzació o refinament. Adequar la
biomassa a unes condicions de granulometria,
humitat o composició per mitjà de la trituració,
l’assecatge, etc.
 Densificació. Millora de les propietats de la
biomassa amb la fabricació de pèl·lets per
aconseguir un pes específic més alt i millorar les
seves possibilitats d’emmagatzematge i transport.

28. • Processos termoquímics. La biomassa se
sotmet a diverses transformacions en
determinades condicions de pressió i
temperatura, per obtenir combustibles
sòlids, líquids i gasosos.
La piròlisi o destil·lació seca. Mètode
tradicional per obtenir carbó vegetal.
Gasificació. De la combustió incompleta de la
biomassa en presència de l’oxigen de l’aire
s’obté un gas pobre.

29. • Processos bioquímics. La biomassa se sotmet a
processos de fermentació seguint dos procediments:
 Digestió anaeròbica: utilitzat per obtenir biogàs.
 Fermentació aeròbica o alcohòlica: s’utilitza per a
l’obtenció de bioalcohol.

30. Producció d’energia elèctrica
• Combustió de la biomassa en una caldera
adequada a la producció de vapor que acciona
un grup turboalternador.
• Transformació de la biomassa en combustibles
gasosos mitjançant procediments bioquímics
o termoquímics, que generalment s’utilitzen
per alimentar motors alternatius o turbines de
gas que accionen el seu corresponent
alternador.

31. Biocombustibles
• Són un conjunt de combustibles líquids, que
s’obtenen a partir de diferents transformacions de la
biomassa, destinats a substituir els combustibles
d’origen fòssil. N’hi ha dos grups:
 Biodièsel. S’obté a partir d’olis vegetals de
procedència diferent, ja siguin purs o usats, com els
olis utilitzats per cuinar.
 Bioalcohols. Són el metanol (en desús) i l’etanol. Les
aplicacions de l’etanol en el camp dels
biocombustibles són:
1. Com a combustible sol o barrejat amb altres
carburants d’origen fòssil.
2. Com a additiu per a gasolines sense plom.

32. L’aprofitament dels residus sòlids urbans (RSU)
• Els RSU són els generats per l’activitat domèstica
en els nuclis de població. Els procediments
actuals per eliminar-los són:
1. Abocament. S’emmagatzemen els residus sobre
el terreny i es cobreixen amb terra. Requereixen
grans superfícies de terreny i l’emissió de gasos i
els riscos de contaminació d’aqüífers són
elevats.
2. Compostatge. Consisteix en separar la matèria
orgànica de la resta de residus i el seu
tractament posterior per obtenir compost, un
producte apte per aplicacions com ara
l’agricultura, la jardineria, etc.

33. 3. Reciclatge. Es basa en separar les fraccions
dels RSU, que poden ser incorporades als
processos de producció i consum.
4. Incineració. Consisteix en eliminar els residus
mitjançant un procés de combustió i
tractament dels gasos resultants.
Des del punt de vista mediambiental, la millor
estratègia de gestió i eliminació de residus
consisteix a combinar els processos de
recollida selectiva amb el reciclatge i el
compostatge, i a limitar les opcions
d’incineració i d’abocament per als rebuigs
residuals dels processos anteriors.