2.2. Fonts d'energia renovables.

La característica d'aquestes fonts energètiques que les fan tant atractives des del punt de vista mediambiental és la seua utilització com a matèries primeres d'uns recursos naturals que es renoven de manera contínua i per tant, són inesgotables. Es produeixen de forma contínua i són inesgotables a escala humana.

Les energies renovables són, a més, fonts de proveïment energètic respectuoses amb el medi ambient . La generació i el consum de les energies convencionals causa importants efectes negatius en l'entorn. Sense arribar a dir que aquests efectes no existeixen en les renovables, si és cert, en canvi, que són infinitament menors. Les energies renovables no produeixen emissions de CO 2 i altres gasos contaminants a l'atmosfera, com si ocorre amb els cridats combustibles fòssils: petroli, gas i carbó. Les energies renovables no generen residus de difícil tractament. L'energia nuclear i els combustibles fòssils generen residus que suposen durant generacions una amenaça per al medi ambient. Els impactes ambientals de les renovables són sempre impactes reversibles.

Les energies renovables són autòctones . Els combustibles fòssils existeixen només en un nombre limitat de països. Per això, les renovables disminueixen la dependència de subministraments externs. Les energies renovables creen cinc vegades més llocs de treball que les convencionals, que generen molt pocs llocs de treball respecte al seu volum de negoci. Les energies renovables contribueixen decisivament a l'equilibri interterritorial perquè solen instal·lar-se en zones rurals.

No obstant, és cert que avui en dia encara no poden competir amb les fonts convencionals ja que el seu volum de producció és molt inferior i moltes de les tecnologies que es basen en elles estan encara en fase de desenvolupament o tenen uns costos d'inversió exorbitants.

La primera de les energies renovables que estudiarem és una forma d'energiar enovable convencional, l'energia hidroelèctrica. Després passarem a estudiar les energies renovables alternatives (solar, eòlica, biomassa, etc)

2.1.1 Energia hidroelèctrica

L'aprofitament de l'energia potencial acumulada en l'aigua per a generar electricitat és una forma clàssica d'obtenir energia. L'energia potencial que impulsa l'aigua en el seu camí des de les muntanyes a la mar pot ser capturada i transformada en energia elèctrica mitjançant els embassaments. que permeten concentrar i emmagatzemar l'energia. Quan s'obren les comportes s'allibera aquesta energia, que impulsa unes turbines connectades a una dinamo, la qual transformarà l’energia mecànica en elèctrica. És, per tant, una energia renovable però no alternativa, estrictament parlant, perquè es ve usant des de fa molts anys com una de les fonts principals d'electricitat.

ELEMENTS D'UNA CENTRAL HIDROELÈCTRICA

Els elements constructius que formen una central hidroelèctrica són els següents: presa, sobreeixidors, preses d'aigua, canal de derivació, xemeneia d'equilibri, canonades de pressió, càmeres de turbines, canal de desguàs i sala de màquines.

La pressa és l'element més important de la central. Les presses més utilitzades són les de formigó i poden ser de gravetat o de  volta. Les primeres resisteix la pressió de el  aigua pel seu propi pes. Les de volta necessiten menys materials que la de gravetat i se solen utilitzar en goles estretes.

Els sobreeixidors són elements vitals de la presa que tenen com a missió alliberar part de l'aigua detinguda sense que aquesta passe per la sala de màquines. Es troben en la paret principal de la presa i poden ser de fons o de superfície. La seua missió és la d'alliberar, si cal grans quantitats d'aigua o atendre necessitats de reg. L'eixida d'aquesta aigua es fa a través de grans comportes d'acer que es poden obrir o tancar a voluntat, segons el demande la situació.

Les preses d'aigua de les quals parteixen diversos conductes cap a les canonades, es troben en la paret anterior de la presa que entra en contacte amb l'aigua embassada. Aquestes preses a més d'unes comportes, per a regular la quantitat d'aigua que arriba a les turbines, posseeixen unes reixetes metàl·liques que impedeixen que elements estranys com troncs, branques, etc., puguen passar i produir desperfectes.

El canal de derivació s'utilitza per a conduir aigua fins a les turbines de la central.

  La xemeneia d'equilibri consisteix en un pou vertical situat el més prop possible de les turbines. Quan existeix una sobre pressió d'aigua troba menys resistència per a penetrar al pou que a la càmera de pressió de les turbines fent que pugi el nivell de la xemeneia d'equilibri. En el cas de depressió ocorrerà el contrari i el nivell baixarà. Actua d'aquesta manera com un moll hidràulic o un condensador elèctric, és a dir, absorbint i retornant energia.

En la càmera de turbines es troben els elements auxiliars de control, i la pròpia turbina. Les turbines consten d'un injector que transforma l'energia de pressió de l'aigua en energia cinètica. En la sala de màquines es troben els grups generadors d'energia elèctrica. Els alternadors acoblats a l'eix de la turbina generen un corrent altern d'alta intensitat i baixa tensió, aquest corrent posteriorment passa a un transformador que la converteix en alta tensió i baixa corrent, apta per al seu transport a gran distàncies amb un mínim de pèrdues. Més tard, en els centres de consum, un nou transformador la transforma en un corrent de baixa tensió per a la seva aplicació directa als receptors domèstics i industrials.

  Els canals de desguàs estan encarregats de recollir l'aigua a la sortida de la turbina, havent de retornar-la al llit del riu, però degut al fet que la velocitat de l'aigua és important, resulta perillós el seu poder d'erosió, pel que cal revestir adequadament les parets parar la seva protecció.

Les centrals de bombament són un tipus especial de centrals hidroelèctriques que possibiliten una ocupació més racional dels recursos hidràuliques d'un país. Disposen de dos embalsaments situats a diferent nivell amb el que es compensen les diferències ocasionades, degut al fet que la demanda d'energia al llarg del dia és moltvariable. En arribar   aquesta el seu màxim requeriment, les centrals de bombament funcionen com una central convencional generant energia. Durant les hores del dia en la qual la demanda d'energia és menor l'aigua és bombada a l'embassament superior perquè puga fer el cicle productiu novament. Per això la central disposa de grups de motors-bomba. Exemple: la central de Cortes de Pallàs (València)

 

L'energia hidroelèctrica que es pot obtenir en una zona depèn dels cursos d'aigua i desnivells que tinga, i existeix, per tant, una quantitat màxima d'energia que podem obtenir per aquest procediment. Es calcula que si s'explotés tota l'energia hidroelèctrica que el món sencer pot donar, només es cobriria el 15% de l'energia total que es consumeix. En realitat s'està utilitzant al voltant del 20% d'aquest potencial, encara que a Espanya i en general en els països desenvolupats, el percentatge d'explotació arriba a ésser de més del 50%.

La producció total d'energia elèctrica a Espanya en 1997 va ascendir a 188.803 106 kWh. L’origen d’aquesta electricitat és:

* Les centrals tèrmiques van contribuir amb 96.235 milions de kWh.
* Les centrals nuclears amb 55.297 milions de kWh.
* Les centrals hidràuliques amb 37.271 milions de kWh.

Animació

IMPACTE AMBIENTAL

Des del punt de vista ambiental l'energia hidroelèctrica és una de les més netes ja que no emet cap tipus de contaminació mentre funciona. Això no vol dir que siga totalment innòcua, perquè els pantans que cal construir suposen un impacte important. El pantà altera greument l'ecosistema fluvial. Es destrueixen hàbitats, es modifica el cabal del riu i canvien les característiques de l'aigua com la seua temperatura, grau d’oxigenació , etc. També els pantans produeixen un important impacte paisatgístic i humà, perquè amb freqüència la seua construcció exigeix traslladar a pobles sencers i sepultar sota les aigües terres de conreu, boscos i altres zones silvestres. Altres aspectes negatius són: la reducció de la diversitat biològica; la dificultat de l'emigració dels peixos, de la navegació fluvial i del transport d'elements nutritius aigua avall; la disminució del cabal dels rius; la modificació del nívell freàtic; el canví en la composició química de l'aigua embassada, les variacions en el microclima i l'eutrofització de les aigües. A més, genera riscos geològics de tipus mixt pel fet d'accelerar l'erosió i la sedimentació que produeix el rebliment o colmatació. També comporta riscos induïts per catàstrofes causades per la possible ruptura de la presa. Com a resultat de la conscienciació sobre l'impacte produït per les grans preses, s'estan reduint considerablement els projectes de noves construccions faraòniques.

Els pantans també tenen alguns impactes ambientals positius. Així, per exemple, han estat molt útils per a algunes aus aquàtiques que han substituït els aiguamolls costaners que usaven per a alimentar-se o criar, molts dels quals han desaparegut, per aquests nous hàbitats. Algunes d'aquestes aus han variat fins i tot els seus hàbits migratoris, buscant noves rutes de passada per la Península a través de determinats pantans. A més, afavoreix la regulació dels rius, cosa que permet d'aprofitar l'aigua per a d'altres usos.

La construcció de pantans és cara, però el seu cost d'explotació és baix i és una forma d'energia rendible econòmicament. En plantejar-se la conveniència de construir un pantà no cal oblidar que la seua vida és d'uns 50 a 200 anys, perquè amb els sediments que el riu arrossega es va omplint a poc a poc fins inutilitzar-se.

2.2.2. Energies renovables alternatives

Com a conseqüència dels problemes que implica la utilització de les actuals fonts d'energia, s'estan buscant altres alternatives, algunes de les quals són noves i altres no tant, però totes tenen en comú que són renovables i de baix impacte ambiental. A fi d'avaluar el seu possible ús en el futur observarem alguns factors, d'entre els quals la disponibilitat actual i el cost econòmic, ja que en la nostra societat no es realitzarà el canvi a d'altres fonts energètiques que no siguen competitives. Un greu problema per adoptar noves energies és la inexistència de la infraestructura necessària per fer-les servir (si és totalment nova o podem reutilitzar una part de l'existent).

Algunes de les noves fonts energètiques poden funcionar bé a petita escala, però presenten problemes quan s'intenten explotar ''en gran''. Així, es planteja la construcció preferent de centrals energètiques petites que podran produir la quantitat d'energia necessària per cobrir la demanda d'una zona concreta i que generaran llocs de treball localment, cosa que n'afavorirà la imatge.

El principal obstacle que frena a aquestes fonts d'energia renovables alternatives és l'econòmic, perquè normalment són més cares que els combustibles fòssils o l'energia nuclear. Encara que des d'altre punt de vista, no és tan clar que les energies tradicionals siguin més barates, perquè si inclogueremm el cost que suposa netejar la contaminació que provoquen o disminuir els seus mals ambientals, el preu de l'energia obtinguda del petroli, carbó, gas o urani, seria prou més alt del que tenen en el mercat. El que succeeix és que els estats, per motius polítics, són els que paguen aquests costos indirectes i subvencionen, directa o indirectament, les energies no renovables.

Quan, a partir de 1973, el preu del petroli va pujar, la investigació i l'ús d'aquestes fonts alternatives va créixer, però des que l'ús d'energia s'ha estabilitzat en bastants països desenvolupats i el preu de les fonts clàssiques d'energia ha baixat, s'ha perdut part de l'interès per aquestes energia renovables. Se segueix investigant, sobretot en aquells aspectes que les poden fer econòmicament rendibles.

 

2.2.2.1. Energia solar

La principal font d'energia del nostre planeta és el Sol, però la Terra només n'intercepta una mínima part, que és de baixa concentració. L'energia que procedeix del sol és font directa o indirecta de gairebé tota l'energia que utilitzem. Els combustibles fòssils existeixen gràcies a la fotosíntesi que va convertir la radiació solar en les plantes i animals de les quals es van formar el carbó, gas i petroli. El cicle de l'aigua que ens permet obtenir energia hidroelèctrica és mogut per l'energia solar que evapora l'aigua, forma núvols i les duu terra endins on caurà en forma de pluja o neu. El vent també es forma quan unes zones de l'atmosfera són escalfades pel sol en major mesura que unes altres. L'energia solar com a font energètica té l'avantatge que és inesgotable, es pot concentrar, és gratuïta i no contamina.

L'aprofitament directe de l'energia del sol es fa de diferents formes:

a) Escalfament directe de locals pel Sol : En hivernacles, habitatges i altres locals, s'aprofita el sol per a escalfar l'ambient. Alguns dissenys arquitectònics busquen aprofitar al màxim aquest efecte i controlar-lo per a poder restringir l'ús de calefacció o d'aire condicionat. Amb aquesta finalitat utilitzarem un disseny adequat que coincidisca amb l'arquitectura tradicional de cada zona. Aquesta és l'anomenada arquitectura bioclimàtica, hereva del saber de l'arquitectura popular. A més, prompte es construiran cases que s'escalfen o es refreden passivament, tot fent servir la llum del sol i principis de disseny arquitectònics. És possible d'aconseguir, amb un consum mínim, edificis confortables i amb oscil·lacions de temperatura molt petites durant l'any, encara que a l'exterior les variacions climàtiques siguen molt marcades. El disseny, l'orientació, el gruix dels murs, la grandària de les finestres, els materials de construcció emprats i el tipus d'envidrament, són alguns dels elements de l'arquitectura solar passiva

b) Acumulació de la calor solar : Es fa amb panells o estructures especials col·locades en llocs exposats al sol, com les teulades dels habitatges, en els quals s'escalfa algun fluid que s'emmagatzema la calor en dipòsits. S'usa, sobretot, per a escalfar aigua i pot suposar un important estalvi energètic si tenim en compte que en un país desenvolupat més del 5% de l'energia consumida s'usa per a escalfar aigua. Es realitza a partir de col·lectors, suferfícies exposades a la radiació que permeten absorbir la seua calor i transmetre«-la al fluid.

c) Generació d'electricitat : Es pot generar electricitat a partir de l'energia solar per diversos procediments.

* En el sistema termal l'energia solar s'usa per a convertir aigua en vapor en dispositius especials. En alguns casos s'usen miralls còncaus que concentren la calor sobre tubs que contenen oli. L'oli arriba a temperatures de diversos centenars de graus i amb ell s'escalfa aigua fins ebullició. Amb el vapor es genera electricitat en turbines clàssiques. Amb alguns dispositius d'aquests s'aconsegueixen rendiments de conversió en energia elèctrica prop del 20% de l'energia calorífica que arriba als col·lectors

En una central solar, la llum del Sol incideix sobre diversos espills orientables(heliòstats) i es reflecteix, de manera que converigisca cap a la caldera, en la qual l'aigua s'escalfa i es transforma en vapor. Aquest vapor mou una turbina i, mitjançant un generador, es produeix energia elèctrica que un transformador s'encarrega de fer arribar a la xarxa elèctrica. El vapor, després de passar per la turbina, es dirigeix al condensador, on es converteix en aigua líquida. Després, una bomba impulsa l'aigua de nou fins la caldera

Esquema d’una central solar tèrmica

Forn solar d'Odeillo (Catalunya Nord)

*Sistema fotovoltaic: El Sol es converteix en electricitat, mitjançant un material semiconductor (com el silici) que en absorbir fotons proporciona un corrent d'electrons, és a dir, un corrent elèctric. L' energia fotovoltaica genera electricitat sense contaminació i sense soroll. Les instal.lacions necessiten un manteniment mínim i no necessiten aigua. En molts casos, malgrat el seu alt preu, resulta rendible quan es poden establir en zones on el cost de connexió de la xarxa elèctrica seria molt més elevat. Implantar aquestes instal·lacions en països en via de desenvolupament seria molt interessant, ja que el fet de no tenir una xarxa de distribució elèctrica implica que utilitzar l'energia fotovoltaica resultaria més econòmic.

Els inconvenients d'aquest tipus d'energia són l'espai per instal.lar-la, l'impacte visual i la variabilitat de la producció. L'aplicació pràctica de l'energia solar té no obstant les seves limitacions tècniques, generalment relacionats amb el rendiment obtingut ( l'eficiència mitja en l'actualitat és d'un 10 a un 15%, encara que alguns prototips experimentals aconsegueixen   eficiències de fins el 30%. Per això es necessiten grans extensions si es vol produir energia en grans quantitats.) A més de que no tots els habitants del nostre planeta tenen les mateixes oportunitats per al seu aprofitament. El Sol il·lumina la Terra de forma desigual (mapes de radiació solar), i amb diferent angle i intensitat segons la regió terrestre que es tracte, l'estació de l'any i el cicle dia/nit. L'ideal és disposar d'una zona que es trobe il·luminada durant la major part de l'any, això implica que determinats llocs queden al marge del seu aprofitament, tal és el cas dels països nòrdics, en detriment dels més pròxims al'Equador, que es veuen altament beneficiats.

Superficie de captación solar instalada en la UE (1998)

Alemania             2.630                              Dinamarca        294                   

Grecia                   2.493                              Italia                 250       

Austria                1.884                              Portugal           215                               

Reino Unido         207                                Francia             655       

España                   341                                Holanda          206       

taula   12: Comparació entre l'ús d'energia solar en diferents països europeus

Inconvenients d'aquest tipus d'energia són l'espai per instal.lar-la, l'impacte visual i la variabilitat de la producció. Les cèl·lules fotovoltaïques no tenen rendiments molt alts. L'eficiència mitja en l'actualitat és d'un 10 a un 15%, encara que alguns prototips experimentals aconsegueixen eficiències de fins el 30%. Per això es necessiten grans extensions si es vol produir energia en grans quantitats. Un altre problema és que només es pot produir durant el dia i és difícil i cara per a emmagatzemar. Per a intentar solucionar aquest problema s'estan investigant diferents tecnologies.

Més informació sobre energia solar en http://www.upc.es/mediambient/gad/Eupm/solar.htm#Energia%20solar%20Fotovoltaica

 

 

CONTINUA

Pàgina principal de CTMA