Present i futur de l'energia solar

Present:

L'energia solar genera només un 0,04% de l'electricitat mundial. L'elevat preu dels combustibles fòssils i el creixement de la regulació del sector energètic arreu del món, per a lluitar contra el canvi climàtic, han provocat un allau d'inversions en energies renovables.

Ni tan sols la profunda crisi en els mercats internacionals no ha parat les inversions en instal·lacions d'energies netes.

Malgrat tenir més espai que mai en els mitjans, les energies renovables encara representen un creixent, això sí petit percentatge de l'energia consumida en el món. I del total de l'energia produïda en el món en l'actualitat, la solar representa encara un minúscul òbol.

Futur:

L'energia solar fotovoltaica podrà subministrar el 5% de la demanda mundial d'electricitat el 2020 i fins a un 9% el 2030, segons un estudi presentat per l'organització internacional Greenpeace i l'Associació Europea de la Indústria Fotovoltaica (EPIA). No obstant això, el Govern d'Espanya manté el sector paralitzat.

L'inform Solar Generation 2010 pronostica que les inversions en aquesta tecnologia es duplicaran en cinc anys i passaran dels 35.000 milions d'euros actuals fins als 70.000 milions el 2015. Alhora, s'espera que els costos dels sistemes solars fotovoltaics es redueixin a gairebé la meitat: disminuiran un 40%. És a dir, que s'arribarà a una situació en la qual l'energia solar pot competir amb 

qualsevol altre sistema de generació d'energia. 

Avantatges i inconvenients de l'energia solar

Avantatges:

• És una font d’energia renovable, els seus recursos són il·limitats.

• És una font d’energia molt amigable amb el medi ambient, la seva producció no produeix cap emissió contaminant.

• Els costos d’operació són molt baixos.

• El manteniment és senzill i de baix cost.

• Els mòduls tenen un període de vida fins de 20 anys.

• Es pot integrar en les estructures de construccions noves o existents.

• Es poden fer panells fotovoltaics de totes les mides.

• El transport de tot el material és pràctic.

• El cost disminueix a mesura que la tecnologia va avançant.

• És un sistema d’aprofitament d’energia idoni per a zones on no arriba l’electricitat.

• Els panells fotovoltaics són nets i silenciosos.

Desavantatges:

• Els costos de configuració són alts, requereixen d’una gran inversió inicial.

• Els llocs on hi ha major radiació solar, són llocs desèrtics i allunyats de les ciutats.

• Per recollir energia solar a gran escala es requereixen grans extensions de terreny.

• Manca d’elements emmagatzemadors d’energia econòmics i fiables.

• És una font d’energia difusa, la llum solar és una energia de baixa densitat.

• Posseeix certes limitacions pel que fa al consum, de manera que no usa més energia de l'acumulada en períodes en què     no hi hagi sol.

Avantatges i desavantatges de l'energia eòlica

AVANTATGES DE L'ENERGIA EÒLICA:

·        És una font d'energia segura i renovable.

·        No produeix emissions a l'atmosfera ni genera residus, excepte els de la fabricació dels equips i l'oli dels engranatges.

·        Es tracta d'instal · lacions mòbils, el seu desmantellament permet recuperar totalment la zona.

·        Ràpid temps de construcció (inferior a 6 mesos).

·        Benefici econòmic per als municipis afectats (cànon anual per ocupació del sòl).

·        La seva instal·lació és compatible amb molts altres usos del sòl.

DESAVANTATGES DE L'ENERGIA EÒLICA:

·        Impacte visual: la seva instal·lació genera una alta modificació del paisatge.

·        Impacte sobre la fauna dels les aus: principalment pel xoc de les aus contra les pales, el que causa efectes sobre modificació dels comportaments habituals de migració i nidificació.

·        Impacte sonor: el frec de les pales amb l'aire produeix un soroll constant, la casa més propera haurà d'estar almenys a 200 m.

Procés d'obtenció de l'energia solar

Aquesta energia que ens dóna el sol, els éssers humans la podem convertir en energia útil, és a dir, ja sigui per escalfar alguna cosa o bé per produir electricitat, entre les aplicacions més comunes i rellevants que es realitzen amb ella.

Segons diferents estudis, cada any, el sol produeix 4 mil vegades més energia de la que els éssers humans som capaços de consumir, per la qual cosa el seu potencial és realment il · limitat i una de les energies renovables més desenvolupades i utilitzades en gairebé tot el món.

La intensitat de l'energia disponible en un punt determinat del planeta terra dependrà del dia de l'any, l'hora i la latitud, Tot i que també dependrà de la quantitat d'energia que es pugui recollir, l'orientació que disposi el dispositiu receptor.

OBTENCIÓ PER MITJÀ DE PLAQUES FOTOVOLTAIQUES, PANELLS FOTOVOLTAICS:

Els sistemes solars tèrmics aprofiten part de l'energia que té  radiació per augmentar la temperatura de suspensió col · lectors solars que es col · loquen estratègicament aprofitant el major percentatge possible d'aquesta radicació. Després, aquesta energia es transferida al líquid portador, que en la majoria dels casos es aigua.

El funcionament bàsic d'aquest sistema consisteixen en l'escalfament d'un fluid (aigua, aire, ...) mitjançant l'aprofitament dels raigs solars que " impacten " sobre una superfície per la qual passa aquest fluid.

Els panells, mòduls o col · lectors fotovoltaics estan formats per dispositius semiconductors  que, en rebre radiació solar, s'exciten i provoquen salts electrònics, generant una petita diferència de potencial als seus extrems. L'acoblament en sèrie de diversos d'aquests fotodíodes permet l'obtenció de voltatges majors en configuracions molt senzilles i aptes per alimentar petits dispositius electrònics.

A major escala, el corrent elèctric continu que proporcionen els panells fotovoltaics es pot transformar en corrent altern i injectar a la xarxa, operació que és molt rendible econòmicament però que precisa encara de subvencions per a una major viabilitat. En entorns aïllats, on es requereix poca potència elèctrica i l'accés a la xarxa és difícil, com estacions meteorològiques o repetidors de comunicacions, s'empren les plaques fotovoltaiques com alternativa econòmica.

Què és l'energia solar?

Solar és aquella energia que s'obté mitjançant la captura de la llum i la calor que emet el sol.

Energia solar fotovoltàica: Aquest tipus d’energia solar és utilitzada per a la generació d’electricitat.

Per produir electricitat el que s'utilitza són les cèl·lules solars que tenen la missió de transformar-la en energia elèctrica.

Energia solar tèrmica: Aquest tipus d’energia solar és utilitzada per escalfar coses com és el menjar o l’aigua.

Els aparells que més s'empren a llocs de l'energia solar tèrmica són les estufes solars i els escalfadors d'aigua.

L'energia solar no és limita només a això, sinó que hi ha moltíssims altres usos com ara: potabilització de l'aigua, assecat, estufes solars, refrigeració, destil · lació i evaporació .

Els usos d'aquest tipus d'energia són diversos i molt importants i les noves tecnologies segueixen investigant i cada dia és descobreix una nova forma d'aprofitar-la. Així mateix, és una de les energies renovables en la qual més inversions s'estan fent, són magnífiques les desenes de granges solars que és construeixen en el món amb el propòsit de transformar aquesta energia en electricitat.

D'altra banda, s'està ajudant a combatre el perillós escalfament global que viu el nostre planeta actualment.

Obtenció de la biomassa

La biomassa s'obté directament o indirectament dels recursos biològics. L’ energia de biomassa procedeix de la fusta, residus agrícoles i fems, continua sent la font d'energia principal en els països en ple desenvolupament.

-    Quan la matèria viva es descompon, l'energia continguda en ella s'allibera. Això passa mitjançant el metabolisme dels aliments, la descomposició de la matèria viva o la combustió de la llenya, etc. Per tant, podem dir, que el conjunt de matèria viva que existeix en un moment donat, o biomassa, és un gran dipòsit energètic temporal, la magnitud està mantinguda a base d'un constant flux de captació i alliberament.

A Europa, França és el país que major quantitat de biomassa consumeix (més de 9 milions de tones equivalents de petroli seguit de Suècia. Espanya ocupa el sisè lloc dins d'aquesta  llista amb  3,7 milions de petroli.

Els factors que condicionen el consum de biomassa a Europa són:

Factors geogràfics: a causa dels condicions climàtiques de la regió, els quals indiquessin els necessitats de calor que requereixi cada zona, i els quals podran ser cobertes amb biomassa.

Factors energètics: per la rendibilitat o no de la biomassa com a recurs energètic. Això dependrà dels preus i del mercat energètic en cada moment.

Disponibilitat del recurs: aquest és el factor que calç estudiar en primer lloc per determinar l'accés i la temporalitat del recurs.

Futur de l'energia eòlica

Les xifres exposades abans preveuen un futur prometedor per a la eòlica, principalment perquè el consum ha estat creixent i es mantindrà així durant els propers anys. L'energia eòlica és una font poc contaminant i agressiva amb el medi ambient, el creixement anual ronda el 30%, la potència mitjana dels aerogeneradors és cada vegada més gran i disminueix el preu de cada MW instal · lat.

A Espanya l'Associació Europea de l'Energia Eòlica calcula una potència instal·lada l'any 2020 que generarà el 20% de l'electricitat necessària.

En el desenvolupament de l'eòlica influirà decisivament una modalitat no referida fins ara, l'eòlica marina (offshore). Actualment les ubicacions amb més vent a Espanya estan ja ocupades o autoritzats altres nous mentre que el mar és una alternativa que pot donar moltes opcions en els propers anys ja que el potencial eòlic marí a la Península Ibèrica és d'uns 25.000 MW (Informe d'Emilio Menéndez per Greenpeace). El seu principal avantatge és que al mar la velocitat del vent és més gran per existir apantallament per la terra, el preu d'una instal · lació eòlica al mar i del manteniment són superiors que en terra però els parcs offshore tenen una vida útil més llarga i la producció d'electricitat és un 20% major que en terra, així la rendibilitat en el mar és superior que a terra. A Espanya no hi ha cap parc eòlic marí en funcionament però si hi ha diversos funcionant en altres països del Nord d'Europa com Dinamarca, Suècia o Gran Bretanya.

Present de la biomassa

La gran varietat de biomasses existents unida al desenvolupament de diferents tecnologies de transformació d'aquesta en energia (Combustió directa, Piròlisi, Gasificació, Fermentació, Digestió anaeròbia, ...) permeten plantejar una gran quantitat de possibles aplicacions entre les quals destaquen la producció de energia tèrmica, electricitat, biocombustibles i gasos combustibles.

 

Producció d'Energia Tèrmica

Aprofitament convencional de la biomassa natural i residual. Els sistemes de combustió directa són aplicats per generar calor, el qual pot ser utilitzat directament, com per exemple, per a la cocció d'aliments o per a l'assecat de productes agrícoles. A més, aquest es pot aprofitar en la producció de vapor per processos industrials i electricitat.

Els processos tradicionals d'aquest tipus, generalment, són molt ineficients perquè molta de l'energia alliberada es malgasta i poden causar contaminació quan no es realitzen sota condicions controlades.

Producció d'energia elèctrica

Obtinguda minoritàriament a partir de biomassa residual (restes de collita i poda) i principalment a partir de cultius energètics llenyosos, de creixement ràpid (Pollancre, Salze, Eucaliptus,  Plàtan, ...) i herbacis . També s'utilitza el biogàs resultant de la fermentació de certs residus (fangs de depuradora, residus sòlids urbans) per generar electricitat.

El rendiment net de la generació d'electricitat en les plantes de biomassa és baix, de l'ordre del 20% referit al seu poder calorífic inferior. Això es deu fonamentalment a la petita grandària de la planta de producció. La caldera té un rendiment moderat al cremar un combustible d'alt contingut en humitat, i el seu consum en serveis auxiliars és alt, per sobre del 8% de la producció total d'electricitat en sortida d'alternador.

Una possibilitat d'incrementar el rendiment energètic en l'ús de la biomassa és la cogeneració de calor i electricitat. La condensació del vapor suposa una evacuació de calor proper a la meitat de l'energia continguda en la biomassa, la recuperació de part d'aquesta calor de condensació en forma de vapor de baixa temperatura o aigua calenta, per a usos industrials o domèstics, suposa un augment de l'eficiència energètica. Per a això es pot disposar d'una turbina de contrapressió o bé fer una extracció de vapor amb volum significatiu a la zona de baixa pressió de la turbina. S' instal · len els intercanviadors de calor adequats i es poden obtenir rendiments globals d' entre un 40 i un 60%.

La gasificació és una alternativa amb millors rendiments que la combustió en calderes. L'ús de motors dièsel o de turbines de gas per cremar el gas produït pot eleva el rendiment a valors per sobre del 30%, però aquesta és una opció poc estesa.

Producció de Biocombustibles

Hi ha la possibilitat  d'alimentar els motors de gasolina amb bioalcohols (obtinguts a partir de Remolatxa, Blat de moro, Canya de sucre, Patata, ....) i els motors dièsel amb bioolis (obtinguts a partir de Colza, Gira-sol, soja, ...). Aquesta aplicació es veurà de manera detallada més endavant.

Producció de gasos combustibles

És una aplicació poc utilitzada actualment que consisteix en la descomposició de la biomassa en un digestor per obtenir un gas, el compost combustible és bàsicament metà, però també contenen nitrogen, vapor d'aigua i compostos orgànics. El procés és adequat per tractar biomassa d'elevat contingut en humitat i poc interessant en altres aplicacions, bé per la seva qualitat o per la poca quantitat disponible.

Present de l'energia eòlica

Catalunya, malgrat que la contribució actual de l'energia eòlica a la generació d'electricitat encara és molt limitada, ha sofert un creixement considerable els darrers anys, paral·lel a la reducció dels costos d'instal·lació i manteniment i l'augment d'eficiència deguts al desenvolupament de la tecnologia de l'energia eòlica. El nostre territori compta amb una potència instal·lada suficient pel subministrament elèctric de 51.000 famílies. 

Per altra banda, a Espanya, la potència en energia eòlica instal·lada també ha experimentat darrerament un augment important. Aquest creixement s'ha degut, per una banda, a l'interès de diferents governs autonòmics per explotar els avantatges oferts per l'energia eòlica en relació a la creació de treball, la generació d'un nou teixit industrial i la protecció mediambiental. Espamya és el segon país amb més potència eòlica de tot el món només per darrere d'Alemania.

A nivell europeu, la indústria eòlica és avui en dia capdavantera a escala mundial, tant pel que fa al seu nivell de desenvolupament tecnològic com al seu volum de producció, que representa aproximadament el 50 % del mercat internacional. Els països amb més potència instal·lada són Dinamarca, Alemanya, Regne Unit i Holanda.

I internacionalment, molts països compten amb l'energia eòlica com una font d'energia primària en ple desenvolupament. Els països que destaquen com a futurs grans generadors d'energia eòlica són: Xina, Índia, Sud-amèrica i els EUA. De fet, la Xina compta ja amb grans fabricants d'aerogeneradors que han aconseguit tecnologies molt avançades.

Què és la biomassa?

Què és?

És el conjunt de tota la matèria orgànica d’origen vegetal o animal, que inclou els materials que procedeixen de la transformació natural o artificial.


L’energia que es pot obtenir de la biomassa prové de la llum solar acumulada a les cèl·lules dels vegetals que és transformada en energia.

L’energia acumulada a la biomassa pot ser alliberada sotmetent-la a diversos processos d’aprofitament energètic.

L’aprofitament de l’energia de la biomassa contribueix notablement a la millora i conservació del medi, ja que no té un impacte mediambiental significatiu, atès que el CO2 que s’allibera a l’atmosfera durant la combustió ha estat prèviament captat pels vegetals durant el seu creixement; per tant, el balanç final és nul.

Tipus de biomassa utilitzable

Els diferents productes que es consideren dins del terme genèric de biomassa poden ser de tipus forestal, agrícola, del sector ramader i agroalimentari o bé biomassa del tipus residual:

·        La biomassa d’origen forestal inclou tots els productes i residus que provenen dels treballs de manteniment i millora de les masses forestals i altres productes generats per les indústries de transformació de la fusta (serradures, escorces, estelles,     encenalls, etc).

·        La biomassa agrícola inclou els residus generats en activitats agrícoles i agroalimentàries que es poden utilitzar directament com a combustible o com a matèria primera per a l’obtenció d’altres combustibles com, per exemple, els biocarburants.

·        En el sector ramader i agroalimentari es generen residus i subproductes orgànics com per exemple els purins de porc, els fems, la gallinassa, els residus d’escorxador, els greixos animals, els residus de polpes de fruites, etc.

·        Diversos residus com poden ser la fracció orgànica dels Residus Sòlids Urbans (RSU), els fangs generats en les estacions depuradores d’aigües residuals (EDAR) o els olis vegetals usats com aliments.

Obtenció de l'energia eòlica

Producció de la energia eòlica:

• L’energia cinètica de l’aire en moviment, mou l’hèlix i, a través d’un sistema mecànic d’engranatges, fa girar el rotor del generador, normalment trifàsic, que converteix l’energia mecànica rotacional en energia elèctrica.
• Per a aportar energia a la xarxa elèctrica, els aerogeneradors han d’estar dotats d’un sofisticat sistema de sincronització perquè la freqüència del corrent generat es mantingui perfectament sincronitzada amb la freqüència de la xarxa. 
• Perquè la seva instal·lació resulti rendible, solen agrupar-se en concentracions anomenades parcs eòlics. 

Què és l'energia eòlica?

L’energia eòlica és la energia que prové del moviment de massa d’aire es a dir del vent.

A la terra el moviment de masses d’aire es deu principalment a la diferència de pressions, produïdes per la radiació solar, existents en diferents llocs de la Terra, movent-se d’alta a baixa pressió, aquest tipus de vent s’anomena vent geostròfic.

Per a la generació d’energia elèctrica a partir de la energia del vent a nosaltres ens interessa molt més l’origen dels vents en zones específiques del planeta, aquests vents s’anomenen vents locals, entre aquests estàn les brises marines que es deuen a la diferència de temperatura entre el mar i la terra, també estàn els coneguts vents de muntanya que es produeixen per l’escalfament de les muntanyes i això afecta en la densitat de l’aire que fa que el vent pugi per el vessant de la muntanya o baixi per aquesta depenent si es de dia o de nit.  

Hi ha dos tipus d’energies eòliques:

- L’energia eòlica terrestre és la energia produïda  pel vent i els aerogeneradors que la produeixen es troben a la superfície terrestre.

- L’energia eòlica marina és, de la mateixa manera que la eòlica terrestre, una aplicació de la força produïda per el vent. La diferència respecte a la obtinguda a la terra radica en què els aerogeneradors s’ubiquen mar endins.

El sector de l’energia eòlica fa referència a tot el conjunt de tecnologies i aplicacions en les quals s’aprofita l’energia cinètica del vent i es transforma en energia elèctrica o mecànica. Així doncs podem distingir dos aplicacions ben diferents: el de producció d’electricitat i el de bombejament d’aigua. Per a les primeres, parlem d’aerogemeradors o turbines eòliques i per a les segones de aerobombes. Els molins també utilitzen la energia eòlica per a moldre el gra.

Avantatges i inconvenients de la biomassa

Avantatges:

• Els consumidors poden utilitzar-la per a climatitzar els hàbitats i es poden proveir de la electricitat creada en instal·lacions específiques
• Resol el problema del tractament dels residus desaprofitats del camp i la muntanya
• Permet eliminar residus orgànics i inorgànics, al mateix temps que els dóna una utilitat.
• És una font d’energia renovable. No emet gasos d'efecte hivernacle.
• Redueix el risc d’incendis forestals
• És una font d’energia poc contaminant (contamina molt menys que el combustibles fòssils)
• Té continguts de sofre quasi nuls per lo que la emissió de diòxid de sofre es mínima. El diòxid de sofre junt amb altres òxids de nitrògen causen la pluja àcida.
• L'ús de la biomassa com a biocarburant en motors de combustió interna redueix el treball dels motors alimentats per combustibles fòssils que provocan contamminació.

Incovenients:

• La incineració pot resultar perillosa ja que es produeix emissió de substàncies tòxiques. Per això s’ha d’utilitzar filtres i realitzar la combustió a temperatures superiors als 900°C.
• El rendiment de las calderas de biomasa es inferior a les que s'utilitzen amb combustibles fòssils.
• Es necessita una major quantitat de biomassa per produir la mateixa quantitat d'energia amb altres fonts.
• Els canals de distribució de biomassa estàn menys desarrollats que els dels combustibles fòssils.

Futur de la biomassa

La veritat és que és difícil preveure el que pugui passar en un futur. El que si que es veritat es que tard o d’hora els combustibles fòssils s’exauriran i tindrem que utilitzar les energies renovables.

En el cas de la biomassa passa el mateix que amb la resta d’energies renovables i es que són pocs els que volen apostar per elles, tanmateix, quan s’esgoti el petroli el carbó i l’urani-235 l’haurem d’utilitzar per força.