Annex 1 - Inventari

Annex 1.- Inventari de
tecnologies eficients
Direcció General d’Energia
Maig 2005
Índex
1
Resum del inventari de tecnologies ...............................................................................4
2
Producció d’energia........................................................................................................5
2.1. Microturbines de gas ..................................................................................................5
2.1.1. Descripció...........................................................................................................5
2.1.2. Avantatges energètics i ambientals ...................................................................6
2.1.3. Aplicacions .........................................................................................................7
2.2. Motors Alternatius de Combustió Interna (MACI) de gas..........................................8
2.2.1. Descripció...........................................................................................................8
2.2.2. Avantatges energètics i ambientals ...................................................................9
2.2.3. Aplicacions .......................................................................................................10
2.3. Solar fotovoltaica......................................................................................................11
2.3.1. Descripció.........................................................................................................11
2.3.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................13
2.3.3. Aplicacions .......................................................................................................14
3
Climatizació (Calefacció i refrigeració) ........................................................................15
3.1. Bomba de calor ........................................................................................................15
3.1.1. Descripció.........................................................................................................15
3.1.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................17
3.1.3. Aplicacions .......................................................................................................17
3.1.4. Com estalviar energia en climatització ............................................................17
3.2. Refrigeració per absorció.........................................................................................20
3.2.1. Descripció.........................................................................................................20
3.2.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................21
3.2.3. Aplicacions .......................................................................................................23
3.3. Refrigeració per adsorció.........................................................................................24
3.3.1. Descripció.........................................................................................................24
3.3.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................24
3.3.3. Aplicacions .......................................................................................................24
3.4. Calderes de condensació ........................................................................................25
3.4.1. Descripció.........................................................................................................25
3.4.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................26
3.4.3. Aplicacions .......................................................................................................26
4
Producció d’ACS ..........................................................................................................27
4.1. Solar tèrmica de baixa temperatura.........................................................................27
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
2
4.1.1. Descripció.........................................................................................................27
4.1.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................28
4.1.3. Aplicacions .......................................................................................................29
5
Transport eficient..........................................................................................................30
5.1. Biocombustibles .......................................................................................................30
5.1.1. Descripció.........................................................................................................30
5.1.2. Avantatges energètiques i ambientals .............................................................31
5.1.3. Aplicacions .......................................................................................................31
5.2. Vehicles híbrids ........................................................................................................32
5.2.1. Descripció.........................................................................................................32
5.2.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................33
5.2.3. Aplicacions .......................................................................................................33
5.3. Vehicles d’hidrogen ..................................................................................................34
5.3.1. Descripció.........................................................................................................34
5.3.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................34
5.3.3. Aplicacions .......................................................................................................35
5.4. Vehicle elèctric .........................................................................................................36
5.4.1. Descripció.........................................................................................................36
5.4.2. Avantatges energètics i ambientals .................................................................36
5.4.3. Aplicacions .......................................................................................................37
6
Enllumenat....................................................................................................................39
6.1. Enllumenat d’interiors...............................................................................................39
6.1.1. Làmpades.........................................................................................................39
6.1.2. Equips auxiliars: Balasts electrònics ...............................................................40
6.2. Enllumenat públic .....................................................................................................40
6.2.1. Làmpades.........................................................................................................41
6.2.2. Equips auxiliars ................................................................................................43
7
Bibliografia....................................................................................................................45
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
3
1 Resum del inventari de tecnologies
Inventari de tecnologies per sectors
Tipus de
tecnologia
Generació
d’energia
Turístic
? Microturbines de gas
? Motors alternatius de
combustió interna
? Energia solar fotovoltàica
? Calefacció
Climatització
Producció
d’ACS
-
Calderes de condensació
Bomba de calor a gas
Energia solar tèrmica
-
Refrigeració per adsorció
Refrigeració per absorció
? Refrigeració
Bomba de calor a gas
-
Làmpades compactes de
baix consum
Balastos electrònics
Etc.
? Regulació i control:
-
Rellotges horaris
Reguladors de freqüència
Detectors de presència
Etc.
Residencial
? Microturbines de gas
? Motors alternatius de combustió
interna
? Energia solar fotovoltàica
? Calefacció
-
Calderes de condensació
Bomba de calor a gas
Energia solar tèrmica
-
Refrigeració per adsorció
Refrigeració per absorció
? Refrigeració
? Equips:
-
-
Calderes de condensació
Bomba de calor a gas
Energia solar tèrmica
-
Refrigeració per adsorció
Refrigeració per absorció
? Refrigeració
Bomba de calor a gas
Transport
? Nous combustibles:
Biocarburats
? Vehicles híbrids
? Vehicles elèctrics
? Vehicles d’hidrogen
Administració Pública
? Microturbines de gas
? Motors alternatius de combustió
interna
? Energia solar fotovoltàica
? Calefacció
-
Calderes de condensació
Bomba de calor a gas
Energia solar tèrmica
-
Refrigeració per adsorció
Refrigeració per absorció
? Refrigeració
Bomba de calor a gas
? Energia Solar tèrmica
? Energia Solar tèrmica
? Equips:
? Il·luminació:
-
Làmpades compactes de
baix consum
Balastos electrònics
Etc.
? Regulació i control:
-
? Calefacció
Bomba de calor a gas
? Energia Solar tèrmica
? Equips:
Il·luminació
Comercial
-
Làmpades compactes de baix
consum
Balastos electrònics
Etc.
? Regulació i control:
Sondes
Rellotges horaris
Reguladors de freqüència
Detectors de presència
Etc.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
-
Sondes
Rellotges horaris
Reguladors de freqüència
Detectors de presència
Etc.
-
Làmpades compactes de baix
consum
Làmpades de vapor de sodi
Balastos electrònics
Lluminàries eficients
Diodes LEDs
? Regulació i control:
-
Rellotges horaris
Reguladors de freqüència
Etc.
4
2 Producció d’energia
2.1. Microturbines de gas
2.1.1.
Descripció
Les microturbines de gas, són turbines de combustió de petit tamany, amb potències que
actualment es situen entre 28 i 200 kW. Estan dotades de generadors d’alta velocitat de
imant permanent que poden girar a la mateixa velocitat que las turbina de gas, amb lo
qual poden acoblar-se directament a les mateixes sense necessitat de disposar d’un
sistema de caixa de canvis.
1.Generador
7. Regenerador
2. Entrada d’aire
8. Gas a caldera
3. Compressor
9. Caldera de recuperació
4. Aire al regenerador
10. Gasos d’escapament
5. Cambra de combustió
11, Sortida d’aigua calent
6. Turbina
12. Entrada d’aigua
Figura 1. Diagrama amb la indicació dels components principals d’una microturbina de
gas.
Las microturbines, poden classificar-se per la seva configuració en:
?
Eix simple o eix doble. La configuració en un sol eix, permet reduir els costos de
producció i té un manteniment més fàcil.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
5
?
Cicle simple o amb regeneració. En les de cicle simple, es barreja l’aire
comprimit amb el combustible i es realitza la combustió sota condicions de pressió
constant. Les unitats de cicle regeneratiu usen un bescanviador de calor amb el fi
de recuperar calor de la corrent de sortiuda de la turbina i transferir-lo a la corrent
d’entrada de l’aire. El fet de combinar les microturbines amb equips de
recuperació d’energia, per a la seva transferència a l’aire de combustió, fa que
amb aquests sistemes es pugui arribar a doblar l’eficiència elèctrica de la
microturbina.
2.1.2.
Avantatges energètics i ambientals
L’ús de les microturbines, ofereix un gran nombre d’avantatges, en comparació amb
altres tecnologies de producció d’energia a petita escala, com poden ser els motors de
gas natural, principalment:
?
Menor numero de parts mòbils, únicament l’eix de la microturbina. Aixo implica un
baix manteniment i a més en alguns equipes no existeix consum d’oli lubricant
?
Reduït pes i dimensions. Un sistema similar de producció d’energia elèctrica i
aigua calenta amb un motor a gas de pistons d’uns 40 kW de potencia elèctrica
pesa més de 2000 kg en front als 700 kg del sistema de microturbina de gas. Les
dimensions externes són similars en ambdós casos.
?
Energia tèrmica recuperable en una sola corrent. A diferència dels motors a pistó,
les turbines de gas concentren el calor excedent en una sola corrent a alta
temperatura amb el que es simplifica la instal·lació. Els gasos d’escapament de
les microturbines de gas son generalment d’alta qualitat, donat que es troben a
alta temperatura i lliures d’olis. Això els converteix en un sistema ideal per a
combinar amb equips de refrigeració por absorció d’alta eficiència (doble efecte,
cicles GAX, etc.) per a la producció de fred i també per a aplicacions en els
hivernacles de horticultura a on es precisa un subministrament de calor i CO2 amb
un baix nivell d’hidrocarburs. La eficiència de aquests sistemes pot ser molt
elevada, i per tant, molt atractiva per als casos en que a més de la demanda
elèctrica existeix una demanda en climatització molt important.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
6
2.1.3.
Aplicacions
Las microturbines de gas poden aplicar-se en diferents sectors. A continuació,
s’enumeren algunes de aquestes aplicacions:
?
Microcogeneració. Els sistemes de microcogeneración, són sistemes de
cogeneració de baixa potència, amb els quals, es pot generar energia elèctrica,
produir aigua calenta, vapor o refrigeració activada tèrmicament.
?
Vehicles de transport. Les microturbines en vehicles híbrids permet, entre altres
avantatges, recarregar les bateries dels vehicles incrementant la seva autonomia i
capacitat de càrrega. Per això s’utilitza una versió de microturbina amb generador
de corrent contínua.
?
Aplicació directa del calor. Esta aplicación consiste en la utilización directa del
calor contenido en los gases de escape para diversas aplicaciones, entre las que
se prevén como más destacadas las siguientes:
-
Accionament d’equips de refrigeració per absorció de flama directa amb o
sense postcombustió.
-
Calefacció en hivernacles..
-
Regeneració de desecants en equips de deshumidificació.
-
Processos de assecat, afavorits per l’alta temperatura dels gasos de
escapament.
?
Valorització energètica. Les microturbines també s’estan aplicant per a la
valorització energètica de productes susceptibles de ser empleats com
combustible, com per exemple, en la combustió de gas de baix poder calorífic com
el biogàs que es genera en abocadors, depuradores de aigües residuals, etc.
Figura 2. Valorització de biogás amb microturbines de gas. Font: Capstone
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
7
2.2. Motors Alternatius de Combustió Interna (MACI) de
gas
2.2.1.
Descripció
Els Motors Alternatius de Combustió Interna (MACI) són maquines volumètriques
consistents en un dispositiu cilindre-èmbol en el que es produeix una reacció de
combustió transformant-se l’energia alliberada en un efecte motor útil mitjançant un
mecanisme de biela-manovella, i també en forma de calor. Bàsicament los MACI estan
basats en dos tipus de cicles termodinàmics:
?
Cicle Diesel
?
Cicle Otto
Els MACI es caracteritzen per un rang d’aplicació en quant a potència elèctrica que va
des de uns 5 kWe fins a uns 15.000 kWe. Encara que per aplicacions superiors als 8-10
MWe es prefereix l’ús de altres sistemes, principalment turbines de gas.
Els motors solen classificar-se atenent a diferents criteris. Per exemple, per la seva
capacitat:
?
Petites unitats a gas o diesel (fins a 1.000 kWe)
?
Motors de mitjana potencia a gas o diesel (1 - 6 MWe)
?
Motors d’alta potència diesel (més de 6 MWe)
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
8
2.2.2.
Avantatges energètics i ambientals
Aquesta tecnologia presenta una sèrie de avantatges que la fa molt competitiva respecte
altres sistemes:
?
És una tecnologia molt provada i fiable
?
Eficiència elèctrica elevada
?
Costos d’adquisició relativament baixos
L’eficiència elèctrica en MACI és superior a la que es pot obtenir-se amb qualsevol altre
tecnologia a excepció de les Piles de Combustible. A continuació, s’indiquen alguns
valors mitjans de les prestacions energètiques dels motors de gas per a cogeneració:
?
Rendiment elèctric: 39%
?
Rendiment tèrmic:
-
Recuperació de calor del circuit de refrigeració de l’oli: 4%
-
Recuperació de calor del circuit de refrigeració de cilindres: 22%
-
Recuperació de calor dels gasos d’escapament refredats fina a 110ºC: 22%
-
Recuperació de calor dels gasos d’escapament refredats fina a 145ºC: 20%
-
Recuperació de calor dels gasos d’escapament refredats fina a 200ºC: 16%
D’aquesta manera un sistema de rendiment elèctric mitjà com el anterior que a més de
generar energia elèctrica recuperi el calor del circuit de refrigeració del motor i recuperi
calor de los gases de escapament fins a una temperatura d’uns 145ºC tindrà una
eficiència global de un 81 %.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
9
2.2.3.
Aplicacions
Els MACI són especialment adequats per a:
?
Instal·lacions de cogeneració de potència mitja-baixa (menys de 8-10 MWe)
?
Instal·lacions a on es requereixi una modulació important de la generació
elèctrica. Varies unitats que es posen en funcionament o paren segons la
demanda de forma periòdica.
?
Instal·lacions a on les parades i arrancades siguin freqüents
Els motors que empren gasoil com combustible són els generadors amb el cost de
instal·lació més baix, de major fiabilitat i amb unes excel·lents qualitats per al seguiment
de la càrrega elèctrica. No obstant, a no ser que es disposi d’un sistema amb catalitzador
per al tractament d’emissions l’ús pot veure’s limitat en certes arrees per la limitació en
emissions. Els sistemes de aquest tipus són adequats per a potències inferiors als 10
MWe i en llocs a on no ses disposi de gas natural i el subministrament elèctric suposi un
cost molt elevat. Requereix a més de emmagatzemat de combustible.
Figura 3. Cogeneració amb motors de petita potència. Font: DTE Energy.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
10
2.3. Solar fotovoltaica
2.3.1.
Descripció
Els sistemes fotovoltaics permeten transformar l’energia solar en electricitat. Aquesta
conversió es realitza pel principi fotoelèctric pel qual, la incidència d’una radiació
electromagnètica (en aquest cas la radiació solar) sobre alguns materials anomenats
semiconductors (generalment silici), provoca un despreniment d’electrons en el material.
Per aprofitar energèticament aquest
flux, les cèl·lules fotovoltaiques presenten dues
regions amb diferent concentració inicial d’electrons 1 unides mitjançant contactes elèctrics
(dos pols amb diferent càrrega elèctrica).
D’aquesta manera, quan incideix la radiació solar sobre la placa es genera una tensió
entre les dues regions que permet la generació d’una corrent elèctrica continua amb un
efecte similar al d’una pila. Com més elevada sigui la radiació incident, major serà la
corrent elèctrica produïda.
Figura 4: Instal·lació solar fotovoltaica. Font: www.solarweb.net
1
La concentració d’electrons s’aconsegueix mitjançant l’addició de fòsfor o altres materials amb cinc electrons de valència
per una banda, amb el que la regió adquireix càrrega negativa (anomenada n) i bor o altres materials amb tres electrons de
valència per l’altra amb el que adquireix càrrega positiva (anomenada p), generant dos borns amb diferent càrrega
elèctrica, similar a la configuració d’una pila d’una pila. Aquesta polarització rep el nom de contaminació artificial.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
11
Existeixen dos grans grups d’instal·lacions solars fotovoltaiques:
?
Sistemes aïllats de la xarxa elèctrica
?
Sistemes connectats a la xarxa elèctrica
Els components d’una instal·lació fotovoltaica depenen de l’aplicació que es consideri així
com de les característiques de la instal·lació. Com a elements propis dels dos sistemes
es poden citar:
?
El mòdul fotovoltaic: Format per un conjunt de cèl·lules fotovoltaiques iguals,
connectades entre si en sèrie i en paral·lel per incrementar la potència associada
a un mòdul fins al valor òptims per a cada aplicació.
?
El convertidor o inversor: La tecnologia fotovoltaica genera un corrent elèctric
de tipus continu, mentre la major part d’aplicacions elèctriques (per exemple els
electrodomèstics) així com el propi funcionament de la xarxa es dona en corrent
altern . El convertidor s’encarrega de realitzar aquesta transformació.
Propis de sistemes fotovoltàics aïllats, per poder emmagatzemar l’energia es requereix:
?
L’acumulador o bateria: L’energia generada no sempre es correspon amb les
necessitats del moment, l’acumulador s’encarrega d’emmagatzemar l’energia per
cedir-la en moments de poca llum o d’alta demanda. En sistemes connectats a
xarxa aquests dispositius no són necessaris ja que s’estableix un contracte
bidireccional amb la companyia elèctrica de manera que es pugui vendre o
comprar energia de la xarxa en funció de la demanda de cada moment.
?
El regulador: La funció del regulador és la de gestionar l’energia cedida o
absorbida per l’acumulador. El regulador és així una eina de seguretat que
protegeix l’acumulador de sobrecàrregues i de sobredescàrregues. En cas de
sobrecàrrega el regulador talla el corrent cap als acumuladors mentre que en cas
contrari generalment talla la corrent dels consumidors.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
12
Propis de sistemes connectats a xarxa es poden citar:
?
Elements de protecció: En tota instal·lació fotovoltàica connectada a xarxa és
obligatori instal·lar un sistema de protecció per evitar que un mal funcionament de
la instal·lació pugui derivar en problemes a la línia.
?
La xarxa elèctrica: La xarxa elèctrica passa a forma part de la instal·lació
fotovoltaica ja que es constitueix com l’acumulador d’energia del sistema.
2.3.2.
Avantatges energètics i ambientals
Aquesta tecnologia presenta una sèrie d’avantatges que convé tenir en compte:
?
La tecnologia fotovoltaica es centra en l’aprofitament d’una energia renovable
com és la solar, amb les avantatges energètiques i ambientals que això suposa:
?
-
Estalvi d’energia primària
-
Reducció de la dependència energètica
-
Reducció de les emissions de CO2
Les instal·lacions presenten temps de vida llargs, de l’ordre de 20 a 30 anys. Tot
i això, els inversors i les bateries (si n’hi ha) s’han de substituir cada 5 a 10 anys,
especialment en climes amb alta radiació com el de ses Illes.
?
Els períodes de màxima radiació coincideixen amb les puntes de demanda
elèctrica, corresponents a l’estiu i a les hores de més sol, pel que aquestes
configuracions poden ajudar a regular el balanç energètic de la xarxa,
especialment en llocs turístics.
?
En determinats emplaçaments, la proliferació de sistemes d’aquest tipus permet
disposar d’energia elèctrica sense necessitat d’infrastructures, sovint cares o
amb forts condicionants ambientals.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
13
2.3.3.
Aplicacions
Les aplicacions de l’energia fotovoltaica es poden dividir en funció de la configuració i
potència del sistema. Algunes aplicacions interessants per sistemes aïllats són:
?
Electrificació d’habitatges o aplicacions elèctriques allunyades de la xarxa.
?
Enllumenat públic com carrers, parades d’autobús, il·luminació de senyals de
trànsit
?
Aplicacions agrícoles com el bombejament d’aigua, sistemes de rec, il·luminació
d’hivernacles i granges...
En general es poden citar totes aquelles aplicacions en les que no es disposi
d’infrastructures elèctriques i sistemes en els que la discontinuïtat diària de la radiació
solar no suposi un problema al no existir una necessitat energètica continua.
Les aplicacions de la tecnologia fotovoltaica connectada a xarxa es centra en la producció
d’energia elèctrica per aprofitar les retribucions que suposa la seva venda (figura dintre
del règim especial). En aquest sentit, la tecnologia fotovoltaica es pot aplicar en diversos
sectors:
?
?
Sector domèstic: Instal·lacions de petita potència (1 kWp i 5 kWp):
-
aïllades en zones rurals (electrificació rural)
-
connectades a xarxa en nuclis urbans
Sector comercial e industrial: Generalment són instal·lacions de major
grandària (10 kwp i 250 kWp) i connectades a xarxa.
?
Granges solars: Són instal·lacions encarades únicament a la producció
d’energia elèctrica, es solen localitzar en emplaçaments amb moltes hores de
sol i ocupant superfícies importants. Les potències d’aquest tipus d’instal·lacions
sol estar entre 100 kWp i 5 MWp
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
14
3 Climatizació (Calefacció i refrigeració)
3.1. Bomba de calor
3.1.1.
Descripció
La bomba de calor és un sistema que extrau la calor d’una font energètica natural com
l’aigua, l’aire i pràcticament qualsevol focus calent, i el transmet a un altre lloc mitjançant
l’aportació d’un treball. La bomba de calor és una màquina que pot assolir eficiències
superiors a la unitat transferint la calor d’una font freda a una altra de calenta, ja que el
sistema extrau part de l’energia del medi, que es recupera en forma d’energia útil.
La
configuració del sistema és molt similar als sistemes de refrigeració convencionals per
compressió mecànica (ambdós disposen d’un condensador, compressor, evaporador,..),
tot i que les bombes de calor permeten invertir el cicle, el que permet al sistema cobrir les
necessitats de calefacció i climatització.
Combustible
Gasos
d’escapament
Sortida de calor
Aigua de
refrigeració
Motor de
combustió
Entrada de calor
Compressor
Vàlvula d’expansió
Evaporador
Condensador
Figura 5.Diagrama de funcionament d’una bomba de calor amb motor de gas. Font: IDAE
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
15
Les bombes de calor es poden classificar segons diferents criteris:
?
Segons el tipus de procés. En funció de l’origen de l’energia utilitzada per a
realitzar el treball.
?
Segons el medi i origen de l’energia: La bomba de calor es denomina
mitjançant el medi del que absorbeix calor i el medi receptor. Les més importants
són:
o
Bombes de calor aire-aire: Són les més utilitzades, principalment en
climatització.
o
Bombes de calor aire-aigua: S’utilitzen principalment per a la producció
d’aigua freda per a la refrigeració o aigua calenta per a calefacció i aigua
calenta sanitària.
o
Bombes de calor aigua-aire: Pemeten aprofitar l‘energia continguda en l’aigua
dels rius, mars, aigües residuals.
o
Bombes de calor aigua-aigua: Similars a les anteriors, excepte que els
emissors són radiadors a baixa temperatura, fan-coils o terra radiant.
o
Bombes de calor terra-aire i terra-aigua: Aprofiten el calor contingut en el sòl.
Són instal·lacions poc habituals, degut a un elevat cost i les necessitats de
superfície.
?
Segons la seva construcció
?
Segons el seu funcionament
?
Segons el servei, es poden citar sistemes unitaris quan es tracta d’equips
independents en cada dependència e individuals, quan un equip avarca un
conjunt local amb descàrrega indirecta a través d’una xarxa de conductes.
?
Les bombes de calor permeten el funcionament del compressor a través d’energia
elèctrica o tèrmica (generalment amb gas natural). De cara a l’eficiència, aquests
sistemes permeten reduir de l’ordre del 70% el consum d’energia primària
respecte a un funcionament amb electricitat.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
16
3.1.2.
Avantatges energètics i ambientals
Les bombes de calor presenten avantatges ambientals importants respecte als sistemes
tradicionals com podrien ser la caldera de gasoil, caldera convencional de gas, bomba de
calor amb electricitat (no produida amb renovables):
?
Reducció de les emissions de CO2
?
Estalvi d’energia primària
?
Permet l’aprofitament de tot tipus de fonts de calor
3.1.3.
Aplicacions
Les aplicacions de sistemes de bomba de calor es donen principalment en el camp del
confort (climatització), cosa que permet la implantació en el sector domèstic com el
terciari (hotels, hospitals, altres edificis). El sistema s’adaptaria també a la climatització
de piscines i a la producció d’aigua calenta sanitària.
Pel que fa al sector industrial, les bombes de calor s’adaptarien a procés amb una font
de calor residual d’algun procés que actuaria com a focus calent, permeten revaloritzar
energies degradades. Algunes aplicacions en el sector industrial podrien ser:
?
Calefacció, climatització i A.C.S: Aquestes aplicacions son similars a les citades
anteriorment.
?
Calentament d’aigua: Els sistemes de bomba de calor en aplicacions industrials
poden cobrir les necessitats d’aigua calenta en aplicacions industrials en
processos de bugaderia, sistemes de neteja.
?
Processos d’assecat: Existeixen aplicacions viables en l’assecat de productes
com el tabac, assecat d’embotits, assecat de la fusta..
3.1.4.
Com estalviar energia en climatització
A l’hora de seleccionar un equip per a climatitzar un ambient és molt important conèixer
les característiques de la instal·lació i, així, seleccionar l’equip que s’adapti millor a totes
les condicions tèrmiques d’aquesta per a obtenir els majors rendiments en els punts en
què el temps de funcionament és major. D’aquesta manera, si féssim un estudi sobre un
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
17
edifici destinat a la climatització podríem comprovar-hi que la càrrega tèrmica varia de
manera molt important durant totes les temporades de funcionament (estiu, primavera,
tardor i hivern), i obtenir com a resultat que durant més del 80% del temps la instal·lació
funciona amb una demanda tèrmica inferior al 60% i fins a un 60% del temps per davall
d’una demanda energètica del 30%, mentre que solament un 1% de la vida de la
instal·lació l’equip funciona a plena càrrega. Aquest és un concepte molt important que
s’ha de tenir en compte a les instal·lacions de climatització, ja que si volem estalviar hem
de seleccionar equips que obtenguin rendiments molt elevats a càrregues parcials.
La solució adoptada per a obtenir rendiments elevats a càrregues parcials és realitzar un
fraccionament de la potència sobre un mateix circuit frigorífic, de manera que a càrregues
parcials la unitat disposi de la mateixa superfície de bateria exterior que a càrrega
nominal i augmenti el rendiment en aquestes condicions de manera considerable. Això es
pot dur a terme de moltes formes; tanmateix, a partir de potències mitjanes (> 20 kW ), la
manera més eficient de realitzar aquesta gestió, a causa de les inèrcies i potències
d’aquest tipus d’instal·lacions, és mitjançant la instal·lació de diversos compressors en
tàndem de la mateixa potència o, fins i tot, muntant compressors de distinta potència (per
exemple, 33% i 66%) en el mateix circuit per a obtenir rendiments similars.
Amb aquesta solució s’obtenen rendiments per damunt del 500% sobre el consum
elèctric de la unitat a càrregues parcials i s’aconsegueixen estalvis de fins a un 38% en
energia elèctrica sobre solucions convencionals. Permet estalvis de més de 7.500 €
anuals en instal·lacions amb una potència de 350 kW durant el cicle de producció de fred,
que pot ser encara major si tenim en compte la temporada en què es produeix calor en el
cas d’una "bomba de calor".
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
18
Aquest estalvi ens permetrà fer l’amortització de la instal·lació en un temps molt breu, a
més de contribuir a la reducció d’emissions de CO2 causants de l’efecte hivernacle, per la
qual cosa haurem aconseguit una instal·lació molt eficient des del punt de vista econòmic,
energètic i mediambiental.
Aquesta solució es pot dur a terme sobre qualsevol tipus d’instal·lació de climatització
(hotels, residències, hospitals, restaurants, oficines, habitatges, etc.).
En conclusió, a l’hora de seleccionar una unitat de climatització, a l’igual que en la
selecció de qualsevol equip en què el consum energètic sigui molt important per a
rendibilitzar la inversió, s’han de tenir present els rendiments obtinguts en les condicions
que funcionen durant més temps i, en el cas de la climatització, el temps de funcionament
major és a "càrregues parcials".
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
19
Figura 6. Bomba de calor. Font: www.energuia.com
3.2. Refrigeració per absorció
3.2.1.
Descripció
La refrigeració per absorció suposa un mètode alternatiu als sistemes tradicionals per
compressors. Els cicles d’absorció es basen físicament en la capacitat que tenen algunes
substàncies (molt poques), per absorbir en fase líquida vapors d’altres substàncies com
l’amoníac i l’aigua.
A diferència dels sistemes tradicionals, el refrigerant en aquests equips no és comprimit
mecànicament, si no absorbit per un líquid solvent en un procés exotèrmic (el refrigerant
cedeix calor al ser absorbit pel líquid). Posteriorment el fluid es transfereix a un nivell de
pressió superior a través d’una bomba i el refrigerant és desorbeix del líquid mitjançant
l’aplicació de calor. És a dir, un sistema d’absorció es caracteritza per una demanda de
calor (el consum eléctric de la bomba és despreciable), mentre que el consum energètic
dels sistemes de compressió és totalment elèctric (14 vegades superior al d’absorció).
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
20
Sortida de calor
Absorbidor
Entrada de calor
Generador
Bomba
Vàlvula d’expansió
Cremador
Vàlvula d’expansió
Evaporador
Condensador
Figura 7.Diagrama de funcionament d’una bomba de calor d’absorció. Font: IDAE
Comercialment existeixen dues parelles de fluids de treball (refrigerant/absorbent). Cada
una de les tecnologies té un rang de temperatures de treball diferent, i per tant,
aplicacions diferents:
?
La tecnologia aigua/bromur de liti (LiBr) s’utilitza àmpliament en aplicacions
d’aire condicionat en tota la gamma de potències, però especialment en aquells
gamma alta. El procés es veu limitat per la temperatura de congelació de l’aigua
pel que les aplicacions es veuen limitades a demandes superiors a 0ºC.
?
La tecnologia amoníac/aigua s’adapta aquells sistemes amb un rang de
temperatures de 0 a -60ºC., pel que la seva aplicació es centra en sistemes de
congelació.
3.2.2.
Avantatges energètics i ambientals
El consum energètic d’un sistema d’absorció és superior al dels sistemes tradicionals. Els
COP2 de les màquines d’absorció es situa entre 0,7 i 1,2 en funció de la configuració del
sistema, mentre que els sistemes de compressió presenten rendiments frigorífics de 4,5 i
5,5.
2
En
condicions
normals
els
sistemes
d’absorció
haurien
sigut
inviables
El Coefficient of performance és una mesura orientativa dels rendiments dels sistemas de refrigeració: Qutil /Welèctric
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
21
energèticament. Per entendre la rendibilitat energètica i ambiental d’aquestes
instal·lacions s’ha de tenir en compte:
?
El cost necessari per obtenir un kW de refrigeració per cicle de compressió
mecànica és superior al cost necessari per a recuperar el mateix kW per absorció.
?
Els sistemes d’absorció no sols fan possible l’ús d’energia residual d’altres
processos (energia que hauria sigut llançada a l’atmosfera), si no que a més
eviten el consum de combustibles fòssils utilitzats en la producció d’energia de
qualitat i les emissions de CO2 associades.
?
Les substàncies emprades en els cicles d’absorció tenen un comportament
correcte amb el medi ambient, emprant substàncies naturals.
A part d’aquests elements, la tecnologia d’absorció presenta alguns avantatges d’ús que
la fan especialment interessant com a sistema de refrigeració tèrmic.
?
És
una
tecnologia
amplament
coneguda
i
presenta
un
alt
grau
de
desenvolupament.
?
Disponible comercialment en tota la gamma de potències
?
Poden utilitzar-se diferents fonts tèrmiques d’activació
o
Calor residual
o
Termo-solar
o
Biomassa
?
Fiabilitat i flexibilitat en el funcionament (mantenen prestacions a càrrega parcial)
?
Els costos d’explotació poden ser molt inferiors, sempre en funció dels costos de
l’energia calorífica aplicada.
Com a inconvenients principals caldria citar el seu cost inicial, superior generalment al
d’un equip de compressió mecànica de la mateixa capacitat. La raó d’aquest increment
de cost es deguda únicament a que els equips de transferència de calor necessiten més
quantitat de material que els de compressió.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
22
3.2.3.
Aplicacions
Les aplicacions més interessants d’aquesta tecnologia es presenten en sistemes amb
necessitats de fred i on estigui disponible un font de calor residual, amb aplicacions en
refrigeració i sistemes d’aire acondicionat (especialment aquest últims), ja sigui en el
sector industrials i en el sector dels serveis.
Altres configuracions interessants podrien ser l’aprofitament d’aquest tipus de sistemes
en elements de trigeneració, a partir de l’aprofitament d’un calor residual, proporcionant
calor per l’hivern i fred per l’estiu.
Figura 8. Equips de refrigeració per absorció. Font: www.trigeneration.com
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
23
3.3. Refrigeració per adsorció
3.3.1.
Descripció
El principi de funcionament es similar al d’un sistema d’absorció, tot i que en aquest cas
l’absorbent no és un líquid si no un sòlid. Això implica que les característiques de
operació siguin sensiblement diferents.
Físicament, l’adsorció és un procés pel qual una molècula de fluid es fixa sobre la
superfície d’un sòlid. Aquesta interacció és exotèrmica, i aquesta energia s’utilitza en el
sistema com a calor (actua d’evaporador).
3.3.2.
Avantatges energètics i ambientals
La tecnologia de adsorció permet algunes avantatges ambientals a considerar:
?
El sistema té una estructura amb demanda tèrmica, per la qual cosa al igual que
l’absorció permet l’aprofitament de calors residuals o fonts d’energia renovables,
com la biomassa o la solar tèrmica.
?
Aquest aprofitament d’energies renovables pot permetre un estalvi d’energia
primària amb la conseqüent reducció en les emissions de CO2.
3.3.3.
Aplicacions
El sistema per la seva configuració s’adapta a projectes on existeixi una demanda de fred
i existeixi una font de calor residual. Altres sistemes de refrigeració per adsorció
interessants en sistemes a petita escala és la combinació amb un focus calent obtingut
amb energia solar tèrmica.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
24
3.4. Calderes de condensació
3.4.1.
Descripció
Les calderes de condensació són sistemes similars a les calderes de gas tradicionals
amb la diferència que la seva configuració permet recuperar parcial o totalment el calor
associat al vapor d’aigua contingut en els gasos de combustió. La viabilitat termodinàmica
d’aquest aprofitament, ve condicionada per la temperatura de rosada del gas natural que
es troba per sota de 55ºC (mateix fenomen que la rosada dels matins). Tot i que aquest
procés es podria realitzar amb altres combustibles com serien els derivats del petroli o el
carbó a la pràctica això no és possible ja que aquests contenen una gran quantitat de
sofre que faria malbé la instal·lació. El fet de que el gas sigui relativament net fa que es
pugui utilitzar en aquest tipus de sistemes.
La principal diferències respecte a les calderes convencionals en quan a configuració és
que la caldera està adaptada a la precipitació de l’aigua resultant de la condensació, per
la qual cosa es pot disminuir més la temperatura de sortida dels gasos residuals, mentre
que en les calderes convencionals les temperatures de sortida es mantenen entre 150 i
200ºC, llançant una gran quantitat d’energia al medi.
La necessitat de treballar en temperatures inferiors a 55ºC per a que l’aigua pugui
condensar, implica que el rendiment final estigui condicionat per la instal·lació de
distribució existent (això no sempre es possible):
?
Si les instal·lacions estan equipades amb radiadors convencionals, la caldera
funcionarà quasi sempre en condensació, exceptuant els dies molt freds en què la
temperatura de l’aigua de retorn serà massa elevada.
?
Si el circuit treballa amb sistemes de baixa temperatura (terra radiant per
exemple), la caldera podrà treballar en condensació tot l’any.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
25
3.4.2.
Avantatges energètics i ambientals
Aquesta tecnologia presenta una sèrie d’avantatges respecte als sistemes tradicionals
marcades per l’increment d’eficiència en l’aprofitament del gas fins a nivells màxims del
111%, la qual cosa implica:
?
Un estalvi en el consum d’energia primària fòssil ja que el major rendiment
porta associat una disminució del consum de gas. Una caldera d’aquestes
característiques pot representar un estalvi de fins al 40% respecte a les calderes
convencionals.
?
Una reducció de les emissions de CO2 ja que es consumeix menys gas.
?
Econòmicament presenten una reducció de costos associat a un menor consum
de combustible.
?
Les calderes de condensació representen actualment el màxim exponent en
aprofitament energètic en processos de combustió a nivell domèstic i terciari.
3.4.3.
Aplicacions
La tecnologia de condensació és especialment adequada per aquelles necessitats de
calor que es donin a temperatures baixes, unes condicions d’operació que s’adapten
principalment al sector domèstic i terciari:
?
Calderes de gas pel calentament d’aire
?
Sistemes de radiadors convencionals
?
Sistemes de parets/terra/sostre radiant
Figura 9: Caldera de condensació de gas. Font: ECOMAX
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
26
4 Producció d’ACS
4.1. Solar tèrmica de baixa temperatura
4.1.1.
Descripció
Una instal·lació solar tèrmica és un sistema d’aprofitament de l’energia procedent de la
radiació solar per a la producció d’aigua calenta. El rang de temperatures de treball (entre
45ºC i 60ºC) s’adapta a aplicacions en el sector domèstic i el terciari com són els
sistemes de climatització de piscines, suport a sistemes de calefacció (especialment
sistemes radiants) i necessitats d’A.C.S.
El captador solar és l’element fonamental de qualsevol sistema solar tèrmic. Té com a
missió captar l’energia solar incident i transmetre-la al fluid circulant. La radiació solar
arriba al captador i travessa una primera capa transparent, després incideix sobre una
placa metàl·lica anomenada absorbidor, que s’escalfa i transmet aquest calor al fluid. El
fluid (generalment aigua) procedent dels col·lectors cedeix la seva energia al circuit
d’aigua de consum en un bescanviador de calor. Posteriorment l’aigua de consum ja
calenta es dirigeix a un dipòsit acumulador per al seu posterior ús. En funció de
l’aplicació, alguns sistemes no disposen d’un segon circuit i l’aigua circulant pels
col·lectors es destina directament a l’aigua, tot i presentar un circuit més simplificat
presenten inconvenients en el perill per les gelades (al ser aigua directa d’ús no pot tenir
anticongelant), processos de corrosió i sobretot problemes en la qualitat de l’aigua que
limiten les seves aplicacions.
En un circuit solar tèrmic general, es poden distingir les següents parts:
?
Col·lectors solars
?
Bescanviador de calor (circuit tancat)
?
Acumulador d’ACS
?
Sistema de regulació i control
?
Sistema de circulació
?
Sistema de recolzament energètic
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
27
Sistema de
recolzament
Radiació
Aigua
solar
calenta per
a consum
Dipòsit acumulador
de calor
Aigua freda
de xarxa
Bomba
Figura 10: Esquema de funcionament d’una instal·lació solar tèrmica
Les instal·lacions solars de baixa temperatura han tingut una bona acceptació en el
mercat i són d’obligada instal·lació en moltes ciutats i pobles, tot i que no han arribat
encara als nivells esperats d’implantació.
4.1.2.
Avantatges energètics i ambientals
Algunes de les avantatges que es poden associar a l’aprofitament d’aquesta tecnologia
són:
?
L’energia solar és una font d’energia renovable amb el que el seu aprofitament
comporta associades diverses avantatges ambientals:
?
o
Reducció del consum de combustibles fòssils
o
Reducció de les emissions de CO 2
o
Reducció de la dependència energètica
Econòmicament aquests sistemes presenten generalment una bona rendibilitat
econòmica amb períodes de retorn de la inversió relativament curts. La necessitat
de realitzar una inversió inicial però, sovint condiciona l’interès per a la seva
instal·lació.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
28
4.1.3.
Aplicacions
Les aplicacions principals per a l’energia solar tèrmica de baixa temperatura es donen en
el sector domèstic i en el sector serveis. Bàsicament s’adapta a totes aquelles necessitats
tèrmiques de baixa temperatura, tenint com a objectiu principal aconseguir el màxim
estalvi en energia convencional.
?
Aigua Calenta Sanitària (A.C.S.)
?
Suport a sistemes de calefacció
?
Demanda en piscines
Figura 11. Instal·lació solar tèrmica per a la producció d’aigua calenta. Font: Govern
Balear
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
29
5 Transport eficient
5.1. Biocombustibles
5.1.1.
Descripció
Es defineix com qualsevol combustible procedent de matèria orgànica o biomassa.
Aquesta definició inclou fonts d’energia primàries tant heterogènies com la fusta, derivats
del metanol, biogàs i etanol, després de sofrir processos de conversió biològica com la
fermentació o la digestió anaeròbia. Els tipus de biocombustibles més importants són:
5.1.1.1.
Biodiesel
Són carburants que s’obtenen a partir d’olis vegetals de diferents orígens com podrien ser
la soja, colza i el girasol i que permeten la substitució parcial o total del combustible en
els motors diesel (el percentatge de Biodiesel en la mescla de carburant pot anar del 5
fins al 100%) sense realitzar canvis en el motor, ja que el producte final té propietats molt
similars al gas-oil.
5.1.1.2.
Bioalcohols
Els alcohols de origen biogènic emprats com a combustible es desglossen en dos tipus
principals de carburants, com són el metanol i l’etanol. Comercialment, l’etanol ha tingut
un grau de penetració més rellevant que en el cas del metanol.
L’etanol es pot obtenir a partir de la fermentació alcohòlica de elements amb gran
quantitat de sucre (mostos de raïm, sucre de canya, remolatxa), d’alguns cereals i de la
remolatxa . Alguns països com Brasil han optat per reduir la dependència dels derivats
del petroli a partir de l’aprofitament de cultius autòctons com la canya de sucre. Les
aplicacions específiques del bioetanol en el camp de l’automoció són difereixen respecte
al grup anterior en que el seu ús implica una sensible reforma dels motors diesel i una
existent però menor modificació per als motors de gasolina. Si l’etanol s’utilitza en
l’elaboració additius oxigenats per a la gasolina (ETBE), no implica cap modificació sobre
el motor i pot arribar a ocupar percentatges de substitució de la gasolina de fins al 10%.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
30
5.1.2.
Avantatges energètiques i ambientals
El 37% del consum d’energia final consumida a Espanya durant el 2003 corresponia al
sector transport i constitueix ja el sector de major consum per damunt de l’industrial. La
penetració d’aquest tipus de carburant permetria reduir l’afecció de derivats del petroli
sobre el medi ambient.
Per altra banda, convé ressaltar que l’ús d’aquesta tecnologia en vehicles comporta una
sèrie d’avantatges addicionals que es sumen a la millora ambiental en el sector transports
com podrien ser:
?
Reducció de la importació de cru. Aquest element ha resultat clau per a la
penetració dels biocombustibles en alguns països.
?
Aprofitament energètic de residus.
?
Nivells de ingressos y treball en el medi rural
?
Els biodiesel no necessiten realitzar canvis en els motors diesel tradicionals per a
la seva utilització.
?
Ús dels excedents de producció agrícola
5.1.3.
Aplicacions
Els biocarburants són el conjunt de combustibles líquids procedents de diferents
transformacions de la biomassa que es poden utilitzar en el camp de l’automoció en
substitució (parcial o total) de combustibles fòssils com són la gasolina i el diesel.
Generalment l’aprofitament d’aquests productes es realitza en combinació amb els
combustibles tradicionals, de manera que s’aconsegueix reduir la demanda total de cru.
La Directiva 2003/30/CE, del Parlament Europeu i del Consell, del 8 de maig de 2003,
relativa al foment de l’ús de biocarburants u altres combustibles renovables en el
transport, proposa arribar al 2% del consum en el sector transports per al 2005, i arribar al
5,75% en el 2010. Per afavorir la participació dels biocarburants en el sector dels
transports, a l’Estat Espanyol s’ha optat per un sistema d’excepció fiscal modulable per a
les plantes industrials de síntesi. En aquestes condicions, els biocombustibles són
competitius econòmicament amb els carburants tradicionals, per la qual cosa representen
una alternativa real en el camp dels transports.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
31
Dintre del sector dels transports, es poden establir diverses opcions d’ús en funció de la
morfologia del biocombustible:
?
Els biodiesel es solen utilitzar com a substitutiu del gas-oil en proporcions
inferiors al 50%.
?
La principal sortida del bioetanol tindria com a sortida principal la síntesi de
ETBE, element additiu de la gasolina que permet la seva substitució fins a nivells
del 10%.
5.2. Vehicles híbrids
5.2.1.
Descripció
Els vehicles híbrids (HEV), és un sistema de transport que combina més d’un tipus
d’energia (energia elèctrica i un combustible). Actualment esdevé la millor opció per
esmorteir algunes de les carències dels vehicles elèctrics com són les limitacions de
velocitat i sobretot les limitacions d’autonomia.
En funció de la configuració es distingeixen dos casos:
?
Connexió en sèrie: El motor de combustió o les bateries accionen un generador
elèctric que és el que cedeix l’energia al vehicle. En última instància el motor es
mou sempre gràcies a l’energia elèctrica.
?
Connexió en paral·lel: La configuració és una mica més complicada que en el
cas anterior. Tant el motor de combustió interna com el motor elèctric es troben
connectats a les rodes del vehicle amb el que el pot funcionar alternativament
amb combustible o amb energia elèctrica. Per al tràfic urbà, on la demanda de
prestacions al motor és menor, el cotxe funciona únicament amb les bateries
instal·lades en el cotxe.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
32
5.2.2.
Avantatges energètics i ambientals
El vehicle híbrid presenta dues característiques importants que la fan interessant com a
alternativa en el sector dels transports:
?
En ambients urbans es poden eliminar les emissions locals de CO2 i contaminants
típics dels aprofitaments dels combustibles fòssils ja que el sistema funciona amb
electricitat.
?
En funció de l’origen del combustible que s’utilitzi per a la producció de l’electricitat
es pot parlar d’una reducció en les emissions de CO 2 globals en un sector difús
com és el transport i una reducció d’energia primària d’origen fòssil.
?
El vehicle híbrid no representa un canvi tan dràstic en el seu funcionament
respecte als tradicionals com serien els vehicles elèctrics pel que a curt termini
poden tenir una acceptació en el mercat més favorable que aquests.
?
Presenten un grau d’autonomia major que els vehicles elèctrics al disposar d’una
reserva de combustibles tradicionals.
5.2.3.
Aplicacions
Les configuracions permeten unes prestacions en quan a velocitat i acceleració similars
als motors de combustió tradicionals fora de la ciutat (funciona el sistema de combustió
fòssil) i en condicions de trànsit urbà el sistema funciona com un vehicle elèctric,
permetent una reducció de la contaminació local.
Figura 12: El Toyota Prius és el primer vehicle híbrid amb producció comercial.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
33
5.3. Vehicles d’hidrogen
5.3.1.
Descripció
Convé dir que l’hidrogen, tot i ser un dels elements més abundants de la Terra, no es
troba de manera individual, per la qual cosa no és pot considerar una font d’energia ja
que el seu procés de generació es dona per un procés d’hidròlisi amb rendiments
aproximats del 55%. Tot i això, la tecnologia de l’hidrogen esdevé una de les tecnologies
més interessants en quan a sistema d’emmagatzematge degut a les seves propietats
físiques i es pot obtenir a partir de pràcticament totes les fonts d’energia com el gas, el
carbó, la biomassa, l’aigua i els residus.
El funcionament del vehicle es basa en la combustió de l’hidrogen (l’hidrogen amb
presència d’oxigen dona com a producte vapor d’aigua i una quantitat interessant
d’energia). La potència generada durant la combustió s’utilitza per a la producció
d’energia elèctrica que en última instància s’encarrega de la tracció del vehicle.
Pròpiament, els vehicles d’hidrogen són vehicles elèctrics, tot i que el sistema
d’emmagatzematge de combustible (molt més eficient que un sistema de bateries) implica
una menció especial dintre d’aquest apartat.
5.3.2.
Avantatges energètics i ambientals
Les avantatges ambientals de l’hidrogen aplicat a vehicles es dona a partir de dues vies:
?
L’origen de l’energia generada: Com s’ha dit anteriorment, el procés de síntesi de
l’hidrogen consumeix energia tèrmica, l’origen del qual determinarà la bondat de
l’ús de l’hidrogen. En aquest sentit, l’energia emprada també pot ajudar a reduir la
dependència energètica.
?
Reducció de la contaminació local: El procés de combustió de l’hidrogen té com a
resultat vapor d’aigua, pel que es redueix l’afecció local que provoca la combustió
de productes fòssils en l’entorn urbà. En aquest sentit, a part del CO2, s’han de
tenir en compte elements com el monòxid de carboni o l’smog.
?
Són elements silenciosos.
?
Adaptabilitat a l’elaboració regional
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
34
?
Creació de llocs de treball
5.3.3.
Aplicacions
En el sector de l’automoció, l’hidrogen s’ha convertit en un dels elements més
prometedors per a la reducció de la contaminació local de les ciutats, aconseguit un cert
grau de penetració en les flotes de transport públic d’algunes ciutats com podrien ser
Barcelona i Madrid. Actualment les experiències es centren per tant, en el transport públic
tot i que s’estan realitzant esforços de recerca des de l’administració per fer aquesta
tecnologia viable.
Figura 13: Autobús d’hidrogen funcionant amb hidrogen amb la Comunitat de Madrid.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
35
5.4. Vehicle elèctric
5.4.1.
Descripció
Els vehicles elèctrics, com el seu nom indica són tots aquells que utilitzen energia
elèctrica per al seu funcionament. Aquests sistemes de transport es justifiquen per què
permet uns nivells d’emissió local nuls en emplaçaments amb elevades densitats de
població, per tant, ajuden a la mobilitat urbana (i en general local) aportant un increment
en la qualitat de vida.
Els principals problemes d’aquests sistemes és la manca d’autonomia i la manca
d’infrastructures (un teixit d’endolls) que permetés distàncies de transport més enllà de
l’àmbit local. La capacitat d’emmagatzemar energia amb combustibles fòssils és molt
major que amb un sistema de bateries, això fa que les distàncies assumibles per un
vehicle elèctric sigui limitada (100 a 150 km)
5.4.2.
Avantatges energètics i ambientals
Com avantatges de l’ús dels vehicles elèctrics es poden citar:
?
Ambientalment el funcionament dels cotxes elèctrics permet una reducció de la
contaminació local, especialment en les emissions de diòxid de carboni i els
compostos orgànics, principals responsables del “smog” urbà.
?
Són equips més silenciosos que els combustibles tradicionals
?
A escala global els efectes dels vehicles elèctrics respecte als sistemes
tradicionals dependran de diversos factors com són el rendiment de la planta de
producció, l’origen del combustible i els sistemes de retenció de gasos de la
instal·lació. En general es pot afirmar però que els sistemes elèctrics presenten
una reducció en les emissions de CO 2.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
36
5.4.3.
Aplicacions
A nivell de prestacions, el vehicle elèctric presenta encara carències en quan a velocitat i
acceleració respecte als motors de combustió interna tradicionals. D’altra banda,
s’adapten molt bé a les necessitats urbanes, especialment en la reducció de consum que
s’origina els cotxes tradicionals amb les parades i arrancades constants. En aquest sentit,
es pot afirmar que el vehicle elèctric actualment té algunes aplicacions comercials viables
a partir de diversos condicionants associats a la seva morfologia:
?
Recorreguts diaris curts
?
Circuits urbans amb gran nombre de parades
?
Zones urbanes amb elevada pol·lució
?
Costos elevats del combustible tradicional
?
Tarifes elèctriques reduïdes durant el període de recarrega
Aquestes situacions s’adapten a diversos escenaris en els qual existeixen ja aplicacions
reals:
?
Furgonetes pel transport urbà, coincideix sovint amb trajectes relativament curts
i moltes parades. Els recorreguts d’aquestes flotes a més es sol donar a més, en
punts amb elevada contaminació local.
?
Xarxes de microbusos en ciutats a partir de les mateixes consideracions
anteriors.
?
Flotes de vehicles de lloguer en emplaçaments turístics.
?
Motocicletes de baixa cilindrada.
?
En el cas dels vehicles privats la manca d’autonomia i d’una xarxa “d’endolls”
obligaria encara a disposar encara de dos vehicles i de disposar d’un garatge
propi per carregar la bateria.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
37
Figura 14. Vehicle elèctric de la marca Subaru. Font: www.elmundo.es
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
38
6 Enllumenat
6.1. Enllumenat d’interiors
El consum anual per il·luminació pot variar entre uns 400-600 kWh/nay per habitatge i
representa un 9 % de la despesa energètica de la llar, tot i que aquest consum varia molt
en funció dels usuaris. En aquest sentit hi ha tres factors que incideixen en el consum
d’energia: el clima de la zona, els equips d’il·luminació i els hàbits de consum personals.
Per tant, una bona il·luminació no depèn només de la quantitat de watts instal·lats, sinó
també del tipus de bombetes i làmpades que utilitzem.
6.1.1.
Làmpades
D’acord amb l’ús que es faci de la zona a il·luminar la selecció de la làmpada més eficient
pot variar. La taula següent resumeix les làmpades més eficients.
Selecció de làmpades eficients
Tipus d’enllumenat
Objectius
Tipus de làmpada recomanada
?
?
Estalvi energètic
?
Proporcionar el nivell lluminós suficient
Enllumenat Domèstic
per
desenvolupar
les
activitats
domèstiques
?
d’ambients íntims i càlids
?
Enllumenat industrial
Proporcionar
enllumenat
Fluorescents estàndard y compactes
per cuines o il·luminacions indirectes
?
?
Incandescents halògenes de petita
potència per il·luminació localitzada
?
Donar confort als habitants
Incandescents estàndard en zones
eficient
que
garantitzi la productivitat i la seguretat dels
ocupants.
Fluorescents compactes, per altures de
muntatge inferiors a 6 m
?
Fluorescents
compactes
per
il·luminacions localitzades
?
Sodi d’alta pressió, per altures de
muntatge superiors a 6 m
?
Enllumenat d’oficines
?
Facilitar que les tarees visuals es realitzin
amb comoditat i eficàcia
Fluorescents estàndard per il·luminació
general
?
Fluorescents
compactes
per
il·luminacions localitzades
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
39
6.1.2.
Equips auxiliars: Balasts electrònics
El balast és el component que limita el consum de corrent de la làmpada als seus
paràmetres òptims. El balast associat a la làmpada o làmpades, ha de proporcionar a
aquestes els paràmetres de treball dintre dels límits de funcionament establerts en les
normes i amb les menors pèrdues d’energia possibles.
Les principals avantatges del balast electrònic són:
?
Reducció del 25 % de la energia consumida, respecte a un equip electromagnètic
?
Increment de l’eficicàcia de la làmpada
?
Increment de la vida de les làmpades fins al 50 %, reduint els costos de
manteniment
?
Reducció de la càrrega tèrmica dels edificis, com a conseqüència del menor
consum
6.2. Enllumenat públic
L’enllumenat públic pot arribar a representar el 40-50% del consum energètic d’un
ajuntament, per la qual cosa es fa necessari definir algunes de les tecnologies més
eficients que es troben en el sector i algunes mesures que es poden aplicar per a reduir el
consum.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
40
Per aquest motiu es detalla a continuació els equips principals que intervenen.
6.2.1.
Làmpades
6.2.1.1.
Descripció
Les làmpades utilitzades en l’enllumenat públic han de presentar algunes característiques
que permetin un estalvi energètic i, a la vegada, econòmic:
?
Intensitat lluminosa i tipus de lluminària (reproducció cromàtica): Les làmpades
emprades s’han d’adaptar a les necessitats d’ús. La demanda lumínica
d’emplaçaments turístics no és la mateixa que en punts únicament de trànsit per
la qual cosa les necessitats d’intensitat i tipus de llum en aquests emplaçaments
no serà la mateixa. Tenir present aquestes diferències ha de permetre reduir la
demanda energètica total i optimitzar la potència instal·lada.
?
Qualitat energètica de les làmpades (eficiència): No tots els tipus de làmpades
presenten el mateix rendiment energètic. Realitzar una correcta selecció de les
làmpades (dintre de la mateixa funció), tenint en compte el seu rendiment
(lumen/W) pot derivar en un estalvi energètic important.
?
Zonificació: Establir quina és l’àrea que es necessita il·luminar permetrà
optimitzar les potències de les làmpades i per tant reduir el seu consum.
?
Duració de la vida econòmica: Les làmpades presenten una reducció del seu
rendiment amb el temps (lumen/potencia). Tenir present aquesta variació de
propietats i establir un òptim (econòmic i energètic) en la substitució de làmpades
ha de permetre un millor rendiment del sistema lumínic.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
41
La major part de les làmpades utilitzades en l’enllumenat públic utilitzen un sistema de
descàrrega elèctrica en un gas, generalment làmpades de mercuri amb rendiments
inferiors a altres opcions que es troben en el mercat. Els sistemes de descàrrega
consisteixen en dos elèctrodes generen un flux d’electrons per mitjà d’un gas, l’excitació
dels àtoms del gas permet generar llum les característiques de la qual seran funció de la
làmpada emprada. Els tipus més utilitzats en l’enllumenat públic són:
?
Làmpades fluorescents:
?
Làmpades de vapor de mercuri d’alta pressió
?
Làmpades de vapor de sodi a baixa pressió
?
Làmpades de vapor de sodi a alta pressió
?
Làmpades de mercuri amb halògens metàl·lics
?
Làmpades amb descàrrega per inducció
La substitució de les làmpades és un procés que s’ha desenvolupat en la major part de
les ciutats tot i que en moltes zones es continuen utilitzant sistemes de mercuri. En
aquest sentit, es recomana l’ús de làmpades del tipus descàrrega tot i que la seva elecció
ha de ser l’adequada per a obtenir les finalitats previstes. En carreteres, es recomanen
làmpades de vapor de sodi a alta pressió, degut a la seva eficàcia lluminosa (lumen/W) i
millor rendiment cromàtic que les làmpades de vapor de sodi a baixa pressió. Aquestes
característiques de les làmpades de baixa pressió les fan adequades per a punts amb
poca necessitat d’intensitat lumínica com podrien ser
les carreteres en camp obert,
zones rurals.
6.2.1.2.
Avantatges energètics i ambientals
Una òptima selecció de làmpades permetrà:
?
Reducció del consum energètic
?
Estalvi en les emissions de CO2
?
Estalvi econòmic. La inversió en materials de qualitat deriva en una inversió
inicial superior, tot i que s’acaba amortitzant amb l’optimització del consum
energètic.
?
Adequació de la intensitat lumínica per a cada necessitat. Això permetrà
minimitzar la contaminació lumínica de cada emplaçament
?
Optimització de les necessitats lumíniques per a cada necessitat
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
42
6.2.2.
Equips auxiliars
6.2.2.1.
Descripció
La tipologia de les làmpades utilitzades en l’enllumenat públic, sistemes amb potències
superiors a les de tipus domèstic, impliquen la necessitat de disposar d’una sèrie de
dispositius pel seu correcte funcionament ja que a més en molts casos aquestes no es
poden connectar directament a la xarxa. Alguns dels elements auxiliars més importants
són:
?
Balast: És un dispositiu que limita el creixement de la intensitat del corrent i
subministra a la làmpada les característiques de tensió, de freqüència i de
potència adequades a un funcionament estable. El balast és així un element
limitant d’intensitat que evita la autodestrucció de la làmpada al tenir tendència a
incrementar la intensitat durant el seu funcionament, permeten un règim de treball
Energèticament les característiques més importants dels balasts són:
o
El funcionament del balast té associat un consum energètic important.
Aquest pot arribar a ser de l’ordre del 20% del consum de la làmpada.
o
Característiques de l’alimentació: Per assegurar un correcte funcionament
energètic de la làmpada es necessari que el balast s’adapti a les
condicions òptimes de funcionament de la làmpada, si no això derivaria en
una pèrdua de rendiment energètic.
?
Condensador: La funció del condensador és corregir el factor de potència del
sistema i minimitzar el consum d’energia reactiva. Amb aquests sistemes s’obté
una reducció del consum energètic i un estalvi en la factura energètica per una
reducció d’energia reactiva.
?
Arrencadors: S’encarrega de generar els impulsos de tensió necessaris per a
encendre la làmpada.
?
Equips reductors del flux lluminós: Existeixen sistemes en el mercat que
permeten regular la intensitat lumínica. Malgrat representar un increment en el
consum energètic de les làmpades, la possibilitat de regular la potència en punts
concrets de necessitats variables pot permetre reduir el consum energètic anual
de manera significativa.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
43
En aquestes condicions es poden plantejar així diverses opcions en el camp de
l’eficiència en l’enllumenat públic:
?
Substitució de les làmpades de vapor de mercuri per altres més eficients: La
selecció de les làmpades més adequades és el punt més important per al bon
funcionament energètic dels sistemes d’enllumenat públic. En aquest sentit, el
canvi més interessant pot ser la substitució de les làmpades de mercuri existents
per sistemes més eficients.
?
Millora del factor de potència: Les instal·lacions amb làmpades de descàrrega
presenten un consum d’energia reactiva que representa un increment sobre la
factura que pot arribar al 45%. Mitjançant una correcta instal·lació de
condensadors es pot produir obtenir així una reducció de costos important.
?
Substitució de balasts: Actualment existeixen balasts del tipus electrònic que
permeten una reducció de fins al 15% en el consum energètic respecte als
sistemes tradicionals.
?
Adequació dels sistemes d’encesa: Encendre el parc lumínic en el moment
òptim representa una manera eficient de reduir el consum energètic. Disposicions
amb cèl·lules fotoelèctriques que encenguin o apaguin en funció de la intensitat de
llum elements amb rellotges astronòmics són solucions que es troben actualment
en el mercat.
?
Manteniment de les instal·lacions:
Un correcte manteniment de les
instal·lacions permet incrementar la seva vida econòmica i els rendiments
lumínics. És important mantenir neteges periòdiques a les línies d’enllumenat i
substitucions adequades de les línies.
?
Gestionar l’energia: Tenir present les necessitats del parc de llums així com
coordinar tots els mitjans tècnics i humans són elements essencials pel correcte
funcionament de les instal·lacions.
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
44
7 Bibliografia
?
Govern de les illes Balears: Enllumenat urbà i eficiència energètica
?
ICAEN: Tecnologies avançades en estalvi i eficiència energètica
?
IDAE: Boletines de eficiencia energética y energías renovables
?
AVEN: Guía de ahorro y eficiencia energética
?
Ayuntamiento de Madrid
?
International Energy Agency. www.iea.org
?
Programa PROSOL del Gobierno de Andalucía
?
Fullea Garcia, J.; Trinidad López, F; Amasorraín Zabala, J.C.; Sanzberro Iriarte,
M; El vehículo eléctrico Tecnologia desarrollo y perspectivas de futuro.
?
www.solarweb.net
?
www.energuia.com
?
www.toyota.com
?
www.elmundo.es
Conselleria de Comerç, Indústria i Energia > Direcció General d’Energia
45