Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 1

Transcripción

1 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 1 TEMA 3: RECURSOS ENERGÉTICOS RELACIONADOS CON LA ATMÓSFERA. Energía solar. Energía eólica. Ventajas e inconvenientes de cada una de ellas. Conceptos básicos: energía solar fotovoltaica, energía térmica solar, parques eólicos. LA ENERGÍA SOLAR Muy pocas formas de energía no tienen su origen en el Sol: la energía nuclear, que está en los elementos radiactivos; la energía geotérmica, que procede del interior terrestre; y la energía de las mareas, que depende de la atracción de la Luna. La energía solar es la generada en el Sol por las continuas reacciones nucleares de fusión en las que el hidrógeno se transforma en helio, liberándose gran cantidad de energía en forma de radiaciones que llegan a la superficie terrestre. Casi todas las fuentes de energía en la Tierra proceden en último término del Sol: Las bacterias y las plantas, gracias a la fotosíntesis, elaboran materia orgánica que luego será fuente de energía para sí mismas y para todos los organismos heterótrofos. De esta forma surge la biomasa, primera fuente energética que usó la humanidad, así como el petróleo, el carbón y el gas natural, fuentes de energía mayoritarias en la actualidad. Tenemos así una fuente de energía procedente de la biosfera (energía de la biomasa) y otras procedentes de la geosfera (combustibles fósiles: petróleo, carbón y gas natural). El calor del Sol es también el que evapora el agua y pone en marcha el ciclo hidrológico que proporciona energía hidroeléctrica (ésta sería una fuente energética procedente de la hidrosfera). Las diferencias en la radiación solar provocan diferencias de presión en distintas zonas de la superficie terrestre: ello origina los vientos y de ellos se obtiene la energía eólica. También la energía solar puede producir calor y electricidad. Su aprovechamiento constituye lo que se denomina energía solar directa. Consideraremos, por tanto, que los recursos energéticos relacionados con la atmósfera son: Energía solar directa. Energía eólica. Energía solar directa. Hay tres formas de aprovechar esta energía: energía solar térmica, energía solar fotovoltaica y arquitectura solar pasiva. a) Energía solar térmica. Consiste en la captación del calor de las radiaciones solares para calentar un fluido, que posteriormente, según la temperatura alcanzada, es utilizado en distintos usos. Para ello se utilizan colectores de calor, que pueden ser de tres tipos: 1.Colectores de calor de baja temperatura. 2.Colectores de calor de media temperatura. 3.Colectores de calor de alta temperatura.

2 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 2 1.Los colectores solares térmicos de baja temperatura trabajan por debajo del punto de ebullición del agua (100 C a una atmósfera de presión). En realidad estos sistemas aprovechan el efecto invernadero y en la mayoría de los casos constan de: - Una cubierta transparente a la radiación solar. - Una placa que absorba la radiación visible. - Un buen aislamiento con una envoltura aislante. - Un soporte o armazón exterior que resista las inclemencias del tiempo atmosférico. Entre las aplicaciones de los colectores solares térmicos de baja temperatura podemos señalar: - Agua caliente sanitaria (ACS) en casas particulares, establecimientos hoteleros y campings, hospitales, colegios etc. - Calefacción doméstica. - Calefacción de invernaderos. - Calefacción de piscinas. 2. Los colectores de calor de media temperatura utilizan sistemas colectores de espejos de concentración parabólicos o cilindroparabólicos llegándose a alcanzar temperaturas de hasta 600 C. Los colectores de media temperatura se utilizan para sistemas de calefacción a mayor escala que los anteriores.

3 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 3 3. Los colectores de calor de alta temperatura se basan en la concentración de los rayos solares en una torre central mediante una enorme cantidad de espejos (llamados colectores o heliostatos) situados a su alrededor. El conjunto lleva un sistema de seguimiento de la trayectoria del Sol. Con los colectores de alta temperatura se puede llegar a conseguir temperaturas de hasta más de 1000 C. Esto permite generar el vapor necesario para mover una turbina que, asociada a un alternador, produce electricidad. Este es el sistema utilizado en la Plataforma Solar de Almería, uno de los complejos más importantes del mundo. Otras instalaciones de este tipo en Andalucía, en funcionamiento o en construcción, permitirán en poco tiempo abastecer a una población próxima al millón de personas y evitarán la emisión de aproximadamente toneladas de CO2 anuales, equivalente a retirar vehículos de la circulación. b) Energía solar fotovoltaica. Consiste en la transformación directa de la energía luminosa en energía eléctrica. Para ello se han diseñado las denominadas células solares o células fotovoltaicas, formadas por láminas muy delgadas de materiales semiconductores (por ejemplo, silicio), donde la energía de la luz solar (fotones) excita los electrones del material semiconductor y su flujo genera electricidad. Algunos aparatos como calculadoras y relojes funcionan con pequeñas celdas fotovoltaicas. De mayores dimensiones son las placas fotovoltaicas instaladas en algunas viviendas rurales alejadas de las líneas eléctricas convencionales, las instaladas en farolas o señales de tráfico. Aún mayores son los paneles solares de los satélites artificiales y de las estaciones espaciales. También se pueden reunir muchas placas en una central fotovoltaica o huerto solar. Éstos son superficies de pequeña o mediana extensión con paneles solares instalados para producir electricidad; la corriente eléctrica continua se transforma en corriente alterna y se inyecta en la red eléctrica general. Esta operación es económicamente rentable gracias a las subvenciones por la venta de electricidad.

4 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 4 c) Arquitectura solar pasiva. Tradicionalmente se ha construido las casas adaptadas al clima local, con el consiguiente ahorro de calefacción, refrigeración e iluminación. Se trata de construir eligiendo la orientación adecuada, teniendo en cuenta el espesor de los muros, el tamaño de las ventanas, los materiales de construcción, el tipo de acristalamiento, etc., a fin de conseguir una temperatura óptima en las viviendas sin tener que recurrir a un aporte energético extra mediante calefacción o aire acondicionado. Todas estas medidas forman parte de la arquitectura bioclimática. Recomendaciones para climas fríos (hemisferio norte): orientar las ventanas acristaladas al sur, con ello se capta más radiación solar en invierno y menos en verano. Las ventanas deben ser más grandes que en los cálidos, se deben situar en la cara exterior del muro y deben tener miradores acristalados, para potenciar la captación del sol. Un buen aislamiento térmico evita en el invierno la pérdida de calor. Para ello no se deben utilizar materiales metálicos en el exterior de las viviendas; el ladrillo y el mortero son buenos aislantes. Si los muros son gruesos, se revisten de madera o se construye con doble muro (con una cámara de aire o de lana de roca o de vidrio) las necesidades de calefacción disminuyen mucho. Las ventanas deben tener doble o triple acristalamiento. Los edificios deben ser oscuros para que la absorción de energía solar sea máxima. Si existe chimenea, se debe instalar el tiro en el interior de la vivienda, de manera que el calor pueda repartirse por distintas estancias. En los locales comerciales que dan a la calle se debe instalar un sistema de doble puerta. Recomendaciones para climas cálidos (hemisferio norte): Las ventanas deben ser alargadas en sentido vertical, se deben situar en la cara interior del muro y contar con una adecuada protección solar (con aleros o toldos) evitando el sobrecalentamiento de locales soleados. Se recomienda que se sitúen de manera que al abrirse permitan la formación de corrientes de aire y en la dirección de los vientos dominantes. La instalación de ventiladores de techo permite la formación de una brisa continua de forma económica (consumen poco). También para climas cálidos se recomienda un buen aislamiento térmico (muros gruesos, doble acristalamiento), puesto que evita en verano la entrada de calor. Los edificios deben ser claros para que la absorción de energía solar sea mínima. Un buen árbol de hoja caduca al sur de la vivienda dará sombra en verano y permitirá la entrada de sol en invierno.

5 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 5 Ventajas de la energía solar: VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA SOLAR Es renovable y no se agota, a diferencia de las energías no renovables como el carbón y el petróleo. No es contaminante, por lo que está destinada a ser una de las energías del futuro sobre todo en países con muchas horas de insolación, como España. Los paneles solares, una vez terminada su vida útil, pueden reciclarse. Reduce la dependencia de otros tipos de energías no renovables y más contaminantes, como el carbón y el petróleo. En el caso de nuestro país, desarrollar esta energía supone también reducir la dependencia energética exterior. Permite la electrificación de núcleos rurales pequeños y aislados (cortijadas, etc.), con independencia de la red eléctrica general. Es una alternativa importante para aquellos países en donde la red eléctrica general es muy pequeña y deficitaria (caso del Tercer Mundo). Inconvenientes de la energía solar: El coste de producción de electricidad es mayor que el de las fuentes energéticas tradicionales, ya que la inversión inicial es costosa y el periodo de amortización de la instalación es largo (su producción es baja). La disponibilidad de sol depende mucho de la región y de la época del año y es bastante irregular. La energía excedente es difícil de acumular. Las grandes centrales solares tienen un gran impacto paisajístico, dado la gran superficie que ocupan, aunque el impacto es mínimo si las instalaciones son de pequeño tamaño, como las domésticas. La energía solar no es alternativa a la gasolina, al gasoil y otros combustibles líquidos que mueven nuestros vehículos puesto que, hoy por hoy, los vehículos movidos por electricidad están muy poco desarrollados. LA ENERGÍA EÓLICA La energía eólica o energía producida por el viento es la que aprovecha la energía cinética de las masas de aire en movimiento para transformarla en energía eléctrica. La energía del viento ha sido utilizada por la humanidad desde muy antiguo. Piénsese, por ejemplo, en la navegación a vela y en los molinos de viento con los que se muele el grano desde hace siglos. Sin embargo, en las últimas décadas ha empezado a utilizarse la energía del viento de una forma diferente, transformándola en energía eléctrica. Esa transformación se realiza en un aparato llamado aerogenerador del cual hay versiones domésticas y versiones de grandes dimensiones con aspas (generalmente tres) de varios metros apoyadas sobre un largo mástil o torre. Es frecuente que decenas de aerogeneradores se reúnan en una zona conformando un parque eólico. El emplazamiento de un parque eólico debe reunir algunas características: Ha de disponer de un régimen de vientos más o menos constante y de intensidad fuerte.

6 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 6 Debe estar alejado de lugares habitados para evitar el impacto visual y los ruidos que generan los rotores al girar. No tiene que perturbar la vida de la fauna silvestre, es especial de las aves. En la actualidad los parques eólicos suelen estar coronando las cimas de las sierras (zonas de máxima intensidad de vientos); sin embargo, recientemente se están empezando a instalar en el mar (offshore) por las ventajas que ofrecen: No hay obstáculos que puedan reducir la velocidad del viento; por lo general, los vientos van ganando en velocidad a medida que nos separamos de la costa. Al haber menos turbulencias disminuye la fatiga a la que está sometido el aerogenerador y aumenta su vida útil. Las áreas marinas disponen de enormes espacios para colocar aerogeneradores, se pueden instalar parques mucho mayores que en tierra. Al poder estar alejados de núcleos de población, su impacto visual y acústico es menor, por lo que se puede incrementar la superficie del parque y la velocidad de giro de las palas. Ventajas de la energía eólica: VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA EÓLICA Es renovable y no se agota, a diferencia de las energías no renovables como el carbón y el petróleo. Reduce la dependencia de otros tipos de energías no renovables y más contaminantes, como el carbón y el petróleo. La tecnología para su uso es sencilla, está puesta a punto y no es compleja ni costosa. España exporta esta tecnología a otros países. Es una fuente de energía autóctona, por lo que reduce la dependencia energética exterior. Se han reducido los costes de fabricación, por lo que empieza a ser competitiva y tiene un bajo coste de mantenimiento. En zonas rurales pequeñas y aisladas (Ej. cortijadas, anejos.) y en zonas aisladas de la red eléctrica general, es una solución para obtener energía eléctrica. Inconvenientes de la energía eólica: La calidad de la energía eólica es más baja que la de los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural)

7 Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente TEMA 3 ATMÓSFERA 7 considerados energías de alta calidad. La energía eólica no es alternativa a la gasolina, al gasoil y otros combustibles líquidos que mueven nuestros vehículos puesto que, hoy por hoy, los vehículos movidos por electricidad están muy poco desarrollados. No en todas las regiones el viento sopla con suficiente fuerza como para hacer rentable la instalación de aerogeneradores. Incluso en las regiones más ventosas hay días de calma por lo que la producción energética no es constante y hay que prever acumuladores de energía. Los parques eólicos tienen un gran impacto visual; habría que minimizar este impacto instalándolos lejos de parques naturales, y no en las líneas de cumbres principales. También se les acusa de provocar muerte de aves, aspecto que hay que tener muy en cuenta en la provincia de Cádiz ya que es paso obligado de muchas aves en sus migraciones a través del Estrecho de Gibraltar. Los aerogeneradores provocan un zumbido molesto (contaminación acústica) para las viviendas situadas cerca, por lo que siempre deberían instalarse lejos de las poblaciones.