Transporte sostenible con energía del futuro 1 ÍNDICE

Transcripción

1 COR DE MARIA VALLS

2 Transporte sostenible con energía del futuro 1 ÍNDICE Justificación de la elección del proyecto... 1 Desarrollo del proyecto Tecnologías termosolares de generación de electricidad Torre solar Cilindro parabólica Fresnel Disco parabólico Hibridación Almacenaje Energía solar en España...8 Un tren que funcione con energía solar?...10 Equipo de trabajo...12 Foto del equipo de trabajo...12 Datos del centro escolar...12

3 Transporte sostenible con energía del futuro 1 JUSTIFICACIÓN DE LA ELECCIÓN DEL PROYECTO Desde su invención, el ferrocarril ha sufrido una fuerte evolución, tanto desde el punto de vista del usuario, como desde el punto de vista de su funcionamiento. En un principio, el tren funcionaba con carbón, una fuente de energía muy contaminante por la emisión de humos. Los avances tecnológicos -los motores diesel y, posteriormente, los motores eléctricos- permitieron que el ferrocarril se desarrollara hasta conseguir una eficiencia energética sin igual. En la actualidad, el ferrocarril utiliza tanto combustibles fósiles (diesel) como energía eléctrica para su funcionamiento. RENFE, adelantándose a la tendencia de mayor respeto al medio ambiente, trabaja desde hace tiempo en conseguir una mayor eficiencia energética, reduciendo el uso de los combustibles fósiles e incrementando el uso de energía eléctrica, especialmente la de origen renovable. Así, se ha pasado de utilizar un 10% de la energía de tracción procedente de energías renovables en 1990 a un 22,6% en 2008 [Renfe y Adif se suben al tren de la eficiencia de Y.Tacoronte publicado en Energías renovables nº 83 de noviembre de 2009]. Según Carlos Núñez, gerente de Medio Ambiente de RENFE, este logro se debe, sobre todo, al incremento de las energías renovables en el mix de generación eléctrica peninsular del que se abastece RENFE. Por lo tanto, RENFE representa uno de los vectores principales en el desarrollo de energías limpias de nuestro país. Como primer consumidor eléctrico del país, constituye la punta de lanza en la introducción de nuevas tecnologías que permitan, conseguir la deseada supresión de los combustibles fósiles. Sin embargo, el uso de energía eléctrica se encuentra también condicionado por aspectos externos: la dependencia de otros países para conseguir combustibles fósiles. Por ello, sería deseable utilizar fuentes alternativas, limpias y propias de energía eléctrica, como por ejemplo la energía termosolar. El sol es una fuente de energía limpia, renovable y gratuita. La aparición de nuevas tecnologías que permiten incrementar el aprovechamiento de la radiación solar (como las centrales solares termoeléctricas), pueden permitir un incremento de las energías renovables en el mix de generación eléctrica peninsular del que se abastece RENFE. Así, el objetivo de este proyecto es una propuesta para conseguir un ferrocarril más sostenible y más independiente en aspectos energéticos.

4 Transporte sostenible con energía del futuro 2 DESARROLLO DEL PROYECTO 1. TECNOLOGÍAS TERMOSOLARES DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD La energía termosolar eléctrica basa su funcionamiento en la concentración de rayos solares para elevar la temperatura, y conseguir de ésta manera vapor que consiga accionar una turbina que produzca electricidad Torre Solar Este sistema, consiste en generar electricidad mediante heliostatos, que están compuestos por una superficie reflectante de vidrio, por una estructura de soporte y por mecanismo para seguir el movimiento de la luz solar. Estos heliostatos tienen la función de captar la radiación del sol y dirigirla hacia el receptor de la torre, dentro de él se encuentra un tubo de agua fría que en calentarse con el reflejo de la luz, sube el agua caliente y se condensa, así mismo este vapor puede almacenarse o bien pasar a una turbina que generará electricidad. Fuente: 65kA/Sqhh0IzALuI/AAAAAAAAACc/lklr3M5JnZ0/s400/art201-termoelectrica-fig8.JPG Instalaciones en España PSA: Situada al Sud-Este de España en el desierto de Tabernas, recibe una insolación directa anual por encima de KWh/m²-año. Su temperatura anual está alrededor de 17ºC. mb/c/c8/torre_principal_solar_tabernas.jpg/250px -Torre_Principal_solar_Tabernas.jpg

5 Transporte sostenible con energía del futuro 3 PS10: Se sitúa en Sanlúcar la Mayor, Sevilla. Tiene 11 MW de tecnología de Torre, puede almacenar hasta 30 minutos de energía, capaz de alimentar a viviendas, ahorra toneladas de CO 2 al año, consta de 624 heliostatos de 120 m² y una torre de 115 m de altura. PS20: Se sitúa en Sanlúcar la Mayor, Sevilla. Tiene 20 MW de tecnología de Torre, capaz de alimentar a viviendas, ahorra toneladas de CO 2 al año, consta de heliostatos de 120 m² y una torre de 160 m de altura. m/2009/04/thermal_tower.jpg Nuestra maqueta ( Para entender el funcionamiento de la torre solar hicimos una maqueta a escala, construimos una torre de 2,30 m y 40 heliostatos. A más, les dimos a los alumnos de 4º, 5º i 6º de primaria unos espejos, con los que enfocaron hacia el receptor de la torre en el que colocamos una botella de plástico con un poco de agua y un termómetro. Logramos aumentar la temperatura hasta llegar a los 90ºC aproximadamente; así pudimos observar una parte de su funcionamiento.

6 Transporte sostenible con energía del futuro Cilindro Parabólica En este sistema, se emplean espejos de forma cilindro parabólico. Por el foco de la parábola pasa una tubería que recibe los rayos concentrados del Sol, donde se calienta el fluido, normalmente un aceite térmico. Una vez calentado el fluido se concentran los rayos solares en unos tubos receptores de alta eficiencia térmica localizados en la línea focal del cilindro. En estos tubos que contienen aceite sintético que son calentados por los rayos solares a una temperatura de 400Cº. El aceite es bombeado por los intercambiadores de calor para conducir el vapor. El calor se convierte en electricidad en una turbina de calor convencional. El aceite después de haber pasado por la turbina se dirige hacia la torre de enfriamiento donde se enfría y se vuelve a utilizar. Cuando llega la noche el aceite es almacenado según su temperatura final en un tanque de sal (caliente, si está caliente y frío, si está frío). Fuente: Instalaciones en España Fuente: ANDASOL: Andasol es un complexo solar en fase de construcción a Aldeire y La Calahorra. Consta de tres centrales de cilindros parabólicos, de 50 MW cada una, llamadas Andasol-1, Andasol-2 y Andasol-3. Cada una ocupa una de metros cuadrados y genera una potencia de 50 MW ( MWh de energía al año). Producirán energía para unos hogares.

7 Transporte sostenible con energía del futuro 5 Fuente: 525_Solnova.jpg Solnova 1 y 3: De 50 MW es la primera planta cilindro parabólica de un total de 5 que se construyen en la Plataforma Solúcar. Genera 114,6 GWh de energía limpia al año. Abasta unos hogares. Evitando la emisión de toneladas de CO 2 al año. Está preparada para quemar entre un 12% y un 15% de gas natural. Formada por m 2 de espejos en una superficie de unas 115 Ha. El rendimiento es próximo al 19%. Nuestra maqueta ( Construimos una maqueta para observar la concentración de los rayos solares en el tubo receptor del cilindro parabólico Sistema Lineal Fresnel Una de las nuevas formas de aprovechamiento térmico de la energía solar es el concentrador lineal tipo Fresnel que se destaca por la sencillez de su construcción y por su bajo coste. Utiliza reflectores planos, que por filas se orientan a un mismo tubo absorbedor. Los espejos paralelos enfocan la energía irradiada por el sol en un tubo, colocado a 8 metros por encima de los espejos. El agua fluye a través de este tubo de absorción, que se calienta a temperaturas de hasta 450ºC. Esto produce vapor, que se convierte en energía eléctrica en una turbina de vapor. Debido al pequeño tamaño de los espejos permite que sean menos sensibles al viento. Almería, España, ofrece las mejores condiciones para una planta de demostración de esta tecnología debido a que el sol brilla cerca de horas al año. El elemento principal es el tubo absorbedor, que es muy similar al del sistema de canal parabólico. Todos los elementos que incluye son simples de fabricación e instalación.

8 Transporte sostenible con energía del futuro 6 Instalaciones en España Fuente: Uno de los proyectos recientes es la planta con un sistema Fresnel en Almería, España, construida por SGP y por el grupo alemán MAN Ferrostaal. Consiste en 25 filas de espejos planos, cada uno de 100 metros de largo y 60 centímetros de ancho, que concentran la energía solar en un tubo de 100 metros de largo. Nuestra maqueta ( Con esta experiencia vimos el funcionamiento del sistema fresnel y conseguimos elevar la temperatura del tubo absorbedor El disco parabólico Un disco parabólico es un colector que rastrea el sol a 2 ejes, concentrando la radiación solar en un receptor situado en el foco de la parábola. El receptor absorbe la energía convirtiéndola en energía térmica. La energía puede ser convertida inmediatamente después mediante un generador a energía eléctrica o ser conducida mediante cañerías a una central de conversión. Los colectores parabólicos tienen entre otras las siguientes características: están orientadas directamente al sol, son los más eficientes de todos los colectores, tienen radios de concentración alrededor de 600 a 2.000, pueden alcanzar temperaturas superiores a los C. En este tipo de sistema se utiliza como fluido aceite o vapor de agua. Un concentrador solar parabólico concentra los rayos solares a la parte apropiada del motor Stirling que genera un trabajo mecánico, y este con un alternador, lo convierte en energía eléctrica. Motor Stirling: Lo podemos clasificar como motor de combustión externa o motor de aire caliente. El calor que utiliza el motor para funcionar se produce en el exterior. El motor Stirling se basa en un ciclo altamente eficiente que transforma el calor en energía mecánica.

9 Transporte sostenible con energía del futuro 7 Instalaciones en España Aznalcollar TH: Sanlúcar la Mayor (Sevilla). 0,08 MW En operación _h7sa9nmwsni/r1cse4 DHyoI/AAAAAAAAALI/q wdba9gqdtg/s1600- R/400px- Discos_parabolicos_BR.j pg ESI: Sevilla. 0,01 MW En operación ortada/actualidad/noticia_ actualidad.jsp?noticia= Renovalia: Albacete. 1 MW En construcción om/resources/archivos/2 009/8/7/ PARQUE%20TERMOSO LAR%20RENOVALIA%2 0SEGUNDA%20GENER ACIONdn.jpg Nuestra maqueta ( Hemos realizado una maqueta para observar la concentración de los rayos solares en un punto, y estamos construyendo un motor Stirling con la intención de completar la maqueta y emular el funcionamiento real de un disco parabólico.

10 2. HIBRIDACIÓN Transporte sostenible con energía del futuro 8 Se pueden desarrollar centrales termosolares con el sol como principal aporte energético pero combinados con biomasa como fuente renovable o gas natural (el menos contaminante de los combustibles fósiles). A fin de estabilizar la producción eléctrica para conseguir un sistema energético lo mas eficiente posible. Así se puede realizar un aporte durante las horas en las que no haya radiación solar directa mediante la combustión de biomasa o mediante el gas natural, que a más permite, como ajuste adicional, cubrir los posibles fallos de suministro solar, mejorar el rendimiento del conjunto, y ligar la demanda energética de los consumidores con la producción. 3. ALMACENAMIENTO POR SALES FUNDIDAS Cuando se va el sol o hay poca luz mediante sistemas de almacenamiento de calor se puede seguir produciendo electricidad. El sistema de almacenamiento se basa en calentar sales aprovechando la radiación solar, en momentos de ausencia o alta variación solar o es de noche la central puede aprovechar la temperatura almacenada en las sales para producir vapor y generar electricidad. Este sistema le da más estabilidad a una central termosolar y a la red eléctrica. Si aumenta el periodo de almacenaje podemos proporcionar a la red una mejor estabilidad de servicio manteniendo durante más horas una energia limpia sostenible. En el caso de Gemasolar (Sevilla) la disponibilidad de la planta puede estar por encima de las horas de funcionamiento al año que utiliza sales fundidas como fluido de trabajo y almacenamiento con 15 horas de capacidad. 4. ENERGÍA SOLAR EN ESPAÑA Debemos aprovechar más la energía solar ya que, por su situación geográfica, España es un país privilegiado, destacando el sud del país, por sus altos valores de radiación solar: Fuente:

11 Transporte sostenible con energía del futuro 9 El mejor lugar para construir una planta termosolar eléctrica seria en un lugar plano y donde haya una radiación solar bastante elevada en España el lugar ideal sería hacia el sur del país donde, a más de tener una radiación solar elevada, hay grandes extensiones de terreno. Otro parámetro a tener en cuenta son los incentivos fiscales para instalaciones de tecnología solar termoeléctrica, que promueven este tipo de instalación y facilitan su financiación.

12 Transporte sostenible con energía del futuro 10 UN TREN QUE FUNCIONE CON ENERGÍA SOLAR? Según el artículo Renfe y Adif se suben al tren de la eficiencia de Y. Tacoronte publicado en Energías renovables nº 83 de noviembre de 2009, la previsión de consumo energético de esta empresa para el año 2010 es de MWh. Renfe en los últimos años ha demostrado una gran sensibilidad respecto al medio ambiente apostando por las energías renovables y en el 2010 el 22,6% del total de consumo previsto se obtendrá a partir de fuentes renovables. El objetivo de nuestro proyecto es demostrar que es posible y rentable, incluso a corto plazo, conseguir que el 100% del consumo energético de Renfe provenga de fuentes renovables. En nuestro estudio hemos considerado la posibilidad de obtener la cantidad de energía necesaria a partir de plantas termosolares, ya que debido a la privilegiada situación de España, la obtención de energía termosolar es un proceso muy eficiente. De las diferentes tecnologías que utilizan el sistema termosolar, la de mayor eficiencia es la basada en la tecnología cilindro parabólica. Por ello, hemos considerado como base de nuestros cálculos, las plantas Andasol 1, 2 y 3. Cada una de estas plantas tiene una extensión de m 2 y produce 50 MW, con un resultado anual de MWh. Hemos calculado que el porcentaje del consumo energético previsto por Renfe procedente de fuentes no renovables (77,4%) equivale a MWh/año. Dividiendo este resultado por la producción energética de cada planta de Andasol, obtenemos que se necesitan 11 plantas (calculado en exceso) para cubrir la demanda energética de Renfe. En la actualidad, existen estas 3 centrales termoeléctricas de tecnología cilindroparabólico operativas y se prevé la construcción de 32 plantas más. La distribución de las plantas en el territorio español se muestra en la figura adjunta. Fuente:

13 Transporte sostenible con energía del futuro 11 Así pues, la viabilidad del proyecto, incluso a corto plazo, no presenta impedimentos de envergadura. Además, la obtención de energía a partir de fuentes renovables representa un valor añadido a la compañía, proporcionándole prestigio, mostrando su conciencia de respeto al medio ambiente, y contribuyendo a hacer un transporte más sostenible.

14 Transporte sostenible con energía del futuro 12 EQUIPO DE TRABAJO Los autores del trabajo son: Yasmina Amri, Alba Fernández, Anna Gormaz, Carme Grau, August Massó, Sergi Millán, Sheila Navarro, Meritxell Pérez, Aída Sánchez y Pol Vadrí Curso: 4º de ESO Profesores: Imma Abad Nebot / Pere Compte Jové Centro Escolar: C/ Cor de Maria, Valls Tel cormaria@tinet.cat Personas de contacto: Imma Abad Nebot, Pere Compte Jové Inma.abad@gmail.com comptejove@gmail.com