Aplicación de Energías Renovables

1. INTRODUCCIÓN

   Se hace un repaso cronológico del uso de la energía, definiendo las principales formas de energía existentes y los recursos energéticos naturales renovables y no renovables. De la misma forma, se analizan con profundidad los principales impactos medioambientales asociados al uso de la energía, las políticas y programas energéticos, el marco energético actual y las perspectivas de futuro.

   BREVE HISTORIA DEL USO DE LA ENERGÍA

   El período preindustrial. La revolución industrial (1850-1950). La crisis energética de 1973. La década de 1990: la problemática medioambiental. Los ciclos energéticos.

   ENERGÍA

   Energía y potencia. Formas de energía. Eficiencia de un sistema energético.“Calidad” de las formas de energía. Conversión y utilización de la energía. Unidades de energía y potencia.Conversión de unidades en otras magnitudes usuales.

   RECURSOS ENERGÉTICOS

   Cantidades globales, recursos, potencial y fuentes de energía. Fuentes de energía no renovables. Fuentes de energía renovables.

   MARCO ENERGÉTICO ACTUAL

   Evolución del consumo de energía y de la población. Desigualdades de consumos energéticos. Marco energético mundial. Marco energético en la Unión Europea. Marco energético español.

   IMPACTO MEDIOAMBIENTAL ASOCIADO AL EMPLEO DE LA ENERGÍA

   Introducción. El efecto invernadero. La lluvia ácida. El agotamiento de la capa de ozono. La marea negra. Efectos sobre el entorno asociados a la explotación de la energía nuclear. La niebla fotoquímica. La degradación del suelo.

   POLÍTICAS Y PROGRAMAS ENERGÉTICOS

   Planificación energética nacional. Instituciones y planes energéticos supranacionales. La gestión de la energía en el contexto regional. La gestión de la energía en el contexto local. Principales acuerdos en materia de energía.

   PERSPECTIVAS DE FUTURO

   Capacidad de carga y desarrollo sostenible. Perspectivas del consumo de energía. Expectativas de utilización de las energías renovables.

   LEGISLACIÓN

   Recopilación de diferente normativa relacionada con las energías renovables.

2. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

   Después de estudiar los principales parámetros característicos del Sol y unas nociones básicas sobre astronomía y posición solar, se profundiza en los diferentes sistemas de utilización: activos y pasivos. Por otro lado, se exponen de forma didáctica y sencilla los equipos y requisitos necesarios para realizar una instalación de ACS, climatización de piscinas o suelo radiante.

   EL SOL

   Una aproximación al sol. Radiación y constante solar. La energía radiante, los fotones y el cuerpo negro. El espectro solar de emisión. Interacción de la radiación solar con la atmósfera. Irradiación sobre una superficie: absorción, reflexión y transmisión.

   CONCEPTOS ELEMENTALES DE ASTRONOMÍA Y POSICIÓN SOLAR

   Principales parámetros de la posición sol-tierra. Tiempo solar y ángulo horario. Gráficos solares. Cálculo del ángulo de incidencia de la radiación directa y de la inclinación del captador. Distancia mínima entre paneles y cálculo de sombras. La medida de la radiación y de los parámetros climáticos. Cuantificación, tablas y mapas de insolación.

   PROCESOS TÉRMICOS DIRECTOS

   Energía solar pasiva. Energía solar activa. Procesos directos de conversión eléctrica.

   EQUIPOS Y SISTEMAS

   Subsistema de captación: el colector solar de placa plana. Subsistema de almacenamiento: los acumuladores. Subsistema de distribución y consumo.

   OPTIMIZACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE LA CAPTACIÓN SOLAR TÉRMICA

   Primer principio: maximizar la captación de la energía solar. Segundo principio: priorizar el consumo de energía solar. Tercer principio: garantizar la complementariedad entre la energía solar y las fuentes convencionales. Cuarto principio: no mezclar la energía de procedencia solar con la convencional. Conclusiones.

   AGUA CALIENTE SANITARIA

   Estudio de las necesidades a cubrir: hoja de carga. Elección del sistema. Sistemas de producción de A.C.S. Transmisión de calor mediante un intercambiador exterior. Energía de apoyo de A.C.S. Ejecución y mantenimiento de una instalación de A.C.S. Mantenimiento preventivo. Localización y reparación de averías. Estructuras de soporte y anclaje. Orientación e inclinación de colectores. Determinación de sombras. Distancia mínima entre colectores.

   DIMENSIONAMIENTO Y REGULACIÓN DE LAS INSTALACIONES SOLARES

   Dimensionamiento de la superficie colectora. Cálculo de los elementos de la instalación. Regulación y control de las instalaciones solares. Montaje serie y paralelo de colectores.

   CLIMATIZACIÓN DE PISCINAS

   Tipos de colectores. Características de la instalación. Cálculo de la superficie colectora. Uso de la manta térmica. Utilización de las tablas para el cálculo de las pérdidas de calor.

   OTRAS APLICACIONES. SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

   Elementos básicos para una instalación de calefacción. Cálculo y dimensionado de las instalaciones.

3. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

   Se estudian los fundamentos de la conversión fotovoltaica y los diferentes componentes que integran una instalación de este tipo. Asimismo, se proporcionan ejemplos de rigor sobre el diseño, mantenimiento, montaje, costes y puesta en marcha de una instalación fotovoltaica en una vivienda permanente o de fin de semana.

   INTRODUCCIÓN

   Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Situación en la Unión Europea.

   FUNDAMENTOS DE LA CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA

   La corriente eléctrica. Estructura de la materia. La célula solar.

   COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

   El módulo fotovoltaico. El acumulador. El regulador. Inversores. Otros dispositivos eléctricos. Iluminación en corriente continua. Importancia de los electrodomésticos de bajo consumo.

   APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

   Instalaciones aisladas de la red. Sistemas conectados a la red. Seguimiento solar.

   DISEÑO Y CÁLCULO DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

   Estudio de las necesidades a cubrir. Tabla de la radiación solar. Cálculo del sistema de acumulación. Cálculo del número de módulos fotovoltaicos. Cálculo de la sección del cableado. Cálculo del regulador. Cálculo del inversor. Estructuras de soporte y anclaje.

   MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA

   MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN

   Conjunto de módulos (Panel). Mantenimiento del sistema acumulador. Control del sistema de regulación y cableado.

   CASOS PRÁCTICOS

   Vivienda permanente. Instalación de fin de semana. Estación meteorológica. Instalación de bombeo.

   COSTES E IMPACTO AMBIENTAL

   Coste del kWh producido. Impacto ambiental. Perspectivas de futuro.

4. ENERGÍA HIDRÁULICA

   Tras una breve exposición de la evolución histórica del aprovechamiento del agua, se describe con un enfoque eminentemente técnico y con ejemplos de aplicación, la obra civil implicada, los criterios de diseño del rodete, los costes y el mantenimiento, etc. Por otro lado, se detalla profusamente el impacto ambiental asociado a la construcción de una presa o embalse y la situación actual y perspectivas de futuro que aguardan a este tipo de energía.

   INTRODUCCIÓN

   Evolución histórica del aprovechamiento del agua. Caracterización de un lago artificial o embalse. Tipos de centrales hidroeléctricas. Minicentrales hidráulicas.

   HIDROLOGÍA

   Definición y ciclo hidrológico. Estudios para definir un salto hidráulico. Estudio hidrológico teórico. La energía del agua

   OBRA CIVIL Y CÁMARA DE TURBINAS

   Introducción. Presa. Toma de agua. Canal de derivación. Cámara de presión o de carga. Tuberías de presión o forzadas. Dispositivos de cierre, seguridad y accesorios. Cámara de turbinas. Tubo de aspiración. Canal de desagüe. Casa de máquinas.

   CRITERIOS DE DISEÑO Y CÁLCULO DE COSTES

   Producción de una central hidroeléctrica. Dimensionamiento del rodete. Estudio económico de un salto.

   INSTALACIÓN ELÉCTRICA

   Introducción. Generadores.Transformadores.

   CONTROL Y MANTENIMIENTO

   Introducción. Regulación y control. Protecciones. Procesos automáticos. Tecnologías en el proceso de automatización. Mantenimiento.

   IMPACTO AMBIENTAL

   Introducción. Tipología y caracterización de impactos. Fases de un estudio de impacto ambiental. Glosario de términos.

   ACTUALIDAD Y FUTURO DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

   Situación actual y perspectiva de futuro en el mundo. Situación actual y perspectiva de futuro en la Unión Europea. Situación actual y perspectiva de futuro.

5. ENERGÍA EÓLICA

   Se expone de una forma teórico-práctica el diseño y el cálculo del potencial eólico de un aerogenerador, describiendo los mejores emplazamientos, los costes y las tipologías de turbinas más adecuadas en la implantación de un parque eólico. También se detallan las alteraciones ambientales producidas, y la situación actual y perspectivas de futuro de esta fuente energética renovable.

   INTRODUCCIÓN

   Introducción. Tipos de aerogeneradores. Elementos de un aerogenerador.

   INSTALACIONES EÓLICAS

   Introducción. Instalaciones no conectadas a la red eléctrica. Instalaciones conectadas a la red. Mantenimiento.

   POTENCIAL EÓLICO Y CRITERIOS DE DISEÑO

   Aproximación teórica a la potencia desarrollada por un aerogenerador de eje horizontal. Altura del eje del rotor. Diámetro del rotor y velocidad nominal de diseño. Velocidad de giro del rotor. Ejemplo práctico de dimensionamiento de un aerogenerador.

   ESTUDIO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE UNA INSTALACIÓN EÓLICA

   Introducción. Cálculo de la inversión necesaria para implantar un parque eólico. Determinación de las tarifas eléctricas. Ejemplo práctico.

   IMPACTO AMBIENTAL

   Introducción. Alteraciones del medio físico. Alteraciones del medio socio-económico. Estudio de impacto ambiental.

   SITUACIÓN ACTUAL Y FUTURO DE LA ENERGÍA EÓLICA

   Situación actual y perspectiva de futuro en el mundo. Situación actual y perspectiva de futuro en la Unión Europea. Situación actual y perspectiva de futuro.

6. ENERGÍA GEOTÉRMICA

   Se describen las principales manifestaciones superficiales geotérmicas y las diferentes tipologías de explotación de yacimientos, haciendo hincapié en las diferentes aplicaciones a nivel doméstico y agrícola. Asimismo, se hace una descripción del impacto ambiental asociado, y de la actualidad y futuro de la energía geotérmica.

   INTRODUCCIÓN

   Manifestaciones superficiales geotérmicas: los géiseres y las fumarolas. Evolución histórica del aprovechamiento geotérmico.

   GEOTERMALISMO

   El interior de la Tierra. Técnicas de prospección. Balance energético.

   TIPOLOGÍAS Y EXPLOTACIÓN DE YACIMIENTOS

   Fundamentos termodinámicos. Yacimientos hidrotérmicos. Yacimientos geopresurizados. Yacimientos de roca seca caliente. Componentes de una instalación geotérmica. Valoración económica de un yacimiento geotérmico. Costes de inversión. Costes de operación.

   OTRAS APLICACIONES Y EXPERIENCIAS PRÁCTICAS

   Aplicaciones domésticas. Aplicaciones industriales y agrícolas. Instalación ejemplo: sistema de calefacción y producción de A.C.S por energía geotérmica en un edificio de uso público en Lleida. Red de calefacción alimentada con energía geotérmica. Estudio de viabilidad y aprovechamiento de energía geotérmica en invernaderos. Producción de energía eléctrica y agua potable a partir de un yacimiento geopresurizado.

   IMPACTO AMBIENTAL

   Factores susceptibles de alterar el medio ambiente.

   ACTUALIDAD Y FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

   Situación actual y perspectiva de futuro en el mundo. Situación actual y perspectiva de futuro en la Unión Europea. Situación actual y perspectiva de futuro.

7. ENERGÍA DE LA BIOMASA

   Se realiza una descripción de las diferentes aplicaciones de la biomasa, ya sea con fines energéticos o materiales, proporcionando en el primer caso los procesos de transformación de la biomasa en energía con multitud de instalaciones ejemplo. De la misma forma, se hace referencia a los vectores medioambientales afectados en su aprovechamiento energético y en las posibilidades futuras de desarrollo.

   INTRODUCCIÓN Y SITUACIÓN ACTUAL

   Concepto de biomasa. Evolución de la biomasa como primera fuente de energía de la humanidad. Naturaleza de la biomasa. Formación de la biomasa. Biomasa para fines energéticos. Posibilidades energéticas de la biomasa a nivel global. Evolución y perspectivas de la biomasa como fuente de energía. Situación actual en la Unión Europea. La biomasa en el balance energético español. Ventajas e inconvenientes de la biomasa como fuente de energía.

   TIPOS DE BIOMASA

   Clasificación de la biomasa atendiendo a su origen. Clasificación de la biomasa según su viabilidad energética.

   BIOMASA RESIDUAL

   Introducción. Clasificación de la biomasa residual. El biogás.

   CULTIVOS ENERGÉTICOS

   Evolución de la agricultura. Cultivos Energéticos. Aplicaciones de los cultivos energéticos. Tipos de cultivos energéticos.

   BIOCARBURANTES

   Introducción. Bioalcoholes. Bioaceites. Diferentes programas de biocarburantes.

   PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA EN ENERGÍA

   Introducción. Tipos de procesos. El tratamiento de los RSU. Estado de desarrollo de las tecnologías de conversión de la biomasa.

   APLICACIONES Y EXPERIENCIAS

   Introducción. Aplicaciones de la biomasa. Instalaciones ejemplo.

   IMPACTO AMBIENTAL

   Introducción. Emisiones a la atmósfera. La biomasa y el efecto invernadero. Contaminación del agua. RSU. Residuos agrícolas y forestales. Cultivos energéticos. Biocarburantes. Resumen y conclusiones.

8. ENERGÍA DEL MAR

   Se exponen los principios físicos que rigen las mareas, la energía de las olas y la energía maremotérmica, destacando en cada caso su potencial, viabilidad económica, impacto ambiental y perspectivas de futuro.

   ENERGÍA MAREMOTRIZ

   Principio físico elemental de las mareas. Aprovechamiento de la energía maremotriz. Explotación de una central maremotriz. Potencial maremotriz en el mundo. Impacto medioambiental de una central maremotriz. Integración en la red eléctrica. Viabilidad económica y perspectivas de futuro.

   ENERGÍA DE LAS OLAS

   Principio físico de la energía de las olas. Aprovechamiento de la energía de las olas. Explotación de la energía de las olas. Potencial de la energía disipada por las olas. Impacto medioambiental. Integración en la red eléctrica. Viabilidad económica. Perspectivas de futuro.

   ENERGÍA MAREMOTÉRMICA

   Principio físico fundamental de la energía maremotérmica. Aprovechamiento de la energía maremotérmica. Explotación de una central maremotérmica. Potencial maremotérmico. Impacto medioambiental. Costes y perspectivas de futuro.

   CORROSIÓN DE METALES

   Conceptos básicos. Clasificación de la corrosión. Aspectos termodinámicos de las reacciones de corrosión. Factores cinéticos de la corrosión electroquímica. Protección contra la corrosión. Corrosión marina.

9. CASOS PRÁCTICOS

   Diseño de una instalación de agua caliente sanitaria (ACS). Diseño de climatización de una piscina por energía solar. Diseño de una instalación fotovoltaica en una vivienda permanente. Diseño de una instalación fotovoltaica en una vivienda de fin de semana. Diseño de una estación meteorológica. Diseño de una instalación de bombeo. Diseño del rodete de una turbina. Dimensionamiento de un aerogenerador. Diseño de un sistema de calefacción y producción de ACS por energía geotérmica en un edificio de uso público en Lleida.

Nota: El contenido del programa académico puede estar sometido a ligeras modificaciones, en función de las actualizaciones o de las mejoras efectuadas.