El blog de las Energías Renovables

Artículos de 08 - 2008

Normalmente cuando hablamos de energías renovables todos pensamos automáticamente en sistemas de generación eléctrica o térmica; pero ese no siempre tiene que ser siempre el fin de dicha fuente renovable.

Existen otros tipos de aplicaciones que utilizan dichas fuentes renovables, ya sea el sol, el viento, etc, para producir otro tipo de trabajos. En este post vamos a comentar algo sobre los desalinizadores eólicos; es decir sistemas que son capaces de eliminar la sal disuelta en una cantidad de agua, mediante la acción producida por el viento.

El principio de funcionamiento de un desalinizador eólico, se basa en la técnica de ósmosis inversa, que no necesita específicamente electricidad para trabajar, sino que lo hace aprovechando la acción del aire sobre el sistema.

El proceso de ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para filtrar el agua y eliminar los sólidos disueltos, orgánicos o pirogénicos, la materia coloidal y las bacterias. Se denomina ósmosis inversa porque necesita presión para forzar el agua pura a través de la membrana, quedando las impurezas en la misma. La ósmosis inversa es capaz de quitar entre el 95 y el 99 por ciento de los sólidos disueltos totales (TDS) y el 99 por ciento de todas las bacterias, proporcionando así un agua prácticamente pura. El método de ósmosis inversa es muy simple, eficiente y económicamente viable, lo que la convierte en la técnica de mayor desarrollo en los últimos tiempos dentro de su campo.

El funcionamiento de los sistemas de potabilización por ósmosis inversa a través de energía eólica utilizan la energía del viento para ejercer presión sobre una columna de agua salada, que al estar en contacto con una lámina semipermeable, sólo permite que pase al depósito de la derecha, agua pura y lista para ser utilizada.

Aunque existen también algunas plantas desalinizadoras que aprovechan la energía solar, este tipo de sistemas son más eficientes, ya que pueden funcionar las 24 horas del día en zonas de vientos constantes, y en las que hay problemas para obtener energía del sol.

Resumiendo, gracias a la utilización de las energías limpias podemos llevar a cabo tareas muy útiles a la vez que simples, que además pueden ser de gran importancia, sobre todo en zonas más desfavorecidas o necesitadas, sin que ello repercuta en grandes infraestructuras o sistemas complicados. No cabe duda que es otro tanto a favor para éste tipo de energías.

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Puede parecer muy lógico, sobretodo para aquellas personas que desconocen un poco el tema de la energía, y más concretamente las renovables, que todo resulta tan sencillo como conectar un panel fotovoltaico a unas cuantas bombillas, un frigorífico, dos teles y ya tenemos el caseto del huerto más bien acondicionado que para que queremos más.

Ojala fuera tan sencillo, y la verdad es que complicado tampoco lo es, pero no podemos dejar de lado, ni olvidar una serie de detalles que conviene tener en cuenta a la hora de planificar unas instalación fotovoltaica. En este post vamos a indagar un poco en el tema de la vida útil de los componentes de la instalación y las pérdidas que podemos encontrar en el sistema.

Comenzando por la vida útil, debemos decir que su duración en el tiempo depende de los componentes que la componen. En términos temporales, si la instalación está bien diseñada y llevamos a cabo un correcto mantenimiento de la misma podríamos decir que (en España) los valores serían los siguientes:

• Módulos fotovoltaicos pueden tener una vida útil de hasta 40 años.
• Dispositivos electrónicos, alrededor de los 30 años.
• Las baterías, dependiendo del tipo, hasta 10 años para las de ácido-plomo, y más de 20 años para las alcalinas-níquel-cadmio.
• El resto de elementos auxiliares tales como cableado, canalizaciones, etc, pueden alcanzar una vida útil de más de 40 años.

Períodos de tiempo que superan con creces los plazos medios de amortización de la instalación.

Respecto a las pérdidas que aparecen en el sistema, son de varios tipos, dependiendo desde la modularidad de éste tipo de instalaciones, hasta los factores climatológicos. Las más importantes son:

• Tolerancia, refiriéndose a la potencia nominal del módulo fotovoltaico puede estar en torno a un ± 3%.
• La Degradación del propio módulo a lo largo de su vida útil esta en torno al 3% y el 7% para las células de baja calidad, y el 2% en células de alta calidad. Se considera una pérdida a lo largo del tiempo mínima. Recordar que todo módulo debe estar certificado según normas ICE, y normas de fabricación ISO.
• Mismatch, o pérdidas producidas en conexiones serie de paneles con potencias no exactamente iguales; ya que la corriente queda limitada a la que permite el módulo de menor corriente.
• La Dispersión de características, ya que la potencia del módulo es medida en ensayos con unas características de iluminación específicas, que pueden ser diferentes que las reales una vez instalado el módulo. Pueden llegar hasta un 3,8%.
• El polvo y la suciedad depositados en el módulo a lo largo del tiempo harán disminuir la potencia de salida. Se determina que en paneles inclinados más de 15º y sin manchas de suciedad localizadas, las pérdidas son mínimas y nunca superiores a un 3%.
• Temperatura, ya que cuando ésta supera los 25ºC (temperatura utilizada en las mediciones de fábrica), la potencia disminuye un 0,5% por cada grado de aumento para el caso de módulos de silicio cristalino.
• El sombreado hace que zonas del panel queden anuladas, esto puede ser debido errores de diseño o falta de previsión en el mismo; aunque se pueden tolerar sombreados parciales en las horas más extremas del día.
• PMP, o Punto de Máxima Potencia, son pérdidas del dispositivo de seguimiento y del inversor, pueden estar comprendidas entre un 4 y un 10%. En las instalaciones sin inversor no existen estas pérdidas, pero si que hay que tener en cuentas las ocasionadas por el regulador y las baterías.
• Caídas de tensión en el cableado. A mayor diámetro de cable, menores pérdidas, pero puede influir en un mayor costo.

Todo esto hace que el Factor de rendimiento total o PR (Perfomance Ratio), que no es mas que un indicador de las pérdidas de potencia de un sistema fotovoltaico, y que no depende de la irradiación ni de la ubicación del sistema, si no de las propias pérdidas del sistema, sea de alrededor de un 72%, valor óptimo que se obtiene cuando se utilizan elementos de calidad en la instalación y se ha llevado a cabo un estudio minucioso en el diseño del mismo.

Esto no tiene que ser desalentador, y realmente no lo es, simplemente debe ser un detalle que todo diseñador e instalador debe tener en cuenta a la hora de llevar a cabo una instalación para obtener un mayor rendimiento y beneficio.

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En el artículo anterior comentamos que el sistema DHC instalado en la Expo 2008 constaba de cinco grandes módulos: Arquitectura del edificio DHC, Producción, Captación, Distribución y Suministro.

El edificio central del sistema fue diseñado por Iñaki Aldai, y cuenta con una superficie total de unos 2800m2 distribuidos en seis plantas. El conjunto arquitectónico ha sido integrado dentro de la Expo como otro edificio singular, recubriendo su exterior parcialmente con leds luminosos controlados por un sistema lighting control que permite generar imágenes y cambiar el color en el exterior del mismo. En su interior alberga un depósito de 11000m3 de capacidad para abastecer al sistema. El edificio está construido en hormigón por temas de seguridad.

El sistema de producción de agua fría y caliente está diseñado para cubrir los siguientes requisitos:

• Suministro de calor y frío sin discontinuidad durante todo el año.
• Utilización de equipos y materiales de alta calidad.
• Rendimientos energéticos elevados.
• Explotación y mantenimiento sencillo.
• Instalación automatizada y monitorizada en todo momento.

La producción de agua fría se lleva a cabo a una temperatura de 4ºC a partir del agua del depósito mediante máquinas frigoríficas de 4917Kw Carrier con un COP al 100% de la carga de 5,39, y utilizan como refrigerante R-134ª.

La generación de calor se produce a una temperatura de 90ºC mediante dos calderas con rendimientos estacionales superiores al 95,5%. La generación de CO2 de los humos de dichas calderas está por debajo del 10%.

Una vez generada las cargas térmicas, estas son distribuidas a través de una red de cuatro tubos, dos de impulsión y otros dos de retorno, con una longitud de 4,7 km. Para la realización de dicha red se han utilizado tuberías preaisladas, las cuales presentan varias ventajas frente a las tuberías aisladas en obra que se utilizan habitualmente, entre ellas:

• Mínimas pérdidas térmicas, lo cual evitará pérdidas de energía en la generación.
• Rapidez de montaje, larga vida útil y mínimo mantenimiento, lo que se traduce en un menor coste en la instalación y durante su explotación posterior.
• Menor obra civil, evitando así costes económicos e impacto en el medio.

El sistema cuenta demás con dispositivos de detección de fugas cada 300m, lo cual evitará las posibles pérdidas inútiles por un mal estado de la red.

Finalmente el DHC dispone de un sistema de control y supervisión mediante PLC y SCADA, todo esto hace posible que el sistema está continuamente controlado para una óptima explotación y sacar así el máximo rendimiento con el menor gasto energético posible.

No cabe duda que este tipo de sistemas DHC pueden hacer posible, si son correctamente explotados, que una gran instalación en la cual se han cuidado hasta los más mínimos detalles de instalación, materiales, etc, tenga una gran eficiencia final logrando su objetivo con el menor gasto energético posible.

Unido a todo esto comentar también la apuesta de la Expo 2008 por las energías renovables ya que el 70% de la energía consumida procederá de energías renovables. Cuatro generadores eólicos que se instalarán en unos terrenos fuera del recinto, así como 10.000 metros cuadrados de placas fotovoltaicas y 4.000 más de solares, producirán la mayor parte de la energía, mientras que el 30% restante se obtendrá de la central térmica DHC (frío, calor y electricidad). Además, fuera del recinto, está instalada una central de hidrógeno donde repostan los autobuses que trasladan a los visitantes de la Expo.

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Como todos sabéis, actualmente se está llevando a cabo la Exposición Internacional “Agua y Desarrollo Sostenible” 2008 en la ciudad de Zaragoza hasta el día 14 de Septiembre. Para poder llevar a cabo dicha exposición, se han realizado una serie de actuaciones urbanísticas bastante importantes, dentro de las cuales la organización del evento ha querido ser fiel al lema de dicha exposición y ha invertido mucho tiempo en estudios y proyectos para poder minimizar el impacto ambiental y conseguir un recinto ferial lo más eficiente posible. El recinto de Expo Zaragoza 2008 será un Parque Empresarial tras la celebración de la Exposición Internacional.

Dentro de las actuaciones llevadas a cabo, se ha instalado en todo el recinto un sistema DHC (District Heating & Cooling), o lo que es lo mismo, un sistema centralizado de producción y distribución de calor y frío para la correcta climatización de los edificios.

El recinto ferial cuenta con 34 edificios y una superficie total de 180.000 m2, los cuales se ampliarán hasta los 250.000 m2, cuando al finalizar la exposición se convierta en Parque Empresarial.

El sistema energético planteado se basa en los siguientes aspectos:

• Satisfacción de la demanda de frío y calor.
• Acumulación térmica.
• Aprovechamiento del agua del río para la condensación.
• Red de distribución a cuatro tubos.

Todos los equipos de producción de frío y calor instalados en el sistema tienen un COP (Coeficient of performance), es decir una relación entre el frío o calor generado y la electricidad consumida en dicha generación de 5 Kwt/Kwe, en comparación con los de un edificio normal que ronda valores de 3,9. A su vez las calderas del DHC tienen un rendimiento estacional mínimo del 80 %.

Principalmente la ventaja de un DHC es la reducción en el consumo de energía y una notable reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera. Además de esto, se obtienen otras ventajas añadidas como por ejemplo:

• Instalaciones más simples, ahorrando así espacio, eliminando componentes y ruidos, reduciendo la potencia y las pérdidas, así como los gastos de mantenimiento.
• La producción centralizada evita los picos de consumo, haciéndose posible la integración de sistemas de energías renovables, y sistemas de cogeneración y ahorro energético.
• Se logra un menor impacto ambiental.
• Reducción de costes globales.

El conjunto de la instalación global está estructurado en varios bloques, concretamente en cinco grandes módulos o áreas, estas son:

• Arquitectura del edificio DHC.
• Producción.
• Captación.
• Distribución.
• Suministro.

En el siguiente post profundizaremos un poco más en cada uno de estos bloques, para conocer sus características y funcionamiento.

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Cada vez nos es mas normal, menos mal, todo hay que decirlo, oír hablar de edificios que integran sistemas para ahorro de energía, o calefacciones solares, o cualquier otro sistema renovable para que el conjunto arquitectónico sea lo menos dañino para el medioambiente. Pero hasta este momento no podíamos hacer esa unión entre edificio y energía eólica, ya que a nadie se le ocurriría plantar una torre con un molino en la azotea de un rascacielos,… o a casi nadie.

Recientemente se ha inaugurado el World Trace Center de Bahrain, un espectacular complejo arquitectónico que cuenta como detalle estrella, dos torres gemelas de 50 plantas y 240 metros de altura cada una. Hasta aquí puede parecer espectacular, pero lo más espectacular es que dichas torres gemelas están unidas entre sí por tres galerías puente en las que se han colocado una turbina eólica de 225Kw y 29 metros de diámetro en cada una de esas galerías.

Para situarnos un poco el Reino de Bahrain, es el país más pequeño de la región del Golfo Pérsico en Asia. Está integrado por cinco islas, de las cuales la mayor es la isla de Bahrain, contando además con entre 25 y 28 islotes menores. Comparte fronteras marítimas con Qatar por el Sur y el Este; y con Arabia Saudita por el Oeste y el Noroeste, unidos por la Calzada del Rey Fahd.

Este proyecto es el producto de tres años de intensa investigación y el desarrollo de arquitectos e ingenieros con la empresa de diseño global Atkins y sus socios daneses Ramboll y Norwin. Según el director principal del proyecto de Atkins, Simha LytheRao, este esfuerzo marca un hito para los aerogeneradores de dicho tamaño y su instalación en esta altura, o entre edificios, creando nuevos retos para los instaladores.

Los diseñadores del proyecto dijeron que conseguir las tres turbinas girando al mismo tiempo representa un logro histórico para este proyecto y la firma Atkins está muy emocionada de haber sido un actor importante en la idea original.

El uso de estas tecnologías, aseguraran que los costes adicionales ocasionados por la incorporación de turbinas en el proyecto se redujeron a aproximadamente el 3,5% del valor total del proyecto, lo que no sólo es respetuoso con el medio ambiente, sino también financieramente viable para la empresa.

Además de las turbinas eólicas, el BWTC incorpora además otras características que están destinadas a reducir su potencial huella en el medioambiente, reduciendo así también sus emisiones de CO2 y su dependencia de combustibles fósiles. Incluye un sistema de recuperación de calor, ventanas que pueden abrirse para permitir la ventilación natural, sistema de reciclaje de aguas residuales, iluminación exterior mediante sistemas de energía solar fotovoltaica y el sombreado en la fachada exterior de vidrio para proteger de la radiación solar directa.

Quizás no sea un edificio para tomar como modelo o referencia arquitectónicamente hablando, pero no cabe duda que abre nuevos horizontes para la integración de energías limpias, en este caso, la energía eólica, dentro de cualquier tipo de edifico que busque ser lo menos agresivo con nuestro medioambiente.

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