Examen 15 Junio 2018, preguntas y respuestas PDF

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Sostenibilidaddedelas renovables Sostenibilidad MUIE 2018 1. La global actual es aprox. 7500 millones, con una renta renta media anual de y una intensidad de la de 10 En el futuro se espera que la estabilice en unos millones con una renta media de y una intensidad de 5 a) Estimar con la IPAT la en l...

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Sostenibilidad de las energías renovables MUIE

2018

1. La población global actual es aprox. 7500 millones, con una renta renta media anual de 7000 $/hab· año y una intensidad energética de la economía de 10 MJ/$. En el futuro se espera que la población estabilice en unos 12000 millones con una renta media de 15000 $/hab·año y una intensidad energética de 5 MJ/$. a) Estimar con la ecuación IPAT la reducción en la intensidad en carbono necesaria para reducir a la mitad las emisiones globales actuales de carbono (GtC/a). Io = Po· Ao·To = 7,5·109· 7·103·10· io

I = P·A·T = 12·109·15·103·5·i

I/Io = 0,5

i/io = 0,292

b) Estimar la proporción de fotosíntesis que sería preciso desviar si la mitad de la energía futura se obtuviese de la biomasa, con una producción fotosintética global de 60 GtC/año (∆Hr : 480 MJ/kmolCO2). E = ½·12·109·15·103· 5 = 9·1014 MJ/año

F = 60·1012·480/12 = 2,4·1015 MJ/año

E/F = 37,5%

c) Estimar la relación futura energía/alimentos a partir de la biomasa primaria si el consumo endosomático es 3000 kcal/hab·día (75% vegetal y 25% cárnica, con 1 kcal carne = 7 kcal vegetal por la cadena trófica). C = 12·109·3000 (0,75+7·0,25)·365 = 3,285·1016 kcal/año = 1,373·1014 MJ/año

E/C = 6,55

2. Una instalación hidroeléctrica requiere 100 t de acero y 2500 t de cemento como materiales básicos constructivos por megavatio de potencia instalada, cuya fabricación lleva asociadas unas emisiones de 1580 kgCO2eq/tacero y 965 kgCO2eq/tcemento. El tiempo de operación y la vida útil estimadas de la instalación son 5000 h/año y 50 años. Calcular las emisiones de efecto invernadero atribuibles a esta tecnología (por MWh de energía generada) considerando las contribuciones de ambos materiales, así como la reducción de emisiones anuales lograda por una hidroeléctrica de 100 MW si sustituye plantas térmicas de gas convencionales (640 kgCO2/MWh).

Utilización (h/año) = Vida útil (años) =

5.000,0

ton/MW: kgCO2eq/ton:

50,0

kgCO2eq/MWh:

Reducción CO2 (ton/año):

acero

cemento

100 1.580

2500 965

0,63

9,65

Planta hidroeléctrica

10,28

100 MW·5000 h/año·(640-10,28) kgCO2/MWh/103 (kg/ton) = 315000

Comentarios: Mayores impactos específicos del acero, pero superiores del cemento por u.f. debido a su uso masivo. Los MWh producidos evitan la emisión de más de 300 kton de CO2 por la combustión de gas natural.

3. La tabla muestra el consumo de energías directas de un complejo productivo, después de ser asignadas y normalizadas respecto al producto principal (t). También se indican las eficiencias de producción de la energía térmica utilizada (combustibles), la electricidad (basada en la mezcla indicada), y las emisiones de CO2 asociadas a las diferentes energías primarias (PCI). GJ/t 1,0 6,0 13,6 3,5 24,1

Carbón Fuelóleo Gas natural Electricidad

(ef.) 0,95 0,88 0,92 0,29

mix eléctrico carbón (40) fuel (6) gas nat. (1) alternat. (53) (100%)

gCO2/MJ 95 74 59 0 43

Complétese la tabla inferior, estimando la energía total consumida por el proceso (directa e indirecta) y las emisiones correspondientes de gas carbónico para la generación de energías térmica y eléctrica. Calcular las emisiones anuales de CO2 atribuibles al `consumo energético del complejo´ si la producción es 1 ton/h y los procesos operan 8000 h/año. Energía total (GJ/t) Térmica 22,7 Eléctrica

CO2 (kg/t) 1480

12,1

520

34,8

2000

CO2 (ton/año): 2 ton/t·1 t/h·8000 h/a = 16000

4. La tabla muestra el inventario de emisiones para fabricar la MEA y otros elementos de una pila PEM, los factores de equivalencia de las sustancias para caracterizar los 3 problemas ambientales considerados, así como los factores de normalización (CML-2001) y de ponderación (IKP, Southern Europe), para valorar comparativamente dichos impactos: Emisiones, i (kg) MEA Otros GWP fEij AP POCP

CO2 1664,6 913,5 1 -

VOCs 4,0 1,3 16,1 0,113

NOx 2,8 2,1 0,7 0,028

SO2 279,9 2,3 1 0,048

Normalización fNj (kgeq./año) 6,45· 1012 3,73· 1010 1,12· 1010

Ponderación fPj 10 1 3

Calcular el `índice de impacto ambiental´ total del sistema, así como las contribuciones porcentuales de ambos elementos en la fabricación de la pila de combustible. Resultados:

I = 1,12·10-9

IMEA (%) = 89,5 IOtros (%) = 10,5

I = Σi,j [(mi·fEij)/fNj]·fPj

5. La figura muestra las curvas características potencia vs. voltaje de un electrolizador y de un módulo FV para distintos niveles de radiación solar en el módulo. G (W/m 2 )

(a) Aumentar el número y el área de celdas en serie del electrolizador (b) Aumentar el número y reducir el área de celdas en serie del electrolizador (c) Reducir el número y el área de celdas en serie del electrolizador (d)

100

1000

90

800

80

600

70

400

60

200

50

100

40

EL-1

30 20

Reducir el número y aumentar el área de celdas en serie del electrolizador

10 0 0

5

10

15

20

25

V (volt)

30

35

40

P (W)

Elegir cuál de las siguientes opciones permite lograr un mejor acoplamiento directo de ambos componentes:...