Exercicis: Producció i ús responsable de l'energia

El mix elèctric espanyol d'un any es pot aproximar així: eòlica $25\ \%$, nuclear $20\ \%$, solar $17\ \%$, cicles combinats de gas $15\ \%$, hidràulica $12\ \%$ i altres fonts $11\ \%$, com es mostra al gràfic.

1. a) Considerant renovables l'eòlica, la solar i la hidràulica, quin percentatge de l'electricitat espanyola va ser renovable?
2. b) Comprova que tots els percentatges del mix sumen $100\ \%$.

Classifica aquestes fonts d'energia en renovables i no renovables, i justifica la teva elecció en cada cas: vent, carbó, urani, Sol, gas natural i biomassa.

Produir $1\ \text{kWh}$ d'electricitat a Espanya emet de mitjana uns $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ a l'atmosfera. Si un habitatge consumeix $300\ \text{kWh}$ en un mes, quants quilograms de $\text{CO}_2$ corresponen a aquest consum?

Una bombeta LED de $10\ \text{W}$ fa la mateixa llum que una incandescent de $60\ \text{W}$, com es mostra a la figura.

1. a) Calcula l'energia que consumeix cadascuna si estan enceses $5\ \text{h}$, en $\text{kWh}$.
2. b) Quina de les dues és més eficient? Explica-ho amb els resultats.

Els electrodomèstics porten una etiqueta energètica amb classes des de la A fins a la G, com es mostra a la figura.

1. a) Què significa que un frigorífic sigui de classe A i un altre de classe G?
2. b) Explica per què convé mirar aquesta etiqueta abans de comprar, encara que el de classe A sigui més car.

Cremar un litre de gasolina emet uns $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$. Si un cotxe gasta un dipòsit de $40\ \text{L}$, quants quilograms de $\text{CO}_2$ ha emès?

Anomena dos avantatges i dos inconvenients de l'energia solar fotovoltaica com a forma de produir electricitat, i explica breument cadascun.

Una instal·lació de plaques solars costa $4000\ \text{€}$ i estalvia $500\ \text{€}$ a l'any a la factura de la llum. La gràfica mostra la inversió i l'estalvi acumulat:

Quants anys triga a amortitzar-se, és a dir, a recuperar els diners invertits amb l'estalvi?

La demanda elèctrica anual d'Espanya és d'uns $250\ \text{TWh}$. Amb el mix aproximat de l'any passat (eòlica $25\ \%$, solar $17\ \%$):

1. a) Quants $\text{TWh}$ va produir l'eòlica?
2. b) Quants $\text{TWh}$ va produir la solar?
3. c) Quants $\text{TWh}$ van sumar entre totes dues?

Un habitatge consumeix $3200\ \text{kWh}$ d'electricitat a l'any i el factor d'emissió del mix espanyol és de $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$.

1. a) Calcula els quilograms de $\text{CO}_2$ que corresponen a aquest consum anual.
2. b) Expressa-ho en tones.

Un cotxe de gasolina consumeix $6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ i recorre $12000\ \text{km}$ a l'any. Cremar un litre de gasolina emet $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$.

1. a) Quants litres consumeix en un any?
2. b) Quants quilograms de $\text{CO}_2$ emet en un any? Expressa el resultat també en tones, arrodonint a un decimal.

En una porteria es canvien $10$ bombetes incandescents de $60\ \text{W}$ per LED de $9\ \text{W}$. Estan enceses $4\ \text{h}$ al dia durant $365$ dies a l'any.

1. a) Quants $\text{kWh}$ s'estalvien en un any? Arrodoneix a un decimal.
2. b) Si el preu és de $0,16\ \text{€/kWh}$, quants euros s'estalvien a l'any?

Per a un trajecte de $400\ \text{km}$ es comparen dues opcions per persona:

• Cotxe de gasolina que consumeix $6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ i en què viatja una sola persona ($2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per litre).

• Tren elèctric que consumeix $12\ \text{kWh}$ per viatger en aquest trajecte ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$).

1. a) Calcula les emissions de $\text{CO}_2$ del trajecte en cada opció.
2. b) Quantes vegades emet més el cotxe que el tren en aquest cas? Arrodoneix a un decimal.

Un parc eòlic té una potència màxima de $100\ \text{MW}$, però el vent no bufa sempre igual, així que el seu factor de càrrega (percentatge mitjà sobre la potència màxima) és del $30\ \%$, com es mostra a la gràfica.

1. a) Quina és la seva potència mitjana?
2. b) Quanta energia produeix en un dia, en $\text{MWh}$?

Un habitatge unifamiliar consumeix $8000\ \text{kWh}$ de gas natural a l'any per a calefacció. El factor d'emissió del gas natural és de $0,20\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$.

1. a) Quants quilograms de $\text{CO}_2$ emet aquesta calefacció a l'any?
2. b) Si un bon aïllament redueix el consum un $25\ \%$, quants quilograms de $\text{CO}_2$ es deixen d'emetre a l'any?

A la teulada d'una casa s'instal·len $6$ panells solars de $450\ \text{W}$ cadascun. En aquesta zona, cada quilowatt instal·lat produeix uns $1500\ \text{kWh}$ a l'any.

1. a) Quants quilowatts de potència sumen els panells?
2. b) Quants $\text{kWh}$ produeixen a l'any?
3. c) L'habitatge consumeix $3600\ \text{kWh}$ a l'any: cobreixen els panells aquest consum? Quanta energia sobra o falta?

Una instal·lació de plaques solars costa $5000\ \text{€}$ i produeix $4000\ \text{kWh}$ a l'any que la família deixa de comprar a $0,16\ \text{€/kWh}$.

1. a) Quants euros estalvia a l'any?
2. b) Quants anys triga a amortitzar-se? Arrodoneix a un decimal.
3. c) Si una subvenció paga el $30\ \%$ de la instal·lació, en quant queda el temps d'amortització?
4. d) Les plaques duren uns $25\ \text{anys}$. Quants diners hauran estalviat en total en aquest temps (sense subvenció)? Comenta si la inversió val la pena.

Una central nuclear de $1000\ \text{MW}$ de potència funciona $8000\ \text{h}$ a l'any.

1. a) Quanta energia elèctrica produeix en un any, en $\text{MWh}$? Expressa-la també en $\text{TWh}$.
2. b) Si aquesta mateixa energia es produís cremant gas, que emet $0,45\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$, quantes tones de $\text{CO}_2$ s'emetrien? La nuclear pràcticament no emet $\text{CO}_2$ en funcionar: quantes tones evita a l'any respecte al gas?
3. c) Exposa dos avantatges i dos problemes de l'energia nuclear, i acaba donant la teva opinió argumentada sobre si ha de formar part del mix elèctric.

Es compara un cotxe de gasolina ($6\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$; $2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per litre) amb un d'elèctric ($16\ \text{kWh}$ cada $100\ \text{km}$; $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$ amb el mix espanyol actual).

La gràfica mostra el $\text{CO}_2$ acumulat per cada cotxe segons els quilòmetres recorreguts:

1. a) Calcula els quilograms de $\text{CO}_2$ per cada $100\ \text{km}$ de cada cotxe.
2. b) Quants quilograms n'emet cadascun a l'any si recorren $15000\ \text{km}$?
3. c) Fabricar la bateria de l'elèctric emet uns $6000\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ més que fabricar el de gasolina. Fent servir l'estalvi d'emissions per cada $100\ \text{km}$, calcula a partir de quants quilòmetres l'elèctric ja ha compensat la fabricació de la seva bateria. Arrodoneix als milers.
4. d) Amb aquests resultats, escriu un paràgraf breu argumentant quan val la pena el cotxe elèctric des del punt de vista de les emissions.

En el mix elèctric espanyol aproximat, els cicles combinats de gas produeixen el $15\ \%$ d'una demanda anual de $250\ \text{TWh}$ i emeten $0,45\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$. El gràfic resumeix les dades del mix, actual i futur:

1. a) Quants $\text{TWh}$ produeix avui el gas?
2. b) En un escenari futur l'eòlica puja del $25\ \%$ al $35\ \%$ i el gas baixa del $15\ \%$ al $5\ \%$, mantenint-se la demanda. Quants $\text{TWh}$ de gas es deixen de produir?
3. c) Quantes tones de $\text{CO}_2$ s'evitarien a l'any amb aquest canvi? Expressa el resultat en notació científica.
4. d) El gas se sol fer servir de suport quan no hi ha vent ni Sol. Explica quin problema tècnic caldria resoldre per reduir-lo al mínim i anomena una possible solució.

Un habitatge consumeix $9000\ \text{kWh}$ de gas a l'any en calefacció, a $0,07\ \text{€/kWh}$. Aïllar la façana costa $3000\ \text{€}$ i redueix el consum un $30\ \%$.

1. a) Quant costa la calefacció a l'any abans d'aïllar?
2. b) Quants euros estalvia l'aïllament cada any?
3. c) Quin és el temps de retorn de la inversió? Arrodoneix a un decimal.
4. d) Si un ajut públic cobreix el $40\ \%$ del cost de l'aïllament, quin seria el nou temps de retorn? Comenta com influeixen els ajuts en les decisions d'estalvi energètic.

Una família vol reduir la seva petjada de carboni. La seva situació actual:

• Electricitat: $3800\ \text{kWh}$ a l'any ($0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$).

• Cotxe de gasolina: $12000\ \text{km}$ a l'any amb un consum de $6,5\ \text{L}$ cada $100\ \text{km}$ ($2,3\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per litre).

1. a) Calcula la seva petjada anual actual sumant totes dues partides, en quilograms de $\text{CO}_2$.
2. b) Apliquen dues mesures: canvis d'hàbit i LED que estalvien $700\ \text{kWh}$ a l'any, i compartir cotxe, que redueix els quilòmetres anuals a la meitat. Calcula la nova petjada anual.
3. c) En quin percentatge han reduït la seva petjada? Arrodoneix a un decimal i comenta quina partida ha contribuït més a la reducció.

Un poble de $5000$ llars vol proveir-se només amb energia solar. Cada llar consumeix de mitjana $10\ \text{kWh}$ al dia, i els panells produeixen en aquesta zona uns $0,25\ \text{kWh}$ al dia per cada $\text{m}^2$ instal·lat. L'esquema mostra el flux d'energia entre els panells, les llars i les bateries:

1. a) Quanta energia consumeix el poble al dia, en $\text{MWh}$?
2. b) Quants $\text{m}^2$ de panells farien falta? Expressa el resultat també en hectàrees ($1\ \text{ha} = 10000\ \text{m}^2$).
3. c) Si el $40\ \%$ del consum es produeix de nit, quanta energia, en $\text{MWh}$, haurien d'emmagatzemar les bateries del poble cada dia?
4. d) Exposa dos reptes tècnics o territorials de proveir un poble només amb solar i una possible solució per a cadascun.

Un cotxe elèctric consumeix $16\ \text{kWh}$ cada $100\ \text{km}$. La seva petjada depèn de com s'hagi produït l'electricitat (factors d'emissió: mix espanyol actual $0,15\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$; electricitat de carbó $0,9\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ per $\text{kWh}$). Un cotxe de gasolina comparable emet $13,8\ \text{kg}$ de $\text{CO}_2$ cada $100\ \text{km}$.

1. a) Calcula els quilograms de $\text{CO}_2$ cada $100\ \text{km}$ de l'elèctric amb el mix actual i amb electricitat de carbó.
2. b) Compara els tres casos: amb quina electricitat el cotxe elèctric emet fins i tot més que el de gasolina?
3. c) Amb aquestes dades, escriu un argument breu a favor del cotxe elèctric i un altre que matisi aquesta conclusió, esmentant el paper del mix elèctric.