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.

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?

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.

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 $\text{MWh}$?

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.

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?

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 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.

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?

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 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.

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?

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.

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.