UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA DIN SIBIUFACULTATEA DE INGINERIEMASTERAT D.A.I.E.

REFERAT LA DISCIPLINAEficientizarea energetic a proceselor electrotehnologice i surse alternative n electrotehnologii

Profesor coordonator: Masterand:Prof. univ. dr. Horea Falot Vulcu Daniel- Constantin

Sibiu 2014

UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA DIN SIBIUFACULTATEA DE INGINERIEMASTERAT D.A.I.E.

Aplicarea surselor de energii regenerabile

Profesor coordonator: Masterand:Prof. univ. dr. Horea Falot Vulcu Daniel- Constantin

Sibiu 2014Elemente introductive

Printr-o strategie de dezvoltare energetic a Romniei se poate asigura creterea siguranei n alimentarea cu energie i limitarea importului de resurse energetice, n condiiile unei dezvoltri economice accelerate. Aceast cerin se poate realiza, pe de o parte, prin implementarea unei politici susinute de conservare a energiei, creterea eficienei energetice care s conduc la decuplarea ritmului de dezvoltare economic de evoluie a consumului de energie, concomitent cu creterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie. Oportunitatea punerii n practic a unei strategii energetice pentru valorificarea potenialului surselor regenerabile de energie se nscrie n coordonatele dezvoltrii energetice a Romniei pe termen lung i ofer cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la alternativele energetice i inscrierea n acquis-ul comunitar n domeniu. Valorificarea potenialului surselor regenerabile de energie confer premise reale de realizare a unor obiective strategice privind creterea siguranei n alimentarea cu energie prin diversificarea surselor i diminuarea ponderii importului de resurse energetice, respectiv, de dezvoltare durabil a sectorului energetic i protejarea mediului nconjurtor. Sursele regenerabile de energie pot contribui la satisfacerea nevoilor curente de nclzire n anumite zone (rurale) defavorizate (ex.: biomasa). Pentru valorificarea potenialului economic al surselor regenerabile de energie, n condiii concureniale ale pieei de energie, este necesar adoptarea i punerea n practic a unor politici, instrumente i resurse specifice. n condiiile concrete din Romnia, n balana energetic se iau n considerare urmtoarele tipuri de surse regenerabile de energie: - energia solar - utilizat la producerea de cldur prin metode de conversie pasiv a sau activ sau la furnizarea de energie electric prin sisteme fotovoltaice; -energia eolian - utilizat la producerea de energie electric a cu grupuri aerogeneratoare; - hidroenergia - centrale hidroelectrice cu o putere instalat mai mic sau egal cu 10 MW ("hidroenergia mic"), respectiv centrale hidro cu o putere instalat mai mare de 10 MW ("hidroenergia mare"); -biomasa - provine din reziduuri de la exploatri forestiere i agricole, deeuri din prelucrarea lemnului i alte produse; biogazul este rezultatul fermentrii n regim anaerob a dejeciilor animaliere sau de la staiile de epurare oreneti; -energia geotermal - energia nmagazinat n depozite i zcminte hidrogeotermale subterane, exploatabil cu tehnologii speciale de foraj i extracie. n sectorul energetic din majoritatea statelor europene s-au produs transformri majore determinate de necesitatea creterii siguranei n alimentarea cu energie a consumtorilor, iar n cadrul acestei cerine sursele regenerabile de energie ofer o soluie viabil, inclusiv aceea de protecie a mediului nconjurtor. Siguran alimentrii cu energie a consumatorilor din statele membre ale Uniunii Europene este asigurat n mod obligatoriu prin luarea n considerare a importurilor, n condiiile liberalizrii pieei de energie i n conformitate cu nevoia stringent de atenuare a impactului asupra mediului climatic planetar. Obiectivul strategic propus n Cartea Alba pentru o Strategie Comunitar const n dublarea, pn n anul 2010, a aportului surselor regenerabile de energie al rilor membre ale Uniunii Europene, care trebuie s creasc de la 6% la 12% din consumul total de resurse primare. n Romnia, ponderea surselor regenerabile de energie n consumul total de resurse primare, n anul 2010, urmeaz s aib un nivel de circa 11%, iar n anul 2015 de 11,2%.Totodat, n Cartea Alba pentru o Strategie Comunitar i Planul de aciune " Energie pentru viitor: sursele regenerabile ", elaborat n anul 1997 n cadrul Uniunii Europene, este conturat strategia " Campaniei de demarare a investiiilor ".

n Cartea Verde " Spre o strategie european pentru siguranta n alimentarea cu energie " se precizeaz c sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la creterea resurselor interne, ceea ce confer acestora o anumit prioritate n politic energetic. Programul de aciune " Energie inteligenta pentru Europa " const n promovarea implementrii strategiei nscrise n Cartea Verde. n cadrul acestei iniiative, Programul "ALTENER" (cu un buget estimat de circa 86 milioane EURO) urmrete accelerarea procesului de valorificare a potenialului energetic al surselor regenerabile. Obiectivul strategic privind aportul surselor regenerabile n consumul total de resurse energetice primare, care trebuie s fie de 12%, n anul 2010.Potenial pentru furnizarea energiei

Utilizarea surselor de energie regenerabile SER au avantajul perenitii lor i a impactului neglijabil asupra mediului ambiant, ele ne emind gaze cu efect de ser. Chiar dac prin ardere biomasa elimin o cantitate de CO2, aceast cantitatea este absorbit de aceasta pe durata creterii sale, bilanul fiind nul. n acelai timp aceste tehno logii nu produc deeuri periculoase, iar demontarea lor la sfritul vieii , spre deosebire de instalaiile nucleare, este relativ simpl. A folosi orice tehnologie energetic i utilizarea SER prezint unele inconveniene. Impactul instalaiilor eoliene asupra peisajului, riscul de contaminare a solului i al scprilor de metan la gazeificare, perturbarea echilibrului ecologic de ctre micro hidrocentrale sunt cteva dintre acestea. Cele mai discutate inconveniente sunt nsa cele legate de suprafaa de teren necesar i de intermitent i disponibilitatea lor. Este cunoscut faptul c pentru producerea unei puteri de 8 MW n instalaii eoliene este necesar o suprafa de km2, nsa din aceasta numai 1% este efectiv ocupat de instalaii, restul putnd fi utili zata n continuare pentru agricultur. i pentru producerea de energie fotovoltaic sunt necesare suprafee importante. Astfel pentru o putere de 1 kW i o energie anual de 1000 kWh sunt necesari 10 m2, dar suprafaa acoperiselor locuinelor ar permite instalarea ctorva mii de MW. Intermitena energiei solare i eoliene poate fi compensat prin instalaii de acumulare a energiei electrice sau termice sau prin producerea unor vectori energetici intermediari, cum este hidrogenul obinut prin electroliz . Pentru energia hidraulic stocarea este mai facil prin crearea unor lacuri de acumulare, iar pentru biomasa aceasta poate fi stocat att naintea recoltrii ct i dup aceasta n depozite sau sub form de biocarburanti. Utilizarea SER a cunoscut un prim avnt dup crizele petroliere din 1973 i 1980, dar a cunoscut o stagnare de circa 12 ani dup contra ocul petrolier din 1986. Abia dup ncheierea protocolului de la Kyoto din 1998, rile dezvoltate au nceput s-i propun programe extrem de ambiioase. Astfel la Samitul de la Johannesburg rile Uniunii Europene i-au propus o cretere anual de 1% pentru ponderea SER n balana energetic pn n anul 2010 i o cretere a ponderii biocarburantilor pn la 5,75 % n acelai an.Aceste obiective nu pot fi atinse fr dezvoltarea cercetrii i colaborrii internaionale n dou direcii principale: Reducerea costurilor (eolian n largul mrilor, fotovoltaic) i a fezabilitii industriale (geotermia de mare adncime , biocarburanti de sintez. Stocajul energiei electrice ( centrale de pompare acumulare, producere de hidrogen) i termice (acumulatoare la temperatur nalta) precum i ameliorarea prognozei pentru aceste energii i multiplicarea numrului de uniti distribuite n teritoriu pentru echilibrarea sistemului electroenergetic. n paralel cu acestea sunt posibile sisteme de gestiune a cererii, de exemplu la nivelul imobilelor inteligente, care produc, stocheaz i utilizeaz energia.

I. Delta Dunrii (energie solar)II. Dobrogea (energie solar, energie eolian)III. Moldova (cmpie i platou: micro-hidro, energie eolian, biomasa)IV. Carpaii (VI1 - Carpaii de Est; IV2 - Carpaii de Sud; IV3 - Carpaii de Vest, potenial ridicat n biomasa, microhidro)V. Platoul Transilvaniei (potenial ridicat pentru micro-hidro)VI. Cmpia de Vest (potenial ridicat pentru energie geotermic)VII: Subcarpatii (VII1 - Subcarpatii getici; VII2 - Subcarpatii de curbur; VII3 - Subcarpatii Moldovei: potenialridicat pentru biomasa, micro-hidro)VIII. Cmpia de Sud (biomas, energie geotermic, energie solar). Surse regenerabile de energie

Energia solar Soarele s-a format cu 5 miliarde de ani n urm. Este steaua cea mai apropiat de pmnt, la cca. 150 milioane kilometri distan, iar diametrul su e de 100 de ori mai mare dect cel al pmntului. Energia emis de soare provine dintr-un lan de reacii termonucleare din nucleul soarelui. Cnd energia acestora atinge suprafaa soarelui, puterea este de 66 milioane Watt/m2. Aceast radiaie sau energie radiant este dispersat i cltorete de la soare spre univers. Cnd atinge atmosfera pmntului puterea sa medie scade la 1360 Watt/m2. Cnd atinge suprafaa pmntului, atmosfera reflect i absoarbe o parte a radiaiei, astfel nct, ntr-o zi nsorit, puterea ei medie este de doar 1000 Watt/m2. Energia radiant a soarelui conine un ntreg spectru de lungimi de und i constituie mici pachete de particule de energie numite fotoni. Lumina este format din acele lungimi de und vizibile pentru ochiul uman. Lumina se deplaseaz cu o vitez de 300 000 km/secund. Soarele nclzete pmntul, mrile, lacurile, rurile i aerul n timpul verii. Din aceast decurge stocarea cldurii n perioada rece i aceasta este cldura ce poate fi concentrat folosind pompele de cldur.Sisteme de nclzire i rcire bazate pe energie regenerabil

Exist trei sisteme de conversie care produc cldur: Absorbia cldurii solare pentru producerea apei calde - nclzirea solar a apei Concentrarea cldurii existente n sol ap sau aer - pompe de cldur Arderea biomasei ca lemnul i peletele de lemn - biomas

Toate aceste sisteme pot fi ncorporate n cldire i pot satisface parial sau total cerinele de nclzire. Alegerea sistemului va depinde de tipul de locuin, orientarea sa i localizare. ntotdeauna este mai ieftin s se reduc cererea de cldur nainte de a avea n vedere instalarea unui nou sistem de nclzire. Aceasta va face posibil s fie instalat cel mai mic cu putin sistem de nclzire care va avea att costul iniial ct i costul de operare foarte sczute. nclzirea solar a apei cuprinde unul sau mai multe panouri plane n care apa este nclzit direct de radiaia infraroie provenind de la soare. Chiar dac vrful de eficien al sistemului este atins n timpul verii, exist o apreciabil cantitate de cldur care poate fi obinut n timpul iernii, excepie fcnd nordul Europei. Panourile colectoare solare au cea mai bun poziie de montaj pe partea de sud a acoperiurilor i mai puin favorabil pe cele orientate spre sud-vest sau sud-est. Dac casa dispune de o grdin cu expunere spre sud, ar putea fi de asemenea, posibil montarea panourilor care de obicei au dimensiuni de 2 x 1 metri fiecare, n grdin. Pompele de cldur care folosesc aerul ca surs de cldur pot fi montate pe un perete exterior al casei sau n grdin. Pentru pompele de cldur cu sursa n pmnt, accesul la o curte/grdin sau un spaiu comunal este necesar deoarece colectorul s poat fi ngropat n poziie orizontal sau inserat vertical ntr-un pu forat. Pentru a colecta cldura dintr-o surs de ap, dintr-un izvor sau lac, apa e circulat prin eava colectorului. Cu ct este mai mare cldura de obinut, cu att mai larg trebuie s fie eava colectorului.Pompele de cldur sunt reversibile, astfel nct pot prelua cldur dint-o camer sau cldire i s o disperseze ca i cldur redus n mprejurimi prin aceasta producndu-se rcire. Dac n centrul i nordul Europei nu exist n general cerine de rcire a ncperilor, nevoia de rcire este mult mai mare n Europa de Sud. Arderea biomasei ntr-un boiler convenional sau n foc deschis cu horn este recomandat evacuarea gazelor arse. Aceste gaze conin substane ca oxizi ai azotului i sulfului ca i particule depinznd de nivelul de combustie. Utilizarea acestora poate fi restricionat n zonele urbane care trebuie s aib aer pur. Deoarece biomasa este destul de voluminoas, este nevoie de spaiu de stocare pentru o cantitate de combustibil pentru mai multe luni. n mod obinuit, e necesar un spaiu de depozitare de dou ori mai mare dect pentru petrol, care e de mai muli metri cubi.Surse regenerabile de electricitate

Exist dou opiuni de conversie: Convertirea luminii solare n electricitate folosind celule solare (panouri fotovoltaice) Convertirea energiei vntului n electricitate folosind turbinele eoliene.

Ambele, sunt suficient de compacte pentru a fi incluse n cas. Cu toate c este puin probabil ca ele s asigure integral cererea de energie, energia folosit de acestea este regenerabil i gratuit astfel nct utilizarea lor va reduce factura la electricitate. Celulele solare (panourile fotovoltaice) Cel mai bun loc pentru amplasarea celulelor solare este pe partea expus spre sud a pereilor sau acoperiului care primesc radiaia direct a soarelui cea mai mare parte a zilei. Orientarea spre sud-vest poate fi mai favorabil dect cea spre sud-est deoarece radiaia solar este mai intens dup amiaza dect dimineaa. Alte expuneri ca cea spre est sau spre vest sunt mai puin favorabile i vor avea ca rezultat o producie mai mic de electricitate. Cu ct naintm mai spre sudul Romniei, cu att mai mare va fi ctigul de energie solar valorile tipice fiind: Suceava 1,40 MWh/m2/an Bacu 1,45 MWh/m2/an Galai 1,66 MWh/m2/an

Pentru cele mai multe case, doi sau trei metri ptrai de panou fotovoltaic sunt suficieni. n general este posibil s se instaleze panourile fotovoltaice pe cele mai diverse forme de perei sau acoperiuri.Energia eoliana

Potenialul de conversie a energiei vntului n electricitate va depinde de direcia vnturilor dominante, care este de la NE la SV, n zona de est a Romniei, pe litoral i la munte. Vnturile dinspre est sunt mai puternice iarna i sunt asociate cu frigul i vremea rece. Cel mai simplu mod de a determina direcia vntului este de a monta un steag n punctul cel mai nalt al locaiei n care dorii s instalai turbine (vezi Figura 3.1). Cantitatea de vnt n fiecare loc este dependent de distana pn la cele mai apropiate cldiri aflate pe direcia vntului dominant. Cea mai bun situaie este aceea n care accesul este nerestricionat, n aa fel nct ntreaga for a vntului s poat fi folosit. n general locaiile din zonele litorale (n special n Europa de Nord) beneficiaz de cele mai mari viteze ale vntului i au i cea mai mare frecven a vntului. Ceea ce este important nu este viteza maxim a vntului ci numrul de ore n care viteza vntului este mai mare de 4 m/s. Pentru aceste dou motive este util s se estimeze viteza medie a vntului n zona de interes.

Energia geotermal

Potentialul caloric geotermic mondial este estimat la cca. 1013 tone echivalent carbun, dar el contribuie cu numai 0,05% la consumul mondial de energie. Temperatura solului creste cu 3o C la fiecare suta de metri in adncime, astfel inct la o mie de metri adncime am avea 30o C. Ne putem imagina centrale geotermice in care apa pompata de la adncimi de cca. 2000 m (in zonele mai calde) sa ne livreze vaporii (la cca. 300o C) necesari unor centrale de puteri mai mari de 1000 MW.Energia geotermal e o categorie particulare a energiei termice pe care o conine scoara terestr. Cu ct se coboar mai adnc n interiorul scoarei terestre, temperatur crete i teoretic energia geotermal poate fi utilizat tot mai eficient.Este interesant de remarcat ca 99% din interiorul Pmntului se gsete la o temperatur de peste 1000C, iar restul de 1% se gsete la o temperatur de peste 100C. Aceste elemente sugereaz c interiorul Pamntului reprezint o surs regenerabil de energie care merit toat atenia i care trebuie exploatat ntr-o msur ct mai mare.Energia geotermal este utilizat la scar comercial, ncepnd din jurul anilor 1920, cnd a nceput s fie utilizat n special cldur apelor geotermale, sau cea provenit din gheizere pentru nclzirea locuinelor sau a unor spaii comerciale. Din punct de vedere al potenialului termic, energia geotermal poate avea potenial termic ridicat sau sczut. Energia geotermal cu potenial termic ridicat este caracterizat prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibil i poate fi transformat direct n energie electric su termic.Energia electric se obine n prezent din energie geotermal, n centrale avnd puteri electrice de 2050MW, care sunt instalate n ri ca: Filipine, Kenia, Rica, Islanda, SUA, Rusia. Energia geotermal de potenial termic sczut este caracterizat prin nivelul relativ sczut al temperaturilor la care este disponibil i poate fi utilizat numai pentru nclzire, fiind imposibil conversia acesteia n energie electric.Energia geotermal de acest tip este disponibil chiar la suprafa scoarei terestre fiind mult mai uor de exploatat dect energia geotermal cu potenial termic ridicat, ceea ce reprezint un avantaj.Exploatarea energiei geotermale cu potenial termic sczut necesit echipamente speciale concepute pentru ridicarea temperaturii pn la un nivel care s permit nclzirea i/sau prepararea apei calde, ceea ce reprezint un dezavantaj fa de enrgia geotermal cu potenial termic ridicat.Echipamentele menionate poart denumirea de pompe de cldur i au acelai principiu de funcionare ca al mainilor frigorifice, funcionnd cu energie electric.n fiecare zi planeta noastr absoarbe energie solar pe care o nmagazineaz sub form de calorii n sol. Aceast rezerv gratuit este reaprovizionat n permanen, deci inepuizabila.Captarea acestei energii termice i transformarea ei pentru utilizarea n nclzirea spaiilor interioare este posibil graie unui generator termodinamic: pompa de cldur geotermic.Acest echipament prezint performane foarte interesante deoarece pe timp de iarn pentru 1KWh de energie electric consumat, pompa de cldur restituie ntre 3 i 5 KWh de cldur n interiorul casei. O bun parte a energiei de nclzire este astfel asigurat de o energie gratuit, regenerabil i nepoluant, preluat din terenul adiacent casei. Vara datorit reversibilitii ciclului de funcionare, acelai echipament va extrage cldura din interior i o va injecta n sol.Pompele de cldur se utilizeaz n condiii ideale pentru case foarte bine izolate termic, cu o suprafa de teren adiacent.Captarea cldurii geotermice pote fi fcut utiliznd diferite metode, existnd dou mari categorii de captori: orizontali i verticali (sonde geotermice).Astfel cu ajutorul Pompei de Cldur Geotermice, 1kw electric consumat pentru alimentarea compresorului este multiplicat i valorizat sub form a 3 pn la 5 kw de cldur util redat n cas prin intermediul instalaiei de nclzire. Captorii Orizontali ai sistemului de nclzire (montai n terenul adiacent casei) au nevoie de o suprafa minim necesar, aria de captare fiind n relaie proporional cu suprafaa interioar de nclzit.Odat captorii instalai, se astup sptura i circuitul de captare devine invizibil. Suprafa de teren de peste captori trebuie s rmn liber de construcii, permeabil la ap de ploaie, zpad, razele soarelui i vnt pentru regenerarea termic natural a solului (nu se va pava cu dale de ciment sau asfalta). Buclele captoare, odat ngropate au o durabilitate de zeci de ani fr absolut nicio intervenie ulterioar. Suprafaa minim de teren adiacent construciei pentru captarea cldurii geotermice este cuprins ntre 100-180% din suprafaa interioar de nclzit, n funcie de puterea termic necesar pentru nclzire.Captarea vertical din pnza freatic este fcut cu foraje de puuri de captare. Aceast soluie presupune existena unui debit de ap freatic minim suficient (i constant) de-a lungul anului, n special n perioada rece. Caldura este prelevat din apa freatic prezent n sol, de obicei la o adncime de 10-20 m, acolo unde temperatura apei este constant de-a lungul ntregului an. Captarea din apa freatic presupune n prealabil un studiu preliminar de duritate a apei freatice din zona respectiv (n cazul unei circulaii n bucla deschis). O alt tehnic utilizat este imersarea n puurile de captare a sondelor geotermice n bucla nchis. Captarea vertical din pnza de ap freatic presupune utilizarea unei Pompe de Cldura apa-apa Termeo. Instalaia interioar poate fi prin pardoseal, cu radiatoare, ventiloconvectoare su orice alt sistem ce folosete apa ca agent de nclzire.

Biomasa

Prin fotosintez, nveliul vegetal al plantei produce o biomasa care corespunde unei energi apreciate la cca 31021 J/an. Fiind regenerabil, energia biomasei este (teoretic) inepuizabil, cu condiia ca omul s nu grbeasc procesele de deertificare ale planetei. Din biomasa se pot optine combustibili (alcool, gaz metan, etc.), putndu-se folosi ca biomasa deeuri de lemn, trestie de zahr, deeuri de cereale, etc. Pentru a putea vorbi ns practic de biomasa ar trebui cultivate plante la care producia la hectar s fie enorm (de ordinul 30-40 tone) iar coninutul caloric s fie de ordinul 4-5000 kcal/kg.Astzi, cercetrile se concentreaz pe conversia biomasei n alcool, care ar putea servi drept carburant pentru suplimentarea i chiar nlocuirea benzinei i a motorinei. Alte forme lichide de energie obinute din biomas ar fi uleiurile vegetale.

Metanolul produs prin distilarea lemnului i a deeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport i industrie, la preuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obinui din bitum i din lichefierea carbonului.

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin, dar problema mare este c utilizeaz resurse alimentare, cum sunt porumbul sau grul. Dac ns etanolul s-ar obine exclusiv din deeuri alimentare sau agricole, dei costurile sale de producie ar fi mai mari, efortul s-ar justifica pentru c se recicleaz deeurile.

La alcooli se adaug i biogazul, respectiv forma gazoas a biomasei. Acest gaz cu o putere caloric destul de slab, coninnd n principal metan, se obine din materii organice, precum apele uzate sau blegarul.

Lemnul este principala surs bio Exist o larg varietate de surse de biomas, printre care se numr copacii cu vitez mare de dezvoltare (plopul, salcia, eucaliptul), trestia de zahr, rapia, plantele erbacee cu rapiditate de cretere i diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor i din construcii, paiele i tulpinele cerealelor, deeurile rezultate dup prelucrarea lemnului, deeurile de hrtie i uleiurile vegetale uzate.

Principala resurs de biomas o reprezint ns lemnul. Energia asociat biomasei forestiere ar putea s fie foarte profitabil noilor industrii, pentru c toat materia celulozic abandonat astzi (crengi, scoar de copac, trunchiuri, buteni) va fi transformat n produse energetice. Utilizarea biomasei forestiere n scopuri energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea nlocui o bun parte din consumul actual de petrol, odat ce tehnologiile de conversie energetic se vor dovedi rentabile.

De asemenea, terenurile puin fertile, improprii culturilor agricole, vor fi folosite pentru culturi forestiere intensive, cu perioade de tiere o dat la 10 ani. Pe de alt parte, biomasa agricol (blegarul, reziduurile celulozice ale recoltelor, reziduurile de fructe i legume i apele reziduale din industria alimentar) poate produce etanol sau biogaz.

Spre deosebire de biomasa forestier, care este disponibil pe toat perioada anului, biomasa agricol nu este, de obicei, disponibil dect o dat pe an. Biogazul provenind din blegar poate nclzi locuinele; purificat i comprimat, el poate alimenta mainile agricole. Utilizarea deeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea, minimiznd problemele eliminrii gunoaielor i furnizarea de energie.

Energia nuclear

Dintre toate soluiile enumerate, soluia primordial pentru urmtorul secol va fi (probabil), energetic nuclear. Fizicienii au descoperit i au pus la dispoziia umanitii dou categorii de fenomene cu ajutorul crora se pot obine energie. Este vorba n primul rnd de fisiunea nuclear iar n al doilea rnd de fuziunea nuclear.

Energetica nuclear este o energetic curat pentru c ea nu produce poluarea pe care o datorm altor tipuri de energetic, n special celei bazate pe crbune, petrol sau gaze, care produc cam de o mie de ori mai mult poluare dect o central nuclearoelectrica.

Fisiunea nuclear

n procesul de fisiune, nucleul, format din protoni i neutroni, capteaz un neutron, nucleul devenind instabil fisioneaz, adic se rupe n mai multe fragmente, cu degajarea unei mari cantiti de energie, energia furnizat de reactorii nucleari. Pn n prezent cunoatem doar dou nuclee fisionabile care pot fi folosite drept combustibil nuclear: uraniul-235 (se gsete n natur) i plutoniul-239 (nu se gsete n natur). n urm fisiunii, nucleul se sparge n dou fragmente de fisiune, 2-3 neutroni i radiaii ( si ). Dac neutronii rezultai din fisiune lovesc noi nuclee de uraniu, acestea fisioneaz la rndul lor, producndu-se fenomenul pe care l numin ,,reacie n lan". Pentru ca procesul s se automentina trebuie ca numrul neutronilor rezultai din noile acte de fisiune s fie s ntreac numrul neutronilor iniiali. Cum neutronii care produc cu o mai mare probabilitate acte de fisiune sunt neutronii leni, iar fisiunea uraniului rezult neutroni rapizi, trebuie c neutronii rapizi rezultai din fisiune s fie ncetinii (sau ,,moderai"), proces care se realizeaz prin trcerea neutronilor printr-un mediu care conine hidrogen sau carbon, dup care neutronii, devenii leni, pot produce noi acte de fisiune, n urma crora se produc din nou 2-3 neutroni, care sunt la rndul lor ncetinii, apoi captai n nuclee de uraniu unde provoac noi acte de fisiune i procesul se tot repeta.

Energia obinut prin procesul de fisiune este de peste 2 sute de megaelectronivolti (1 MeV= =1,610 -13 J). Cum ntr-un reactor nuclear se produc miliarde de miliarde de asemenea acte de fisiune n fiecare zi (sau chiar n fiecare ceas), rezult c putem, n final, s obinem o mare cantitate de energie, aa cum obinem n centralele nuclearo-electrice.

Pe linia construirea de centrale nuclearoelectrice s-a ajuns s se construiasc reactori nucleari care s funcioneze numai cu uraniu natural i ap gra. Aceast filier (adoptat i de Romnia pentru centrala nuclear de la Cernavod) ne conduce i din punct de vedere industrial i tehnologic la condiiile i soluiile cele mai avantajoase, ntruct evit costisitoarea i complicat separare a izotopilor uraniului. Aceast filier nu asigur totui, n momentul de fa dect 10% din energia nuclear furnizat omenirii.

Fuziunea nuclear

Prin fuziunea nuclear (fenomenul opus fisiunii) nucleele uoare se unesc, producndu-se nucee compuse, mai grele i energie. Astfel prin unirea (fuziunea) a dou nuclee de hidrogen se obine deuteriu i energie; prin unirea a doi deutroni se obine un neutron, un izotop al heliului i energie etc.

n natur reaciile nucleare cele mai obinuite sunt cele de fuziune. Aceste reacii au loc n stele, protonii (materia prim) alctuind peste 70% din materia constitutiv a universului. Prin asemenea procese de fuziune se nasc (n stele) nucleele mai grele, pornind de la protoni. Primul proces de acest tip a fost descoperit de Hans Bethe (ciclul carbon-azot oxigen) n urma cruia, atomii de carbon jucnd rolul de catalizator, din 4 nuclee de hidrogen uor se produce un atom al heliului.

Condiiile i n primul rnd temperatura corpurilor cereti nu au putut fi realizate nc n laboratoare. Pe lng temperaturile de sute de milioane de grade, ar fi necesar ca materia care fuzioneaz s o izolam de pereii camerei, altfel s-ar evapora instantaneu. n momentul n care energetic bazat pe fuziune va intra n exploatare, problema energetic a omenirii va fi rezolvat pentru foarte mult vreme, ntruct combustibilul folosit este hidrogenul, i Pmntul are suficient ap.

Aplicaii ale energiei regenerabile n cldiri

Msurile pentru solar pasiv pot ajuta la reducerea excesului de cldur solar vara, n regiunile cu clim clduroas i s creasc ctigul de cldur solar n timpul iernii. Tehnicile pasive, aa cum o sugereaz i numele, implic msuri care nu solicit n viitor aport energetic mai mare dect cel obinut prin investiia iniial. Ca i izolaia, ele pot mbunti cptueala locuinei i asigur durabilitatea acesteia pentru o lung perioad de timp. Potenialul de ncorporare a msurilor solare pasive n cas sunt ilustrate mai jos. Depinznd de modul n care se deschid ferestrele, este posibil s fie prevzute obloane exterioare sau jaluzele rulabile care vor preveni ptrunderea n ncpere a luminii solare directe n timpul zilei. n plus, obloanele pot reduce pierderile de cldur n timpul orelor de ntuneric din timpul iernii. n mod alternativ, perdele de foioase plantate la o distan potrivit vor filtra lumina solar n timpul verii i vor lsa lumina solar s treac printre ramurile desfrunzite n timpul iernii. Un perete cortin va lsa aerul, nclzit de soare printr-un geam, s urce i s produc aer cald care poate fi folosit s nclzeasc casa n mod pasiv.

Alte surse regenerabile cuprind apa nclzit solar i panouri cu celule solare care sunt cel mai bine amplasate pe acoperi dac este vorba de o construcie convenional i are orientarea potrivit. Acest lucru este uor de realizat cnd e vorba de o construcie nou i mai dificil pentru locuine deja existente. Un horn este cerina pentru un boiler pe biomas i poate s fi fost utilizat n trecut pentru un boiler pe combustibil fosil. Dac grdina este suficient de mare, poate fi posibil ngroparea unei evi de colector de cldur pentru o surs subteran de cldur orizontal. Alternativa este s se sape un pu n care s se introduc eava colectorului vertical. O alt alternativ este o pomp de cldur cu sursa de cldur aer.

Turbina eolian este montat n general pe un catarg i este nevoie s fie mai sus dect coama acoperiului. Schia casei ilustreaz posibilitatea de a instala un numr de tehnologii regenerabile la aceeai cldire. Totul depinde de mrimea casei, orientarea acesteia, mrimea grdinii i prezena locuinelor adiacente. Pentru oamenii care triesc la ar sau n sate mici, ar fi uor s instaleze una sau mai multe din aceste surse. Pentru cei care locuiesc n orae vor fi mai puine oportuniti de aplicare a acestor tehnologii pe locuine individuale. Totui pentru grupuri mici de locuine, o schem mic de nclzire comunal sau de generare a electricitii poate fi mai posibil i ar putea fi mai ieftin dect instalarea de sisteme individuale pentru fiecare locuin n parte. Tehnologiile combinate sunt uzuale dar nu exist nici un motiv pentru care ele s nu fie considerate dect din punctul de vedere al costului. nclzirea solar a apei este mai comun n sudul Europei, biomasa n Europa Central i de Nord. Pompele de cldur sunt instalate n toat Europa, cu sisteme reversibile n sud pentru rcire n timpul verii i nclzire doar n nordul continentului. Turbinele eoliene i panourile fotovoltaice sunt complementare datorit abundenei soarelui n timpul verii i a vntului n timpul iernii. Deci, e favorabil instalarea ambelor sisteme, aceasta trebuind a fi fcut pentru maximizarea cantitii de electricitate regenerabil generate. Exist unele sinergii ntre cele dou tehnici, care vor conduce la o anumit economie de echipamente electrice.Surse locale de energie

Migraia dinspre zonele rurale ctre cele urbane a coincis cu industrializarea multor procese care, n trecut, aveau loc la scar local asigurnd consumul local. Aceast schimbare a fost nsoit de mrirea sau crearea unor surse mari, centralizate, de energie cum ar fi generarea de electricitate sau scheme de nclzire districtual. Acestea au necesitat o reea de electricitate sau o reea de conducte pentru a transmite electricitatea, respectiv cldura de la sursa central spre beneficiari. Odat cu creterea produciei de electricitate i cldur la nivel local pentru a acoperi nevoile locale, reeaua are acum o nou funciune. Dac la nivel local este generat o cantitate insuficient de electricitate se poate prelua electricitate din reea. De asemenea, n caz contrar, electricitatea poate fi exportat ctre reea, dac este produs local o cantitate n exces. Generarea local rezolv problema pierderilor de energie induse n transmiterea i distribuia electricitii i cldurii. Datorit eficienei mai ridicate i nevoii de a reduce dependena de combustibilii fosili, crete tendina de a produce energie la nivel local.CONCLUZII

Exist foarte multe avantaje ale utilizrii surselor regenerabile de energie nct este surprinztor c ele nu sunt utilizate pe scar mai larg. Utilizarea durabil a energiei impune folosirea surselor regenerabile de energie oriunde acest lucru este posibil pentru a pstra resursele de combustibili fosili i a limita poluarea mediului. .

14