copy of surse neconventionale de aliment are cu energie electrica nou
Embed Size (px)
TRANSCRIPT
SURSE NECONVENTIONALE DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA
1SOLUTII DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA
Transmisia energiei electrice sau de icircnaltă tensiune este transferul mai mare a energiei
electrice de la generatoare de centrale electrice la staţii situate icircn apropiere de centrele de
populaţie Aceasta este distinctă de cablajul local icircntre staţiile de icircnaltă tensiune şi a clienţilor
care este de obicei menţionată ca distribuţie a energiei electrice Liniile de transmisie atunci cacircnd
sunt interconectate unele cu altele devin reţelele de icircnaltă tensiune de transport Icircn Statele Unite
acestea sunt de obicei denumite icircn continuare reţelelor electrice sau uneori pur şi simplu ca
reţea icircn timp ce icircn Marea Britanie de reţea este cunoscut sub numele de reţeaua naţională
America de Nord are trei grile majore cea de Vest interconectare de Est şi cea de vest sau
Fiabilitatea Electrica a Consiliului din Texas (sau ERCOT) grilă
Din punct de vedere istoric liniile de transport şi de distribuţie au fost deţinute de aceeaşi
companie dar icircn ultimul deceniu atacirct de multe ţări au introdus reforme de piaţă care au condus la
separarea activităţii de transport de energie electrică de distribuţie de afaceri
Linii de distributie utilizează cea mai mare parte de curent alternativ trifazat (AC) deşi
AC monofazate este uneori utilizat icircn sistemele de electrificare feroviare Tehnologia de curent
de icircnaltă tensiune (HVDC) este tehnologia utilizată doar pentru distanţe foarte lungi (de obicei
mai mare de 400 mile sau 600 km) cabluri de putere submarine (de obicei mai mult de 30 mile
sau 50 km) sau pentru conectarea a două reţele de curent alternativ care nu sunt sincronizate
Energia electrică este transmisa la tensiuni mari (110 kV sau mai sus) pentru a reduce
energia pierdută icircn transmiterea la distanta Puterea este de obicei transmisa prin intermediul
liniilor electrice aeriene Transmisie de putere subterane au un cost semnificativ mai mare şi mai
mare limitări operaţionale dar este utilizat uneori icircn zone urbane sau locaţii sensibile
LEA de transport
Conductori de icircnaltă tensiune aeriene nu sunt acoperite de izolare Materialul conductor
este aproape icircntotdeauna un aliaj de aluminiu a făcut icircn şuviţe mai multe şi eventual armate cu
fire de oţel Cupru a fost folosit uneori pentru transmiterea energiei pe cale aeraena dar este mai
mic icircn greutate pentru performanţe echivalente şi mult mai ieftin Conductoare aeriene sunt un
bun furnizate de către mai multe companii din icircntreaga lume Icircmbunătăţirea material conductor şi
formele sale sunt folosite icircn mod regulat pentru a permite creşterea capacităţii şi modernizare a
circuitelor de transmisie Conductorii de dimensiuni variaza de la 12 mm patrati ( 6 ecartament
sacircrmă american) la 750 mm patrati (1590000 mile suprafaţa circulară ) cu diferite capacitati de
rezistenţă şi de curent electric Fire mai groase ar conduce la o creştere relativ mică a capacităţii
ca urmare a efectului de piele care provoacă cele mai multe fluctuatii ale curentelor de aproape
de suprafata de sarma
Adiacent Statele Unite ale reţelei de transmisie a puterii constă de 300000 de km de linii operate
de 500 de companii
Astăzi tensiuni la nivel de transmisie sunt de obicei considerate a fi 110 kV şi mai sus
Tensiuni mai mici cum ar fi 66 kV şi 33 kV sunt considerate de obicei sub-tensiuni de
transmitere dar sunt folosite ocazional pe linii lungi cu sarcini uşoare Tensiunile mai puţin de 33
kV sunt de obicei folosite pentru distribuire Tensiunile mai inalte 230 kV sunt considerate de
foarte icircnaltă tensiune şi necesită modele diferite icircn comparaţie cu echipamentul folosit la tensiuni
mai mici
Deoarece linii electrice aeriene de transport sunt neizolate modelul de aceste linii
necesită distanţele minime care trebuie respectate pentru a menţine siguranţa Condiţiile climatice
nefavorabile de vacircnt puternic şi temperaturi scăzute poate duce la pene de curent viteze ale
vacircntului cacirct mai scăzut de 23 noduri (43 km h) poate permite să atenteze conductoare
autorizaţiile de operare rezultacircnd icircntr-o conturnare şi pierdere de aprovizionare Mişcare de
oscilaţie a liniei fizice poate fi numit galop sau flutter icircn funcţie de frecvenţa şi amplitudinea de
oscilaţie
Transmisia subterana
Energie electrică pot fi de asemenea transmisa prin cabluri electrice subterane icircn loc de
linii electrice aeriene Ele pot ajuta la transmiterea puterii icircntre
bull zonele urbane dens populate
bull zonele unde terenul nu este disponibilă sau acordul de planificare este dificil
bull racircuri şi alte obstacole naturale
bull teren cu patrimoniul naturale deosebite sau de mediu
bull domeniile de dezvoltare a infrastructurii semnificative sau de prestigiu
bull terenuri a căror valoare trebuie să fie menţinute pentru a expansiunii urbane viitoare şi
dezvoltare rurală
Unele alte avantaje de cabluri electrice subterane bull mai puţine daune cauzate de condiţiile meteorologice severe (icircn principal fulgere vacircnt)
bull emisiefoarte multe icircn zona icircnconjurătoare de cacircmpuri electromagnetice (EMF) bull cabluri subterane nevoie de o facircşie icircngustă icircnconjoară de aproximativ 10-10 de metri instalata icircn timp ce o linie aeriană necesită o bandă care icircnconjoară de aproximativ 2-20 metri lăţime să fie menţinuţi icircn permanenţă clar pentru siguranţă icircntreţinere şi reparaţii bull cabluri subterane nu prezintă niciun pericol pentru aeronavele mici care zboară sau faunei sălbatice şi sunt semnificativ mai sigure ca acestea le prezintă nici un pericol de electrocutare bull sunt mult mai puţin supuse la furt conexiuni ilegale sabotaj şi daune de la conflictele armate
Unele dezavantaje ale cablurilor electrice subterane
bull ingroparea este mai scump deoarece costul de icircngropare cablurile de tensiuni de
transport este de cacircteva ori mai mare decacirct linii electrice aeriene precum şi costul ciclului de
viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice
aeriene
bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore
reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse
bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute
direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi
bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane
produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu
Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de
icircntreţinere mai scumpe şi de management
Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn
prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea
o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei
optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu
ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta
plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar
permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi
cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară
largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu
toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn
timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn
ultimele decenii
PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA
ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE
Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn
primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte
Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei
electrice la distanţe apreciabile
Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice
Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere
considerabilă a consumului de energie
Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor
lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit
independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de
producţie
Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat
necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie
nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate
de la sursă la locurile de consum
Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a
primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei
electrice la distanţă
Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui
nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest
domeniu devin electrotehnicieni
Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare
datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale
energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie
Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC
Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la
utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin
transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ
intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)
Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii
unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există
stocată icircn stare naturală şi centrele de consum
Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie
rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de
mai mulţi factori şi anume
- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a
energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil
- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)
- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite
Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
LEA de transport
Conductori de icircnaltă tensiune aeriene nu sunt acoperite de izolare Materialul conductor
este aproape icircntotdeauna un aliaj de aluminiu a făcut icircn şuviţe mai multe şi eventual armate cu
fire de oţel Cupru a fost folosit uneori pentru transmiterea energiei pe cale aeraena dar este mai
mic icircn greutate pentru performanţe echivalente şi mult mai ieftin Conductoare aeriene sunt un
bun furnizate de către mai multe companii din icircntreaga lume Icircmbunătăţirea material conductor şi
formele sale sunt folosite icircn mod regulat pentru a permite creşterea capacităţii şi modernizare a
circuitelor de transmisie Conductorii de dimensiuni variaza de la 12 mm patrati ( 6 ecartament
sacircrmă american) la 750 mm patrati (1590000 mile suprafaţa circulară ) cu diferite capacitati de
rezistenţă şi de curent electric Fire mai groase ar conduce la o creştere relativ mică a capacităţii
ca urmare a efectului de piele care provoacă cele mai multe fluctuatii ale curentelor de aproape
de suprafata de sarma
Adiacent Statele Unite ale reţelei de transmisie a puterii constă de 300000 de km de linii operate
de 500 de companii
Astăzi tensiuni la nivel de transmisie sunt de obicei considerate a fi 110 kV şi mai sus
Tensiuni mai mici cum ar fi 66 kV şi 33 kV sunt considerate de obicei sub-tensiuni de
transmitere dar sunt folosite ocazional pe linii lungi cu sarcini uşoare Tensiunile mai puţin de 33
kV sunt de obicei folosite pentru distribuire Tensiunile mai inalte 230 kV sunt considerate de
foarte icircnaltă tensiune şi necesită modele diferite icircn comparaţie cu echipamentul folosit la tensiuni
mai mici
Deoarece linii electrice aeriene de transport sunt neizolate modelul de aceste linii
necesită distanţele minime care trebuie respectate pentru a menţine siguranţa Condiţiile climatice
nefavorabile de vacircnt puternic şi temperaturi scăzute poate duce la pene de curent viteze ale
vacircntului cacirct mai scăzut de 23 noduri (43 km h) poate permite să atenteze conductoare
autorizaţiile de operare rezultacircnd icircntr-o conturnare şi pierdere de aprovizionare Mişcare de
oscilaţie a liniei fizice poate fi numit galop sau flutter icircn funcţie de frecvenţa şi amplitudinea de
oscilaţie
Transmisia subterana
Energie electrică pot fi de asemenea transmisa prin cabluri electrice subterane icircn loc de
linii electrice aeriene Ele pot ajuta la transmiterea puterii icircntre
bull zonele urbane dens populate
bull zonele unde terenul nu este disponibilă sau acordul de planificare este dificil
bull racircuri şi alte obstacole naturale
bull teren cu patrimoniul naturale deosebite sau de mediu
bull domeniile de dezvoltare a infrastructurii semnificative sau de prestigiu
bull terenuri a căror valoare trebuie să fie menţinute pentru a expansiunii urbane viitoare şi
dezvoltare rurală
Unele alte avantaje de cabluri electrice subterane bull mai puţine daune cauzate de condiţiile meteorologice severe (icircn principal fulgere vacircnt)
bull emisiefoarte multe icircn zona icircnconjurătoare de cacircmpuri electromagnetice (EMF) bull cabluri subterane nevoie de o facircşie icircngustă icircnconjoară de aproximativ 10-10 de metri instalata icircn timp ce o linie aeriană necesită o bandă care icircnconjoară de aproximativ 2-20 metri lăţime să fie menţinuţi icircn permanenţă clar pentru siguranţă icircntreţinere şi reparaţii bull cabluri subterane nu prezintă niciun pericol pentru aeronavele mici care zboară sau faunei sălbatice şi sunt semnificativ mai sigure ca acestea le prezintă nici un pericol de electrocutare bull sunt mult mai puţin supuse la furt conexiuni ilegale sabotaj şi daune de la conflictele armate
Unele dezavantaje ale cablurilor electrice subterane
bull ingroparea este mai scump deoarece costul de icircngropare cablurile de tensiuni de
transport este de cacircteva ori mai mare decacirct linii electrice aeriene precum şi costul ciclului de
viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice
aeriene
bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore
reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse
bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute
direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi
bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane
produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu
Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de
icircntreţinere mai scumpe şi de management
Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn
prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea
o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei
optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu
ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta
plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar
permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi
cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară
largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu
toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn
timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn
ultimele decenii
PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA
ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE
Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn
primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte
Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei
electrice la distanţe apreciabile
Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice
Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere
considerabilă a consumului de energie
Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor
lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit
independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de
producţie
Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat
necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie
nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate
de la sursă la locurile de consum
Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a
primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei
electrice la distanţă
Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui
nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest
domeniu devin electrotehnicieni
Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare
datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale
energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie
Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC
Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la
utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin
transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ
intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)
Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii
unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există
stocată icircn stare naturală şi centrele de consum
Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie
rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de
mai mulţi factori şi anume
- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a
energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil
- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)
- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite
Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
Deoarece linii electrice aeriene de transport sunt neizolate modelul de aceste linii
necesită distanţele minime care trebuie respectate pentru a menţine siguranţa Condiţiile climatice
nefavorabile de vacircnt puternic şi temperaturi scăzute poate duce la pene de curent viteze ale
vacircntului cacirct mai scăzut de 23 noduri (43 km h) poate permite să atenteze conductoare
autorizaţiile de operare rezultacircnd icircntr-o conturnare şi pierdere de aprovizionare Mişcare de
oscilaţie a liniei fizice poate fi numit galop sau flutter icircn funcţie de frecvenţa şi amplitudinea de
oscilaţie
Transmisia subterana
Energie electrică pot fi de asemenea transmisa prin cabluri electrice subterane icircn loc de
linii electrice aeriene Ele pot ajuta la transmiterea puterii icircntre
bull zonele urbane dens populate
bull zonele unde terenul nu este disponibilă sau acordul de planificare este dificil
bull racircuri şi alte obstacole naturale
bull teren cu patrimoniul naturale deosebite sau de mediu
bull domeniile de dezvoltare a infrastructurii semnificative sau de prestigiu
bull terenuri a căror valoare trebuie să fie menţinute pentru a expansiunii urbane viitoare şi
dezvoltare rurală
Unele alte avantaje de cabluri electrice subterane bull mai puţine daune cauzate de condiţiile meteorologice severe (icircn principal fulgere vacircnt)
bull emisiefoarte multe icircn zona icircnconjurătoare de cacircmpuri electromagnetice (EMF) bull cabluri subterane nevoie de o facircşie icircngustă icircnconjoară de aproximativ 10-10 de metri instalata icircn timp ce o linie aeriană necesită o bandă care icircnconjoară de aproximativ 2-20 metri lăţime să fie menţinuţi icircn permanenţă clar pentru siguranţă icircntreţinere şi reparaţii bull cabluri subterane nu prezintă niciun pericol pentru aeronavele mici care zboară sau faunei sălbatice şi sunt semnificativ mai sigure ca acestea le prezintă nici un pericol de electrocutare bull sunt mult mai puţin supuse la furt conexiuni ilegale sabotaj şi daune de la conflictele armate
Unele dezavantaje ale cablurilor electrice subterane
bull ingroparea este mai scump deoarece costul de icircngropare cablurile de tensiuni de
transport este de cacircteva ori mai mare decacirct linii electrice aeriene precum şi costul ciclului de
viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice
aeriene
bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore
reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse
bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute
direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi
bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane
produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu
Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de
icircntreţinere mai scumpe şi de management
Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn
prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea
o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei
optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu
ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta
plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar
permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi
cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară
largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu
toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn
timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn
ultimele decenii
PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA
ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE
Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn
primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte
Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei
electrice la distanţe apreciabile
Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice
Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere
considerabilă a consumului de energie
Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor
lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit
independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de
producţie
Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat
necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie
nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate
de la sursă la locurile de consum
Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a
primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei
electrice la distanţă
Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui
nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest
domeniu devin electrotehnicieni
Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare
datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale
energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie
Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC
Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la
utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin
transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ
intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)
Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii
unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există
stocată icircn stare naturală şi centrele de consum
Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie
rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de
mai mulţi factori şi anume
- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a
energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil
- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)
- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite
Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice
aeriene
bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore
reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse
bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute
direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi
bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane
produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu
Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de
icircntreţinere mai scumpe şi de management
Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn
prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea
o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei
optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu
ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta
plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar
permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi
cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară
largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu
toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn
timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn
ultimele decenii
PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA
ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE
Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn
primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte
Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei
electrice la distanţe apreciabile
Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice
Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere
considerabilă a consumului de energie
Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor
lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit
independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de
producţie
Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat
necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie
nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate
de la sursă la locurile de consum
Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a
primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei
electrice la distanţă
Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui
nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest
domeniu devin electrotehnicieni
Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare
datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale
energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie
Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC
Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la
utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin
transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ
intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)
Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii
unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există
stocată icircn stare naturală şi centrele de consum
Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie
rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de
mai mulţi factori şi anume
- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a
energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil
- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)
- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite
Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA
ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE
Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn
primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte
Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei
electrice la distanţe apreciabile
Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice
Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere
considerabilă a consumului de energie
Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor
lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit
independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de
producţie
Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat
necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie
nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate
de la sursă la locurile de consum
Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a
primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei
electrice la distanţă
Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui
nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest
domeniu devin electrotehnicieni
Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare
datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale
energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie
Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC
Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la
utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin
transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ
intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)
Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii
unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există
stocată icircn stare naturală şi centrele de consum
Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie
rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de
mai mulţi factori şi anume
- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a
energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil
- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)
- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite
Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui
nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest
domeniu devin electrotehnicieni
Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare
datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale
energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie
Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC
Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la
utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin
transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ
intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)
Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii
unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există
stocată icircn stare naturală şi centrele de consum
Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie
rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de
mai mulţi factori şi anume
- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a
energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil
- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)
- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite
Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15
Fig15
Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la
care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc
La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane
cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe
de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde
densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn
perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori
Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor
industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul
acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic
edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)
Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor
urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari
importanţi
Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului
de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de
confort ambietal etc
Retele electrice de
TRANSPORT
Centrale
ELECTRICE
Centre de
CONSUM
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
DE JOASĂ TENSIUNE
Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei
electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o
reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de
transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe
partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe
partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune
Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie
radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori
care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire
se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de
un motor cu ardere internă (grup electrogen)
Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi
prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta
cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea
electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite
TRAFO
ID-MT
RED-
MT
MMmmMT
REDA-JT
ID-JT TD TGFig 81
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce
destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă
icircn orice locație
Prezentare
O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie
mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face
cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană
Cum funcţionează o turbină eoliană
Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică
este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea
acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul
electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui
invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent
alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător
existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin
intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează
direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică
este cea mai răspacircndită
Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor
acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţioneza direct axul central al generatorului electric
Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza
informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o
funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman
Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă
trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul
energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată
automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite
multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se
porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat
fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani
Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este
cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei
generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al
sistemului energetic
Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei
eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu
toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi
energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a
vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care
urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte
riscuri
considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale
nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu
pe baza ciclului de viaţă al produselor
Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii
intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării
industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo
privind viitorul Uniunii Europene
5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE
ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI
ELECTRICE
Impact asupra sistemului electroenergetic național
Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului
electroenergetic național fiind necesare
mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și
prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai
mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat
mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid
mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn
funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor
negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro
Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)
Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate
turbinele pentru care exista cereri de racord
Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare
a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este
de 2660 MW de peste opt ori mai redusa
In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de
centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere
instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul
electroenergetic national
Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al
Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul
Energiei (ANRE)
Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai
mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania
sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in
conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW
Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a
prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este
fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in
prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem
- SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
- DE JOASĂ TENSIUNE
- Cum funcţionează o turbină eoliană
-
POSTUL DE TRANSFORMARE
Consideraţii generale
Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi
echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia
electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse
icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele
electrice
Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două
implicaţii
- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit
- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere
din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune
Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente
principale respectiv
-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute
componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau
aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc
respectiv
-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este
tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind
determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de
continuitatea icircn alimentare
GRUPUL ELECTROGEN
Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de
bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de
inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria
zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin
alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali
Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire
Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică
de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii
- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă
- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute
Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a
primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică
neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de
icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene
Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA
Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte
automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la
bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest
proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul
electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de
automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale
SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE
Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu
producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul
echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă
[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai
ales al celor legate de siguranţa naţională
Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte
a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea
b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze
tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele
c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe
sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator
Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de
icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără
icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat
Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen
folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric
avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de
icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care
capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială
2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE
Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie
SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash
eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar
Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)
obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de
energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului
planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)
A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash
geotermală şi energia mareelor
Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent
termic pentru icircncălzire etc
Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru
a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat
Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare
fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică
la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea
energiei electrice
Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie
termică adesea este numită energia solară termică
Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice
Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere
anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de
producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani
conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit
Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate
mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad
oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică
Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare
apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn
energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)
Energia eoliană
Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea
mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo
Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri
icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum
icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative
O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a
evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se
transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată
icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn
ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind
aşa numitele turbine de flux
Energia biomasei de asemenea de origine solară
Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă
sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă
tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru
multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub
formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de
biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă
bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul
de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei
cu bioxid de carbon
Soarele ndash noţiuni generale
Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m
Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura
Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind
procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu
este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate
cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2
Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv
139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)
şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear
ENERGIA EOLIANĂ
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului
Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau
macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un
generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in
energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904
MW ac
estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o
sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a
crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei
eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania
(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul
uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti
nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi
aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține
zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini
mai mari şi icircn zone oceanice
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita
in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra
mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili
Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel
redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al
stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre
de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn
Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor
eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual
nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi
nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate
dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare
Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor
Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn
această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn
general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian
şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar
foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei
de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis
sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această
distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu
acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu
zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei
biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici
ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene
parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al
mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice
adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile
BIOMASA
Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce
Definiţia energiei regenerabile si a biomasei
Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva
obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea
surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului
energetic si protectia mediului
Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru
incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de
energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile
piatei de energie
Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe
energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili
Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele
scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul
de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e
nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este
ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile
vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate
face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă
provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii
fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia
biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an
Lemnulicircnaintea cărbunelui
Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune
Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii
fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa
proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza
timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele
naturale şi petrolul
Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia
solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru
că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul
Şi deşeurile conţin energie
Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse
specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea
nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din
elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din
elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea
lemnului icircn industria papetăriei
Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru
producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine
problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de
carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta
Etanol şi biogaz din deşeuri
Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi
drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme
lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea
lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi
industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din
lichefierea carbonului
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica
pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a
biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine
din materii organice precum apele uzate sau bălegarul
Lemnul este principala sursă bio
Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză
mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu
rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi
din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului
deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă
lemnul
Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii
pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri
buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri
energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună
parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi
rentabile
De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru
culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa
agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele
reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz
Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului
biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din
bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole
Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd
problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie
Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală
Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la
consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn
ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul
propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the
future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al
ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare
pacircnă icircn 2010
De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit
deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany
estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile
Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă
pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste
300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei
Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca
ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn
prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse
hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi
Ori combustibili ori hrană
Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea
combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu
icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul
utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul
britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii
Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc
combustibili verzi (biogaz sau alcool)
Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe
statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar
ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică
biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele
Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu
reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376
milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară
este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar
Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de
carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259
milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a
atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea
terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă
Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra
aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum
reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri
fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile
iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care
mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi
concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei
obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din
rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri
alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor
din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic
Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat
sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor
astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că
reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de
gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar
putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant
ar duce la alte defrişări
3COMPARATII(criteriiierarhizari)
Surse regenerabile de energie de origine non - solară
Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la
originea sa energia solară
Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din
adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta
pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale
materialelor radioactive)
Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul
cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)
energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se
revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate
Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală
de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta
poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia
eoliană sau fotovoltaică)
Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie
mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce
doar apă)
Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care
sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi
căldură sau a unui automobil cu energie electrică
Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a
consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera
Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere
emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea
sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate
Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică
electromagnetică şi nucleară
Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele
Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică
adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie
(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor
atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd
lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se
formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi
concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate
servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice
reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice
Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor
atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia
termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn
rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică
energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct
temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a
combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său
transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică
Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni
şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de
potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii
principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se
mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o
formă a energiei cinetice
Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este
transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu
razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă
un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin
spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi
de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie
cinetică
Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de
obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai
multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se
transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă
icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1
eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024
de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi
obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă
doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa
fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori
mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn
rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn
energie termică
ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ
Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de
gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )
Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi
accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă
Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al
schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor
meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea
nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi
animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor
La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac
aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-
tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale
solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc
Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei
icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele
alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de
valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii
datorită icircncălzirii climei
RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA
Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu
numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă
nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul
Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia
Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin
reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie
regenerabilă (energie curată)
Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile
foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea
lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte
icircndepărtat
Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii
ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi
tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o
alternativă viabilă la sursele tradiţionale
RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ
Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind
- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice
prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate
izolate cacirct şi icircn marile centre urbane
Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem
siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi
calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)
Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori
mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)
- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)
Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi
montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei
Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri
solare
- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de
100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană
- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai
puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată
EXEMPLE
In Romania
Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din
staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de
vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru
producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată
Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de
6 ani
Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt
- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate
şi anticorozive
- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid
In lume
- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii
1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case
aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE
cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii
- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW
Photowatt Franţa
- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi
electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori
Energia eoliana
Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii
denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate
prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70
cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia
eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent
(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii
Stiati ca
- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de
aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual
pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)
EXEMPLE
In Romania
- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele
eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate
pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m
- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn
condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de
investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari
In lume
- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent
energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul
mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării
- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu
Hawaii
Energia hidroelectrica
Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate
Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică
Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează
echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)
Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice
- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare
- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa
depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior
Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa
din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia
Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn
impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi
animale din zona respectivă
Stiati ca
- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului
Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal
- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW
EXEMPLE
In Romania
- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW
instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)
In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi
Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate
- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale
Energia geotermala
Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură
Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii
- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur
- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi
abur
Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii
30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW
(pentru energie
electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)
EXEMPLE
In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei
geotermale
In lume
- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii
Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili
de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii
EE
Energia din biomasa
Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate
din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc
Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20
GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei
sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi
folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură
Stiati ca
In Romania
La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu
altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile
investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)
Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese
- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2
- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2
- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan
- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88
- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru
dezvoltarea turismului icircn zonă
- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea
costurilor pentru icircncălzire (-81)
-
In lume
-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ
cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare
- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind
urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe
termen lung
Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale
Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de
24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de
puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW
Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi
concepte tehnologii şi materiale
Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a
eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente
Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene
vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei
eoliene
Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003
Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală
de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată
astfel
10487131048713508 Germania
10487131048713216 Spania
10487131048713108 Danemarca
10487131048713310 Italia
10487131048713083 Franţa
Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic
naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora
Statele Membre vor
10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor
regenerabile
1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice
necesare debitării energiei icircn sistemul naţional
10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi
distribuitori
10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la
finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării
Energia eoliană ndash EUROPA 2002
1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de
consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257
milioane de persoane
10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică
10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni
de centrale eoliene
10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU
10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a
fost de 35
10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010
1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore
10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse
10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică
1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)
10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de
familii respectiv 86 milioane de persoane
10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro
10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin
Protocolul de la Kyoto
10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili
10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2
10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro
10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada
2001-2010
World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010
Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010
Sursa World Wind Energy Association
Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020
1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore
10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE
10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE
1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020
1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate
10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv
pentru 195 milioane de personae
Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia
Regimul vacircnturilor icircn Romania
Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile
circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de
particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor
care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este
direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt
caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile
carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe
versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea
sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms
iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai
mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe
litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)
Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea
N-V 35
S 11
S-E 11
S-E 11
N 11
Calm 22
Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn
Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta
Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc
Harta potenţialului eolian al Romacircniei
In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent
Noţiuni generale
Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa
şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical
Imagine a două mori de vacircnt
Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta
mai bine energia vacircntului
Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze
Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era
foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost
utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului
Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte
intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea
perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa
Mori de vacircnt olandeze (2006)
Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi
materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea
considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene
Moară de vacircnt (Germania de Nord)
Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi
tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se
inspiră după profilul aripilor de avion
Eoliană modernă
Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu
ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de
dispariţie
bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi
diferite
bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil
plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror
intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor
care roteşte dispozitivul
Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus
Eoliene Belgia
Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au
navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine
marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si
stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina
marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente
moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de
agrement
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in
vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului
pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa
exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant
moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km
Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către
soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede
decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea
aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării
aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa
poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)
Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt
din Creta
Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de
presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn
jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina
boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau
lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn
rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din
Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape
5000 de ani (Figura 91)
Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai
puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua
electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene
Figura 92 Turbine eoliene de mică
dimensiune
O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a
produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)
mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)
ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)
Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune
Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre
case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o
icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față
vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate
pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite
electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe
poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie
eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber
Turbine cu axe verticale şi orizontale
Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor
axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o
moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)
Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy
Eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea
rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei
(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus
nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax
orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament
redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc
antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive
icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal
Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd
astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi
amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase
Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi
oceanelor
Eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai
adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se
obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian
ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă de rotorul cu două pale Eolienele cu ax orizontal sunt
cele mai utilizate deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax
vertical sunt mai puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal
bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul
este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului
bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-
orientează
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele
mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt
mai reduse şi are o stabilitate mai bună
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi
forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de
orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia
Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes
pentru producerea de energie electrică la scară industrială
Clasificarea eolienelor
Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate
Diametrul palelor
Puterea nominală
Mică putere lt12 m lt 40 kW
Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW
Mare putere gt 46 m gt 1 MW
Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe
de 3 persoane fără icircncălzirea electrică
Evoluţia puterii şi a taliei
45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t
Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei
electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este
sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene
icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de
creştere de 25 icircn 2003
Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul
energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică
pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare
putere se află icircn Europa
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată
diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei
icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor
Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este
pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai
vechi de 10 ani
(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)
Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de
cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este
scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele
dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro
Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea
constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de
cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura
dezvoltării tehnologiei
Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau
agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia
eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de
familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de
muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora
instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se
icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect
implicaţi icircn filiera eoliană
Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW
Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi
controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză
variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului
Tipuri de instalări
O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece
perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau
agricole din apropiere
Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este
racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene
Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face
pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn
cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor
şi ameliorează estetica
Fermă eoliană
Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ
Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar
icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene
Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene
Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă
Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene
Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea
unor consumatori de curent alternativ
Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene
Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi
vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu
succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a
acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37
Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană
Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea
apei din racircuri etc
Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită
exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială
trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care
poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni
Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice
Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice
cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638
este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de
curent electric antrenat de un motor termic
Fig 638 Sistem eolian hybrid
Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene
Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu
ajutorul surselor regenerabile de energie
Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie
Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri
fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori
Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie
solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat
motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice
4SURSE EOLIENE
GENERALITĂŢI
Definiţie
Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata
pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de
exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea
unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce
invarte rotorul in energie electrica
Utilizări
La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de
73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie
electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț
produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐
icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț
Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu
icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi
folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot
produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de
kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice
Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie
Principiu de conversie
Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca
cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul
este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune
O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei
eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor
antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn
energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri
eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de
puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine
eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW
Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici
Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt
bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului
bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată
bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru
a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului
Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene
Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy
Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu
atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri
se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita
o cutie de viteze step up
Impactul asupra mediului
Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn
comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este
poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru
majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta
tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde
tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul
stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd
instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă
Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi
icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această
privință şi subiectul a devenit un aspect al
autorităților de planificare
Resursele de energie eoliană
Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor
Măsurarea şi utilizarea iesirii
Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu
un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la
icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)
Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene
Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp
Consideraţii privind amplasarea şi planificarea
Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat
deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul
local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu
siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare
trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru
permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens
Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor
optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza
turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric
care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a
maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă
Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă
(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an
Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin
12 km pe oră
Avantaje
Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta
reducerea dependenței de aceşti combustibili
Energia eoliană s‐a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea
surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează
aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene
autonome)
bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu
efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili
bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel
de deşeuri
bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn
centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie
chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn
considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici
Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile
sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene
cu putere instalată de mai mulți megawați
1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W
Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o
unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau
folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a
puterii icircn locul watt‐ului
bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu
unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn
cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de
funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate
Dezavantaje
La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de
mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă
prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre
de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai
turbinelor
Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de
energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face
parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)
Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi
fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela
Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)
megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se
utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie
electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)
Valorile echivalente icircn joule sunt
1 kWh=36 MJ
1 MW‐h=36 GJ
1 GWh=36 TJ
1 TWh=36 PJ
Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul
sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau
unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea
este energia transferată icircn unitatea de timp)
Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea
produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri
afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane
pentru instalarea lor
Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată
că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i
surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare
pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră
Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot pro