- 45 -

Instalatii cogenerative cu motor cu piston

Cuprins

1. Notiuni generale 1.1. Soluii de alimentare cu energie termic 1.2. Definirea conceptului de cogenerare 1.3. Avantaje i dezavantaje ale cogenerrii 1.4. Indicatori de performanta 1.5. Scurt istoric 1.6. Aplicaii curente 1.7.Cogenerarea in Romania - Cluj-Napoca

2. Tehnici de cogenerare

2.1. Sisteme de cogenerare cu turbin de abur/vapori (TA/TV) 2.2. Sisteme de cogenerare cu motoare termice (MT) 2.3. Sisteme de cogenerare cu turbin cu gaze (TG) 2.3.1 Centrala de producere a energiei electrice i termice : Cet Vest Energo. 2.4. Comparaie ntre sistemele de cogenerare 2.5. Concluzii

3. Situaia actual i perspectivelede dezvoltare ale cogenerarii

3.1. Consideraii generale 3.2. Prezent i perspective ale cogenerrii n Europa 3.3. Prezent i perspective ale cogenerrii n Romnia 3.4. Cogenerarea si sursele de energie regenerabile 3.4.1. Resurse energetice regenerabile/neconvenionale 3.4.2. Biomasa 3.4.3. Energia geotermal 3.5. Trigenerarea

SISTEME DE COGENERARE

1. Notiuni generale

1.1. Soluii de alimentare cu energie termic

Instalaiile de inclzire reprezint un factor major de asigurare a confortului termic al locuinelor sau pentru un proces tehnologic optimizat in cladirile industriale. Este motivul pentru care alegerea unui sistem de incalzire optim trebuie s tin seama de toate avantajele si inconvenientele diferitelor sisteme in concordan cu costurile de exploatare si consumurile energetice minime.

In ceea ce priveste cldirile urbane, alimentarea cu energie termic poate fi facut prin adoptarea urmatoarelor soluii:

In cazul cldirilor mici (case unifamiliale, vile) sunt justificate sursele acestora de alimentare (centrale termice individuale, inclzire electric, sobe cu combustibil solid sau gaz); se pot utiliza de asemenea si soluii de alimentare centralizat cu caldur, daca exist surse regenerabile de energie (solar, geotermal, biomas).

Pentru cldirile colective din ansamblurile urbane relativ mici, se pot adopta soluii de alimentare cu caldur furnizat de centrale termice (CT pentru fiecare bloc sau zona) utilizand combustibili clasici sau deeuri menajere. O soluie de dat mai recent care deja se impune este reprezentat de centralele de cogenerare de talie mic.

In cazul cldirilor colective ale marilor aglomerri urbane, solutia de alimentare cu caldura recomandat este reprezentat de centralele de cogenerare de diferite tipuri (cu turbin de vapori/abur, cu turbin de gaze, cu ciclu mixt vapori/gaze sau cu motoare termice/pe gaz) ).

1.2. Definirea conceptului de cogenerare

Principalele resurse energetice sunt reprezentate de combustibili clasici si sursele regenerabile; dei ultimele sunt n plin dezvoltare, rolul preponderent este jucat n prezent i pentru un viitor destul de ndeprtat de combustibilii clasici. Resursele fiind limitate, iar cererea de energie electric ( L / E ) i termic ( Q ) n continu cretere, se impun msuri de gospodrire raional i de protecie a acestora.

O problem de strict actualitate o reprezint gsirea unor soluii reprezentate de tehnologii care s foloseasc n mod raional combustibilii, s aib randamente ridicate, indicatori tehnici i economici ct mai buni, asigurnd n acelai timp protecia mediului.

O soluie performant, deja verificat, const n combinarea a dou sau mai multe procese energetice astfel nct, printr-o utilizare eficient a combustibililor, randamentul global s fie superior celui obinut pe filiere separate.Sisteme de cogenerare

Un exemplu pentru o astfel de soluie este reprezentat de COGENERARE, care reprezint producerea combinat de cldur i for, o tehnic n care, prin arderea unui combustibil primar, se produc simultan energie mecanic / electric i termic (combined heat and power CHP).Energia termic este disponibil fie direct (nclzire, procese industriale), fie indirect,cu ajutorul unui fluid de lucru, uor de utilizat (vapori, ap cald, ap supranclzit, aer caldetc.).

Energia mecanic disponibil la arborele mainii motrice, este utilizat pentru antrenarea unei alte maini turnante (ventilator, compresor sau, cel mai frecvent, un alternator care produce energie electric). Schema definirii cogenerarii este prezentata in figura 1.

Figura 1. Schema definirii cogenerrii

Important de remarcat este faptul c, pentru a produce L E din cldur, trebuie sexiste o surs cald ( TM ) i una rece ( Tm ). ntr-o central termic clasic, sursa rece ( Tm ) este luat din mediu (aer atmosferic sau ap de ru); cldura absorbit de ea este n general pierdut, ceea ce conduce la faptul c randamentul unui astfel de sistem este mai mic de 50%.

n cazul cogenerrii, cldura cedat sursei reci nu este pierdut; ea se regsete aproape ntotalitate ntr-un fluid de lucru, astfel nct randamentul ajunge la valori de 65-90%.

Cogenerarea permite economia de energie, ceea ce conduce la o reducere a costurilor globale ale energiilor produse.

1.3. Avantaje i dezavantaje ale cogenerrii

Avantajele cogenerrii sunt considerabile si ele constau in:

Securitate funcional; n cazul ntreruperii furnizrii de energie, cogenerarea poate asigura continuitatea n alimentare; poate prelua rolul grupurilor electrogene de siguran, aducnd avantaje economice

Ctig financiar; cogenerarea permite economii de energie primar de circa 35%, cnd este bine adaptat. n Europa, dac energia electric furnizat prin cogenerare va crete la 18% n 2010 (fa de 11% n 1998), economiile de energie vor corespunde la 3-4% din consumul total european.

Recuperarea cldurii gratuite; este cazul uzinelor chimice sau a incineratoarelor de deeuri menajere; cldura, n loc de a se pierde n atmosfer, este utilizat ntr- un ciclu de cogenerare;

Posibilitatea utilizrii unei game largi de combustibili (gaz natural, crbune, deeuri, biogaz); cogenerarea este o tehnic care se acomodeaz uor resurselor locale de energie primar;

Protecia atmosferei; emisiile poluante raportate la kWh sunt mai mici dect n cazul CT clasice, fie privitor la emisiile direct poluante (SO2, NOx, praf), fie privitor la emisiile de gaz producnd efect de ser (CO2); se remarc impactul deosebit de favorabil prin:a) posibilitatea folosirii lemnului, bio-gazului, incinerarea deeurilor;b) valorificarea reziduurilor de CO2, dup tratare, n sere, pentru a favoriza creterea plantelor;

Pierderi mai mici n reeaua electric; centralele de cogenerare sunt amplasate deregul n apropierea consumatorilor;

Contribuie la creterea concurenei ntre productori;

Reprezint o oportunitate de a crea noi ntreprinderi;

Se adapteaz foarte bine n regiunile izolate sau ultraperiferice;

Reducerea considerabil a personalului de ntreinere necesar pentru instalaiileindividuale.

Pe lng toate aceste avantaje considerabile, exist i inconveniente de care trebuie s se in seama:

Investiii ridicate, impuse de tehnicitatea instalaiilor; problema devine i mai delicat dac trebuie adugat cogenerarea la o CT existent.

Exploatarea este mai costisitoare; sistemele cu turbina de abur (TA) presupun un personal autorizat, iar sistemele cu motoare termice sau cu turbine cu gaze (TG), chiar dac pot fi automatizate n ntregime, presupun cheltuieli de ntreinere care greveaz sensibil asupra preului electricitii i cldurii produse.

Riscuri tehnice i financiare:a) costul rezultat pentru energia produsa;b) suportul guvernamental potential pentru tehnologie;c) incidente funcionale (pentru evitarea crora trebuie utilizate materiale foartefiabile);d) preuri variabile ale combustibililor.

In sinteza, se poate aprecia ca prin adoptarea cogenerarii, sunt indeplinite doua obiective majore:

1) Obtinerea unei economii substantiale de combustibil, in comparatie cu producerea separata a celor doua forme de energie (electrica si termica). De exemplu, se constata ca pentru a furniza consumatorilor aceleasi sarcini pentru incalzire urbana ( 100 kWh ) si pentru electricitate (20 kWh), cogenerarea necesita o energie primara de 150 kWh, mai redusa decat cea implicata in producerea separata, care este de 185 kWh; se obtine astfel o economie de energie primara de circa 20% (datele sunt preluate dintr-un raport anual al unei centrale de cogenerare cu TA din Metz, Franta). Economia de combustibil realizata implica si alte avantaje:

reducerea pretului energiei termice si al energiei electrice produse simultan, ca rezultat al consumului unei cantitati mai reduse de combustibil, in comparatie cu productia separata a celor doua forme de energie;

reducerea investitiilor pentru instalatiile de extractie si de transport sau reducerea importurilor de combustibil;

reducerea apelurilor la rezervele strategice de combustibil.

2) Al doilea obiectiv major consista in distributia caldurii printr-un sistem centralizat, care la randul ei prezinta importante avantaje de ordin ecologic, social si igienic:

reducerea emisilor de gaz cu efect de sera, in comparatie cu centralele termoelectrice pe carbune, deoarece acesta, prin insasi compozitia sa chimica produce mai mult CO2 decat gazul natural, pentru o putere echivalenta (acest avantaj poate deveni in anumite cazuri chiar mai important decat economia de combustibil);

reducerea considerabila a circulatiei combustibilului si evacuarea cenusii in cazul utilizarii carbunilor;

economie de spatiu in raport cu instalatiile individuale de incalzire si prepararea apei calde menajere;

posibilitatea valorificarii combustibililor locali, (deseuri, biomasa, etc) avand un impact deosebit de favorabil asupra mediului.

Economia de energie primara generata de o cogenerare performanta focalizeaza interesul energetic pentru aceasta tehnologie. Trebuie insa remarcat faptul ca un randament global ridicat (>85%) presupune concomitent optimizarea instalatiei, care se traduce printr-o investitie ridicata si un necesar de caldura regulat. In cazul in care o instalatie de cogenerare asigura necesarul de caldura pentru o retea de incalzire urbana, acesta poate fi redus in perioadele de toamna primavara, datorita temperaturilor exterioare superioare celor normale sezoniere. Randamentul global al cogenerarii (care se calculeaza ca medie anuala) poate fi deci afectat de diminuarea necesarului de caldura. Aceasta problema si-a gasit o solutie fericita prin tehnica de trigenerare, care consta in producerea combinata si simultana a trei forme de energie (electrica si termica sub forma de caldura si frig), pe baza unei energii primare unice.

1.4. Indicatori de performanta

Inima unei centrale de cogenerare este maina motrice: ea consum o cantitate orar de combustibil corespunznd unei energii termice C i produce energie mecanic L transformat n energie electric E i deeuri termice din care o parte Q este recuperat i utilizat pentru consumatori termici (nclzire, ap cald menajer, procese tehnologice etc.).Pentru caracterizarea cogenerrii se folosesc:

randamentul mecanic:

h = Em C (1)ntruct E este energia scump, cu ct randamentul mecanic crete, cu att cogenerarea este mai interesant i mai rentabil.

Valori tipice ale randamentului mecanic:

sisteme cu TA: 6-22%

sisteme cu TG: 25-35%

sisteme cu MT: 30-48%

randamentul global:

h = E + QG C (2)Aceast valoare d eficacitatea energetic a instalaiei complete; ea variaz mult, de la 50 la95%, n funcie de filier i de utilizarea cldurii.

n figura 2 este prezentat un exemplu pentru calculul randamentului global al producerii n cogenerare, comparativ cu producerea separat a energiei electrice i termice. Se observ avantajul major al cogenerrii, dat de un randament care este net superior fa de cel al producerii separate (pentru exemplul de mai jos diferena fiind de 12%).

Figura 2. Producerea simultan i separat a energiei electrice i termice

Randamentele corespunztoare exemplului prezentat n figura 2 sunt date deexpresiile:h = E + Q 100 = 40 + 40 100 = 80% (3)cogenerare C 100h = E + Q 100 = 40 + 40 100 = 68% (4)producere separat C 117De reinut: noiunea are o valoare scolastic; ntruct cele dou energii (electric i termic) nu au aceeai valoare economic la momente diferite. n practic, rentabilitatea financiar la momentul respectiv va fi elementul determinant al unui proiect de cogenerare.

indicele de cogenerare (raportul cldur / for), care reprezint raportul Q Edintre cantitatea de cldur Q i de energie electric E , furnizate simultan decogenerare. Este o noiune necesar pentru alegerea tipului de instalaie.

raportul for / cldur, care reprezint raportulcogenerare).

consumul specific echivalent: E Q (inversul indicelui de

C = C - Q hE E (5)Aceast mrime d consumul de energie aferent producerii unui kWh n sistemul de cogenerare. Determinarea se face pe baza raionamentului urmtor: dac cogenerarea este implantat ntr-o instalaie unde cldura este n mod normal furnizat de o CT avnd randamentul h , cldura util Q recuperat (pentru consumatorul termic) reduce consumulCT cu valoarea Q h ; se poate spune deci c surplusul de combustibil consumat decogenerare corespunde unei energii egale cu C - Q h , care servete la producerea uneienergii electrice E [kWh]. Consumul specific echivalent permite calculul costului energetic i financiar al kWh (electric) autoprodus prin cogenerare i este foarte util pentru compararea diferitelor sisteme / filiere.

1.5. Scurt istoric

Argumentele n favoarea cogenerrii au evoluat n timp. Prima instalaie a fost realizat la New York n 1877 de Birdsill Holly. n 1893, n Germania, la Hamburg, a fost pus n funciune prima unitate de producere combinat de energie, care marcheaz debutul dezvoltrii n Europa a acestei tehnologii de alimentare centralizat cu energie termic la distan. Argumentul principal a fost evitarea pericolului incendiilor n construciile dense ale oraului, nclzite cu sobe utiliznd crbunele.

La mijlocul secolului 20, argumentele n favoarea tehnicii de cogenerare au fost:

a) economia de combustibil;

b) posibilitatea utilizrii mai eficace a combustibilului solid i a produselor petroliere,evitnd pericolul unei poluri directe sau indirecte.

Optimul pentru utilizarea acestei tehnici este realizat cnd consumatorii de energie electricE i cldur Q sunt grupai (de exemplu: platforme industriale).

O alt ncercare n acest sens dateaz chiar din perioada interbelic i a fost concretizat prin utilizarea unui sistem cogenerativ de tip Rankine, restul tehnologiilor comerciale dezvoltndu-se n ultimii 30 de ani. nc din anul 1935, n SUA exista o reea ntins a capacitilor de producere a energiei, multe industrii avnd pe atunci instalaii asemntoare cu cogenerarea.

Dup crizele petroliere din anii 1970, productorii i consumatorii de energie i-au ndreptat atenia ctre tehnologii noi, care s conduc la scderea costurilor legate de utilizarea energiei.

La sfritul anilor 1980 au nceput s apar centralele de cogenerare utiliznd i ciclulmixt (gaze-abur), ca urmare a fiabilitii turbinei cu gaze.

Expansiunea cogenerrii a aprut n anii 1990 datorit faptului c, n timp, preul energiei a nceput s creasc i datorit ngrijorrii aprute datorit schimbrii climei, concretizat n 1997 prin Protocolul de la Kyoto, care a forat guvernele s caute noi ci de reducere a emisiilor de gaze de ser.

n ultimul deceniu s-a constatat creterea rapid a numrului de instalaii cu cogenerare, statistica MarketLine International artnd c, legat de perspectiva dezvoltrii industriei n domeniul cogenerrii, n urmtorii ani vor avea loc creteri ale investiiilor de la9% actual pn la 18% n 2010, ceea ce reprezint cea mai mare creterea n domeniu, aceasta fiind ncurajat i de liberalizarea producerii i comercializrii energiei.

n Europa, n rile din nord i vest, s-au dezvoltat n primul rnd filiere de talie mare,cu reele de transport de zeci / sute de km i cu sarcini termice de 50-15000 MW.

n Romnia, pe lng cogenerarea industrial, n jurul anilor 1960, dezvoltarea masiv a cldirilor urbane a creat premisele favorabile pentru dezvoltarea cogenerrii n scopul nclzirii centralizate a acestora. De reinut este faptul c Romnia se situeaz pe locul 3 n Europa (dup Rusia i Polonia) din punctul de vedere al taliei reelei de termoficare.

Tendina ultimelor decenii este de a dezvolta cogenerarea mic ( E 1 MWe) saumini/micro cogenerarea ( E 50 kWe), precum i conceptele mai sofisticate, ca de exemplu: cogenerarea modular, energie total etc. (Frana, Germania, Italia, Olanda). Toate au la baz valorizarea la maximum a avantajelor cogenerrii armonizate cu o anumit tendin deindependen energetic.

1.6. Aplicaii curente

Industrie;

Retele de incalzire urbana;

Centre comerciale;

Centre de locuinte colective;

Campusuri universitare;

Centre de sanatate;

Hoteluri, piscine;

Sere.

1.7. Cogenerarea in Romania- Cluj-Napoca

Scurt istoric

Din punctul de vedere al sistemului de termoficare, pentru cartierul Gheorgheni mileniul III a inceput in 1998. ncepnd cu toamna anului 2001, peste 5.000 de locuitori ai cartierului Gheorgheni beneficiaz de avantajele unui nou sistem de asigurare a energiei termice n locuinele proprii. Este vorba de locatarii a aproape 50 de blocuri arondate centralelor termice (CT) nr. 1, 2, 3 i 8 din acest cartier. Cele patru centrale sunt interconectate, mrind astfel insula de energie creat nc din 1998 prin modernizarea CT 8 Gheorgheni.Ce este cogenerarea ?

Conceptul de "cogenerare" definete producerea concomitent,cu aceeai instalaie (grup motor termic-generator de curent, turbin, etc) a energiei termice i electrice.n cadrul exemplului concret al Insulei de energie, cogenerarea se realizeaz cu ajutorul a trei grupuri de cogenerare, avnd fiecare n alctuire:-1 motor cu pistoane, cu funcionare pe gaz,- 1 generator de curent, precum i dou schimbtoare de cldur. Principiul de funcionare al grupului motor-generator l constituie transformarea n energie termice i electrice a lucrului mecanic produs de motor. Cldura obinut n timpul funcionrii motorului, este cedat agentului primar al centralei termice, prin intermediul celor dou schimbtoare de cldur, realizndu-se astfel energia termic. Pe axul motorului, la atingerea unei anumite turaii, este cuplat generatorul de curent, care produce energia electric livrat consumatorilor.Instalaiile de cogenerare se dimensioneaz n corelaie cu necesarul de energie termic, energia electric fiind un produs "secundar". Aceasta este diferena instalaiilor moderne de cogenerare, fa de clasicele CET-uri (Centrale Electrice de Termoficare) Acestea din urm se dimensioneaz pentru necesarul de energie electric, energia termic fiind n acest caz produsul "secundar".Instalaiile de cogenerare au cunoscut o dezvoltare deosebit n ultimele dou decenii, datorit crizelor energetice, i ca urmare a Protocolului de la Kyoto, referitor la reducerea emisiilor de gaze cu efect de ser.

Insula de energie" La baza iniierii acestei investiii au stat relaiile de parteneriat ntre oraele Koln i Cluj Napoca. Astfel, firmele Rhein Energie AGdin Kolni Regia Autonom de Termoficare Cluj Napoca au demarat ncepnd cu anul 1998 un proiect comun de reabilitare a sistemului de producere centralizat a energiei termice n municipiul Cluj Napoca. Ca efect imediat a fost nfiinarea societii romno-germane COLONIA CLUJ-NAPOCA ENERGIE (CCNE), avnd ca obiect principal de activitate producerea energiei termice. Primul obiectiv pus n oper de noua societate a fost introducerea cogenerrii de mic capacitate n sistemul de termoficare. A fost aleas centrala termic de cvartal CT 8 Gheorgheni, care a fost pus n funciune n 1969 i a crei utilaje i instalaii acumulaser n timp un grad avansat de uzur.Utilajele de baz montate n aceast central sunt 2 cazane de ap cald de 1160 kW fiecare i o unitate de cogenerare echipat cu motor termic cu pistoane de 210 kW electric i 350 kW termic, pe gaz natural. Aceast nou instalaie a fost pus n funciune n septembrie 1998. Ea furnizeaz energie termic pentru o grdini i 11 blocuri, nsumnd 170 de apartamente, respectiv peste 400 de ceteni, care locuiesc pe strzile Slnic i Tineretului.Preocupat de extinderea modernizrii i a altor centrale termice din ora, Regia Autonom de Termoficare Cluj-Napoca mpreun cu partenerii si a trecut la modernizarea pe acelai sistem a

altor 3 centrale din cartierul Gheorgheni i realizarea unei "insule de energie". n cursul anului 2001, odat cu creterea puterii financiare i a capacitii tehnice prin alturarea n societate a unui nou partener E.ON Ruhrgas International AG, s-a derulat programul de modernizare a centralelor termice de cvartal CT 1, 2 i 3 Gheorgheni. Cele 3 centrale, care iniial au fost puse n funciune n perioada 1964-1966, alimenteaz cu energie termic 1830 de apartamente cu 4640 de locatari, un complex comercial i o coal.

CT 1 i 2 Gheorgheni au fost tranformate n puncte termice, interconectate la CT 3 Gheorgheni. Aceasta din urm a fost echipat cu 3 cazane de 3300 kW fiecare i 2 uniti de cogenerare a 300 kW electric i 450 kW termic. Unitile de cogenerare sunt cu motoare termice cu piston, pe gaz natural. n completare CT 3 Gheorgheni a fost interconectat cu CT 8 Gheorgheni, ansamblul celor 4 obiective primind numele de "insula de energie". Finanarea investiiilor s-a realizat n proporii egale de ctre cei trei asociai, capitalul investit depind cteva milioane de euro.

Implementarea sistemului de producere combinat de energie termic i electric n cartierul Gheorgheni pentru realizarea "insulei de energie" a condus la:

- aplicarea n practic a celor mai moderne soluii energetice;- utilizarea raional a combustibilului;- costuri de producie i exploatare mici;- creterea gradului de confort n apartamentele consumatorilor- utilizarea energiei electrice pentru nevoile proprii i pomparea surplusului n sistemul energetic naional, devenind astfel i productor de energie electric, ceea ce a condus la eficientizarea investiiei.

Avnd ca parteneri companiile Rhein Energie AG din Koln i EON Ruhrgas Energie AG, n perioada 2004-2005 Regia Autonom de Termoficare Cluj-Napoca a realizat instalaia de cogenerare din incinta Centralei Termice de Zon.Aceast instalaie este echipat cu 3 uniti de cogenerare a 1500 kW electric i 1640 kW termic fiecare i 2 cazane de ap fierbinte de 8 MW i respectiv 14 MW.

Datorit rezultatelor foarte bune obinute din exploatarea instalaiei de cogenerare, s-a decis extinderea proiectului cu o nou investiie care s nlocuiasc la final cazanele de ap fierbinte de 116 MW fiecare, cu o vechime de peste 25 de ani, ineficiente i nvechite moral.Noul proiect const n montarea a 2 cazane moderne de 16MW, respectiv 24MW cu recuperarea cldurii din gazele de ardere i instalaiile energetice auxiliare, investiia fiind estimat la 2.5 milioane euro, nefiind necesar susinerea financiar din partea Primriei Municipiului Cluj Napoca.Investiiile astfel realizate pe platforma Centralei Termice de Zon se vor ridica la valoarea de 10 milioane Euro i vor genera anual o reducere a subveniei asigurate de ctre Primria Municipiului Cluj Napoca cu valori cuprinse ntre 3 i 4 milioane lei.

Implementarea noului proiect prezint urmtoarele avantaje : aplicarea n practic a celor mai moderne soluii energetice; utilizarea raional a combustibilului; costuri de producie i exploatare mai mici; reducerea valorii subveniei pentru energia termic eficientizarea sursei de producere pe platforma Centralei Termice de Zon creterea gradului de confort n apartamentele clujenilor prin creterea continuitii i calitii serviciilor asigurate din noua surs de producere a energiei termice.

2. Tehnici de cogenerare

2.1. Sisteme de cogenerare cu turbin de abur/vapori (TA/TV)

Reprezint sistemul cel mai vechi i rspndit. Utilizat de la nceput pe platforme industriale, s-a extins ulterior i n cazul necesitilor de nclzire urban.

Pentru producerea de cldur sunt utilizate preponderent dou scheme:

a) n industrie, se utilizeaz direct aburul de contrapresiune (figura 3);

b) n domeniul teriar (de exemplu nclzire urban) se utilizeaz mai frecvent ap supranclzit (figura 4).

Avantajul esenial al sistemului const n posibilitatea utilizrii oricrui tip de combustibil. n plus, materialele specifice, agregatele bine cunoscute i construite de multe decenii sunt n general foarte fiabile i durabile.

Inconvenientele constau n greutatea / talia mare, complexitatea i costul ridicat al echipamentelor. De asemenea, indiferent de talie, exploatarea corect presupune un personal competent i specializat.

Performana sistemului producia de energie electric depinde de mai muli factori, dintre care se remarc:

a) debitul de abur furnizat de TA; cu excepia cazurilor unei energii gratuite, debitul total de abur produs este o funcie direct de necesarul de cldur al instalaiilor alimentate de reea. Dac acest necesar este constant n timp, se aleg cazane de nalt presiune i una / mai multe turbine capabile s asigure acest debit total;

Figura 3. Sisteme de cogenerare: reea de abur

1 purj; 2 cazan de abur; 3 abur supranclzit de nalt presiune;4 turbin;5 alternator; 6 degazor; 7 rezervor de alimentare; 8 pomp de alimentare;9 pomp de condensat; 10 rezervor de condensat; 11 sistem de tratare a apei;12 ap de adaos; 13 abur de priz de medie presiune;14 abur de joas presiune;15 ctre utilizatori; 16 retur (condensat).

Figura 4. Sisteme de cogenerare cu TA: reea de ap supranclzit

1 purj; 2 cazan; 3 abur supranclzit (nalt presiune); 4 turbin cu abur;5 alternator; 6 condensator; 7 ap supranclzit; 8 generator direct;9 abur de priz de medie presiune; 10 condensator de medie presiune;11 ctre degazor; 12 condensator joas presiune.

b) contrapresiunea aburului la ieirea din TA; valoarea acesteia depinde numai de utilizarea dat cldurii Q . Ea trebuie s fie ct mai sczut cu putin, iar importana ei este primordial. n uzine, n cazul nclzirii industriale sau a localurilor, valoarea ei este 1-4 bar, compatibil cu temperaturile ce trebuieasigurate nclzirii cerute i cu pierderile de sarcin n reeaua de distribuie. ncazul climatizrii, deoarece cogenerarea produce ap supranclzit, instalaia presupune - n marea majoritate a cazurilor unul / mai multe cazane de nalt presiune care furnizeaz condensatorului TA puterea termic de baz i, pe de alt parte, generatoare suplimentare de joas presiune cu abur sau ap supranclzit, care furnizeaz cldura suplimentar necesar n perioadele foarte friguroase.

c) parametrii caracteristici ( p, T ) ai aburului; cu ct sunt mai nali, cu att se obine mai mult energie electric W pe tona de abur. n schimb, investiiile cresc rapid, echipamentele devin mai complexe i mai dificil de exploatat. n general, presiunile au valori de 25-80 bar, iar supranclzirea aburului este de280-500C.

d) randamentul izentropic al turbinei TA; acesta variaz ntre 85% pentru TAperfecionate cu multe etaje i 55% pentru TA simple i ieftine. Gama de

selecie fiind foarte larg, materialele vor fi optimizate n fiecare caz, n urma unui bilan tehnico-economic.

2.2. Sisteme de cogenerare cu motoare termice (MT)

Acest tip de cogenerare presupune existena unui motor / mai multor motoare cu combustie intern, tip Diesel sau cu bujii (cu aprindere comandat), care antreneaz un alternator. Cldura este recuperat n principal din:

gazele de eapament;

din rcirea blocului motor.

Avantajele acestui tip de cogenerare sunt:

a) utilizarea motoarelor termice presupune instalaii mult mai simple, mai puin voluminoase, mai ieftine i care pot fi n ntregime automatizate;

b) innd seama de gama larg de puteri a motoarelor termice (de la civa kW la mai mult de 20 MW), aceast filier permite o utilizare de la cogenerarea mic pn la cogenerare de mare putere;

c) aceste motoare termice au o funcionare simpl, demareaz i intr n sarcin rapid(circa 30 s) i au un bun randament mecanic ( hm =35-48%).

Dezavantajul major legat de utilizarea motoarelor termice const n faptul c sunt zgomotoase i produc vibraii (nivel sonor 100-120 dBA); acest fapt impune montarea de amortizoare de zgomot pe aspiraie i refulare, precum i montarea lor pe socluri grele i cu montaje speciale.

Motoare termice cu aprindere comandat / prin bujii:

a) se fabric de regul pentru puteri mici (20-1500 kW);

b) n practic, se utilizeaz frecvent mai multe motoare mici, de serie, deoarece cost mai puin dect un motor mare i permit realizarea unei instalaii suple i sigure;

c) randamentul mecanic are valori de circa 33-38% (n plin sarcin i la viteza optim);

d) combustibilii utilizai: gaz natural, combustibili lichizi bogai (benzin, gazoil, motorin, ulei domestic, oneroase totui pentru utilizarea lor ntr-o filier de cogenerare), biogaz, gaze produse de instalatii de incinerare a deeurilor menajere.

Motoare termice de tip Diesel:

a) gama de puteri este de 100 25000 kW;

b) randamentul mecanic are valori n intervalul 38 48 %

c) combustibilii utilizai sunt:

gaz natural sau motorin (se adaug 5-8% gazoil pentru realizarea aprinderii prin compresie pentru puteri mici 3500 kW), n acest caz putndu-se utiliza i biogazul sau GPL;

motorina grea, pentru puteri mari ( 4000 kW). Aceasta trebuie epurat i limpezit cu grij, cernd un echipament de tratare costisitor i care nu se amortizeaz dect n cazul instalaiilor mari.

Dei motoarele diesel au performane superioare comparativ cu cele pe gaz, una dintre principalele probleme ale acestor motoare const n emisiile de sulf, care pentru a putea fi eliminate, necesit instalaii de tratare costisitoare [30] .

Fig. 5. Schem de producere n cogenerare a electricitii i cldurii ntr-o central ce utilizeaz motor termic

Motoarele au fost analizate de mai muli cercettori din punctul de vedere al performanelor i al posibilitilor de mbuntire a lor, principalele instrumente folosite fiind primele dou principii ale termodinamicii.n urma unei analize energo-exergetice a unui motor diesel cu 6 cilindri turbosupraalimentat de 224kW, de 2100 rpm, Primus i Flynn [31] au prezentat datele comparative rezultate (tab.1).

Tabelul 1. Pierderi/Distrugeri raportate la potenialul combustibilului

Produs / pierdere primul principiuProdus / Distrugere aldoilea principiuLucru mecanic40,54%39,21%Frecare4,67%4,52%Pierderi termice prin conducie17,23%13,98%Pierderi prin galeria de evacuare0,39%0,25%Pierderi prin gazele evacuate31,31%12,73%

Distribuia distrugerilor pe procese i componente este prezentat n tabelul 2.

Tabelul 2. Procent distrugeri din total

Proces/echipamentProcent distrugereCombustie75,3Amestecarea fluxurilor detemperaturi diferite2,9Valva admisie2,1Valva evacuare5,9Curgerea fluidului2,0Compresor5,8Turbin6

Utilizarea motoarelor termice n sisteme de cogenerare este recomandabil, datorit existenei n funcionarea lor a unei importante cantiti de energie termic rezidual sub diferite forme:

a) n gazele de eapament; acestea conin circa 30% din energia combustibilului, avnd n general o temperatur ridicat (450-550C). De aceea, este posibil scderea temperaturii lor n baterii unde se poate prepara un agent termic (ap cald sau supranclzit) sau ntr-un cazan de recuperare ce produce abur.

Remarc important: combustia n motoarele clasice utilizate se face cu un exces de aer de ordinul 10-50%; acesta poate ajunge ns la 300% pentru anumite motoare Diesel de putere mare (fapt care duce la scderea temperaturii de ardere i reducerea de NOx). n acest caz, gazele de eapament pot fi utilizate ca aer de ardere n cazane special echipate, n care se utilizeaz principiul post-combustiei, mai frecvent asociat turbinelor cu gaze. Nu trebuie uitat nici faptul c gazele de eapament conin picturi de ulei i, n consecin, bateriile recuperatoare trebuie protejate.

b) n rcirea blocului-motor (rcire de nalt temperatur); aceasta reprezint circa 20% din energia consumat. Apa de rcire este introdus n motor la circa 70C i iesecu 80-90C (n motoarele obinuite). n anumite cazuri, destinate utilizrii n cogenerare, apa poate ajunge la ieire la temperaturi de circa 105C (uneori poate fi chiar sub form de emulsii care s genereze abur de joas presiune).

c) n rcirea uleiului i a aerului de ardere (rcire de joas temperatur); apa de rcire este la temperatur joas n aceste cazuri (ct mai joas posibil pentru aerul de ardere). Cldura coninut reprezint circa 15% din energia combustibilului, fiind recuperabil greu (cu excepia renclzirii la temperaturi joase pentru ap sanitar sau aer utilizat n climatizare / uscare).

d) n cldura de radiaie i convecie a motorului; n general, aceasta este pierdut n atmosfer (cu excepia unor cazuri rare de utilizare n prenclzirea aerului de ardere).

Cldura recuperabil din aceste patru surse (din care numai una gazele de eapament se afl la temperatur ridicat) conduce la randamente globale bune, impunnd utilizarea sala prepararea fie de ap cald, fie de aer cald.

Schema cea mai curent utilizat este reprezentat n figura 5.

n aceast instalaie, cogenerarea este montat n serie cu unul / mai multe cazane de joas presiune care produc ap cald la mai puin de 110C, care este vehiculat de pompe ctre o reea de nclzire. Retururile acestei reele recupereaz mai nti cldura din circuitul de rcire de nalt temperatur; ele sunt apoi trimise fie direct n blocul-motor pentru a-l rci, fie ntr-un schimbtor de cldur plasat ntr-un circuit nchis de rcire al blocului motor.

Apoi, retururile trec ntr-o baterie plasat sub gazele de eapament; ele recupereaz astfel circa 80% din cldura rezidual coninut n aceste gaze.Toat cldura din circuitul de nalt temperatur i cea mai mare parte din cea coninut n gazele de eapament sunt transferate apei din reea.

Figura 5. Sisteme de cogenerare cu motor termic; recuperarea clduriipentru prepararea de ap cald (de la 80C la 105C)

1 agent de rcire; 2 schimbtor de cldur; 3 circuit de rcire de joas temperatur;4 motor termic; 5 circuit de rcire de temperatur nalt;6 alternator; 7 schimbtor de cldura ap ap; 8 gaze de eapament;9 cazan de ap cald de joas presiune.

Privitor la rcirea de joas temperatur a motorului, aceasta trebuie s fie fcut la cea mai sczut temperatur posibil, pentru a rci mai bine aerul de ardere dup compresie i a mri astfel cantitatea de aer aspirat. Acest proces este asigurat n general de un rcitor de aer extern (de altfel, constructorii livreaz motoarele cu un circuit nchis de joas temperatur, rcit cu un rcitor de aer sau radiator). Exist nc multe alte variante de instalaii cu motoare termice, adaptate nevoilor locale.

2.3. Sisteme de cogenerare cu turbin cu gaze (TG)

Folosite iniial ca turbine de vrf la furnizarea energiei electrice, actualmente turbinele cu gaze cuplate cu un cazan recuperator sunt n mod curent folosite n cogenerare pentru sarcina de baz.Primele realizari la scara industriala de instalatii cu turbine cu gaze pot fi considerate turbomotoarele de aviatie realizate de Frank Whittle in 1930 in Angia si Hans von Ohain in1936 in Germania. Prima instalatie destinata producerii de energie electrica a fost proiectata in 1939 de Aurel Stodola si construita de firma elvetiana Brown-Boveri.De la aceste inceputuri, tehnologia de fabricatie a turbinelor cu gaze, atat ca motoare pentru aviatie cat si pentru aplicatii energetice s-a dezvoltat rapid, fiind una dintre cele maidinamice din lume.Din cauza materialelor utilizate, pana in anii 60 nu s-a putut depasi bariera de 10000Cla intrare in turbina si din acest motiv primele centrale electrice cu turbine cu gaze aveau randamente de 18-22% functionand dupa ciclul simpl, fara recuperare de caldura si maximum27% cu recuperator de caldura.

Turbinele cu gaze sunt bine adaptate att instalaiilor industriale, care au n general nevoie de energie electric i de abur, ct i instalaiilor sectorului teriar, care utilizeaz ap cald sau supranclzit.Turbinele cu gaze sunt de creaie mai recent dect TA si MT; sunt disponibile pe o gam larg de puteri: 25 kW 200 MW. Combustibilii folosii sunt: gazul (natural, GPL sau biologic) sau motorina.

Avantajele utilizrii turbinelor cu gaze sunt:

a) sunt compacte, lejere i se pot implanta cu uurin;

b) toat energia transformat n cldur (cu excepia unor pierderi mici) se regsete n gazele de eapament la temperaturi ridicate (430-580C). Cazanul recuperator plasat pe circuitul acestora permite producerea aburului sau a apei supranclzite. Dimensionarea acestuia se face n funcie de temperaturile pe tur i retur din reeaua de nclzire.

c) gazele de eapament sunt curate i conin 15-17% O2. Ele pot fi utilizate n industrie pentru nclzirea direct n usctoare i, mai ales, ca aer de ardere n arztoare speciale (de post-combustie), care se adapteaz cazanelor; se pot obine astfel randamente excelente.

O instalaie de cogenerare cu TG este reprezentat n figura 6; de reinut este faptul c sunt posibile mai multe scheme n funcie de tipul de turbin cu gaze folosit. Mai pot fi folosite microturbine n centrale de tip bloc sau turbine cu gaze cu injecie de abur (att n TG ct i n camera de ardere).

Figura 6. Sistem de cogenerare cu TG

Filierele de cogenerare cu TA i TG pot fi combinate, dnd natere unor cicluri combinate; principiul const n instalarea a dou cogenerri n serie: prima cu TG, a doua cu TA, reprezentate n figura 7.

Figura 7. Sistem de cogenerare cu ciclu combinat/mixt

Ciclul combinat/mixt gaze-abur folosete cldura din gazele de eapament ale TG pentru a produce ntr-un cazan recuperator aburul necesar TA. Pentru nclzirea agentului primar din circuitul de nclzire se folosete abur din prizele turbinei i abur din cazanul recuperator. Ciclul combinat/mixt se caracterizeaz printr-un randament ridicat (circa 50%) la funcionarea numai pentru producerea de energie electric i de circa 85% n ciclu de cogenerare.

Excesul de O2 din gazele de eapament permite folosirea arderii suplimentare de combustibil n cazanul recuperator. Datorit eficienei ridicate i investiiei specifice foarte competitive, centralele cu ciclu combinat se instaleaz n locul celor clasice cu TA, acolo unde exist gaze naturale pentru TG.

In figura 8. este prezentata schema sistemului de cogenerare VEGA 109F cu ciclu combinat cu turbina cu gaze MS9001F GE si cazan recuperator orizontal cu 3 nivele de presiune, iar in tabelul 1. caracteristicile acestui ciclu foarte performant.

Tabelul 1. Performantele ciclului combinat VEGA 109F cu turbina cu gaze MS9001F

Tipul de cazan recuperator utilizatParametrii de intrare aiaburuluiPutereabrutaRandamentbrut

p[bar]t[0C][MW][%]109F: ciclu cu un nivel de presiune65540329,951,9109F: ciclu cu doua niveluri depresiune100/4,6540/190340,053,4109F: cicluri cu doua niveluri depresiune si supraincalzire intermediara11028/4,6540540/265343,854,0109F: ciclu cu trei niveluri depresiunesi supraincalzire intermediara11028/4,6540540/265347,254,5Gaz natural-Temperatura aerului 800C-Presiunea la condensator 25 mbar

Figura 8. Sistem de cogenerare VEGA 109F cu ciclu combinat cu turbina cu gaze MS9001F General Electric si cazan recuperator orizontal cu 3 nivele de presiune

2.3.1 Centrala de producere a energiei electrice i termice : Cet Vest Energo.

CET Vest Energo produce n prezent energie electric i termic n cogenerare, utiliznd dou tipuri de motoare pe gaz, model Jenbacher, difereniate n funcie de capacitate. Caracteristicile nominale de producere de energie electric i termic pentru cele dou modele sunt prezentate n tabelul 2.3.1 n figura 8 este prezentat o imagine din interiorul slii motoarelor, n partea stng fiind surprins motorul Jenbacher J 620 GS E02 de 3 MW.

Tabelul 2.3.1 Caracteristici nominale ale motoarelor

MotorPutere electric [kW]Putere termic [kW]J 624 GS G0240343852J 620 GS E0230453006

Fig. 8 Imagine din sala motoarelor, CET Vest Energo, detaliu cu un motor de 3 MW

Centrala este echipat cu dou boilere auxiliare a cror capacitate termic totalizeaz12,5 MW. Att motoarele ct i boilerele sunt alimentate cu gaz natural, furnizat de sistemulnaional. Schema tehnologic a centralei i parametrii nominali sunt prezentai n figura 9.

Fig. 9. Schema centralei de cogenerare CET Vest Energo

2.3.2. BILAN ENERGETIC

Pe baza datelor nregistrate n central s-a ntocmit bilanul energetic la nivelul centralei,conform cu Primul Principiu, raportnd efectul util la energia combustibilului.Realaia general este:Energie combustibil =(Electricitate + Caldura)+ PierderiRezultatele nregistrate sunt prezentate n figura 10.

Fig.10.Bilanul energetic al centralei de cogenerare

n figura 11 este prezentat distribuia procentual a utilizrii energiei combustibilului n cele dou tipuri de motoare. Bilanul energetic nu face diferen ntre calitatea celor dou utiliti produse electricitate i energie termic. Componenta calitativ este pus n eviden n capitolul urmtor, prin utilizarea analizei exergetice.

Fig. 11 Reprezentarea procentual a bilanului energetic pentru cele dou tipuri de motoare.

Rezultatele bilanului energetic arat o eficien total a centralei de cogenerare de87,52, pierderile reprezentnd 12,48%.

2.4. Comparaie ntre sistemele de cogenerare

Cogenerarea cu TA: caracteristici

investiia cea mai scump, sistem greoi, cernd un personal de exploatarecalificat;

Q E mediocru i foarte variabil (4-20) n funcie de parametrii aburului (p, T);

CE bun (1-1.25);

singurul sistem utilizabil cu crbune i deeuri menajere.

Cogenerarea cu MT: caracteristici

sistem suplu, cu automatizare total, cu demaraj rapid;

hm excelent (33-48%);

Q E foarte bun (0.5-1.5);

CE bun n cazul reelei de ap cald (0.75-1.3) i CE modest n cazul reeleide ap cald menajer (2-2.4);

sistem greu i vibrant, cu uzur rapid (n funcie de viteza de rotaie) i ntreinere costisitoare;

combustibil : gaz ( toate puterile), motorin grea ( puteri > 4MW);

sistem bine adaptat pentru climatizare (n mod special pentru spitale)

Cogenerarea cu TG: caracteristici

sistemul cel mai recent, uor, ocupnd un spaiu redus;

randament mecanic hm (20-37%) inferior sistemului cu MT;

Q E mediu (1.5- 2.5), dar CE nalt (1.5-2).

cldura coninut n gazele de eapament au potenial termic ridicat rezult adaptare uoar pentru producerea de ap supranclzit i aburului, deci, recomandabil pentru industrie;

combustibil : gaz la presiuni ridicate.

Relaia ntre sistemul de cogenerare i combustibili

Crbune i deeuri menajere : singurul sistem utilizabil este cu turbin cu abur;

Motorin : turbina cu abur pentru sarcini de nclzire mari i MT ( pentru >4MW).

Gaz natural: combustibilul cel mai scump, astfel nct se remarc importana CEi a post-combustiei, precum i urmtoarele:

este foarte interesant n cazul n care generatorul de agent termic existent este recuperabil;

presiunea gazului cerut (13-16 bar) impune o legtur direct cu o reea de transport a gazului sau necesitatea existenei unor compresoare, care reduc rentabilitatea sistemului.

Tabelul 2 prezint o sintez a caracteristicilor tehnice ale sistemelor de cogenerare.

2.5. Concluzii

Calculul de rentabilitate este indispensabil pentru aprecierea unei instalaii decogenerare.

n primul rnd, se face un bilan economic simplu, care determin timpul de rambursare brut; el permite, printr-o evaluare rapid, pentru o instalaie creia i se cunosc caracteristicile medii de funcionare, alegerea sistemului cel mai potrivit. Dac acesta se dovedete rentabil, se va face ulterior un calcul detaliat.

Tabelul 2. Caracteristici tehnice ale sistemelor de cogenerare

3. Situaia actual i perspectivelede dezvoltare ale cogenerarii

3.1. Consideraii generale

Prognozele privind producerea de energie electric (n primul rnd) i termic vizeaz orizontul 2030. innd seama de timpul necesar maturizrii unor tehnologii noi, numai cele aflate acum n stadiul de dezvoltare (sau chiar numai de demonstaie) au anse reale de a ptrunde pe piaa energetic pn la aceast dat luat ca reper. ntr-o perspectiv mai ndeprtat, este dificil de prevzut care ar putea fi progresele tehnologice, de estimat timpul necesar maturizrii lor i de imaginat evoluia contextului economic determinant pentru competitivitatea lor.

Pe parcursul perioadei considerate (pn n 2030), dezvoltarea i punerea n aplicare a opiunilor tehnice fondate pe cele trei mari familii de surse energetice (combustibili fosili, energia nuclear i energiile regenerabile) vor fi influenate n mod esenial de trei direcii prioritare:

a) protecia mediului;

b) securitatea aprovizionrii;

c) competitivitatea economic pe o pia din ce n ce mai deschis concurenei.

Aceste trei direcii care focalizeaz atenia i interesul factorilor de decizie politici sau industriali, al organismelor de reglementare, al productorilor de energie electric, al constructorilor de materiale i al utilizatorilor, vor influena tipul, structura i talia/mrimea sistemelor productoare de energie, care vor fi adoptate pe parcursul perioadei considerate.

n acest context, argumentele care pledeaz pentru implementarea/dezvoltarea cogenerrii sunt de natur economic, strategic, comercial i ideologic.

Factorul de decizie principal l constituie avantajul rezultat al economiei de combustibil privind vnzarea energiei termice la preuri mai mici dect n cazul producerii i comercializrii energiei termice produse separat.

3.2. Prezent i perspective ale cogenerrii n Europa

n prezent, cogenerarea diminueaz cu circa 350 milioane tone emisiile de CO2 n Europa i reduce dependena de resursele energetice. n comparaie cu 1999, producia de energie n cogenerare a crescut n majoritatea rilor din Uniunea European; cele mai mari creteri s-au nregistrat n Italia (7.4% pe an), Austria (7.4% pe an) i Suedia (6% pe an).

n rile Uniunii Europene, preurile pentru cldura furnizat n SATC au rmas relativ constante (n comparaie cu 1999), n ciuda fluctuaiilor de pre ale gazului natural i ieiului.

n rile candidate si nou intrate in UE, preurile au crescut n general, ca urmare a eliminrii treptate a subveniilor, n vederea adaptrii la cerinele de integrare n Uniunea European.

Exist accente uor diferite n politica de utilizare a combustibilului n rile membre n Uniunea European i rile candidate. n timp ce primele promoveaz tot mai mult sursele regenerabile i valorificarea deeurilor, rile candidate se bazeaz (pe termen mediu) pe o cretere a consumului de gaze naturale.

Pentru viitor este previzibil o strategie comun, care pune accentul pe creterea eficienei energetice, utilizarea resurselor regenerabile i satisfacerea necesarului de energie utiliznd ct mai puin energie primar. Se ncurajeaz astfel i descentralizarea alimentrii cu energie, incluznd cogenerarea de mic putere amplasat lng consumator.

Pe ansamblul Uniunii Europene, ponderea instalaiilor de cogenerare n producia total de energie electric era n anul 2000 de 7%. Directiva Comisiei Europene din 2002 fixeaz pentru 2010 un obiectiv de 20%. Se va reda n continuare situaia n cteva ri europene .

Danemarca. n anul 1999 ponderea instalaiilor de cogenerare n producia total de energie electric a fost 54%. Aceasta pondere a ajuns, n 2006, la 60%. Capacitile instalate n unitile de cogenerare au crescut, ntre 1995 i 2000, cu peste 700 MW.

Germania. Instalaiile de cogenerare au o pondere de 18% n producia rii deenergie electric.

Marea Britanie. ntre anii 1996 i 2000, capacitatea instalaiilor de cogenerare acrescut cu 40,3%, atingnd circa 8% din totalul energiei electrice produse.

Polonia. Ponderea instalaiilor de cogenerare a crescut n totalul produciei de energie electric de la 11% la 16% ntre anii 1988 i 1999. Se prevede, pentru 2010, o valoare de 20% i o cretere a consumului de gaz metan cu 30%.

Ungaria. Ponderea instalaiilor de cogenerare n producia total de energie electric este de 13%; peste 74% din energia lor termic este utilizat n sistemele de nclzire centralizat.

Nu trebuie s uitm c sistemele de termoficare-cogenerare au fost dezvoltate i n lagrul socialist (URSS, Polonia, Romnia, Cehia, Bulgaria) care, iniial, ca principiu, au dat satisfacie. Lipsa preocuprii pentru ntreinerea lor, lipsa unor servicii ctre utilizatori (n special n Romnia) au compromis acest principiu tehnic ce se dezvolt azi n ntreaga lume pe baze tehnico-economice (economie de combustibili, protecia mediului, mrirea indicelui de confort Ia consumator etc.) i pe toat durata de via a acestora.

Piaa de cogenerare n Europa este diversificat, distingndu-se de la ar la ar prin ponderea n producia total de energie, tipul i configuraia sistemelor cogenerative utilizate. Cogenerarea de energie termic i mecanic / electric (CHP) a fost promovat cu precdere n Scandinavia i Olanda, unde guvernele respective au sprijinit financiar creterea acestui segment al industriei energetice.

n unele ri, de exemplu Frana sau Belgia, existena monopolului asupra produciei energiei electrice, reprezint o barier n implementarea sistemelor cogenerative de energie. n alte ri, precum Grecia i Irlanda, lipsa de materii prime, n spe gazul natural reprezint un alt factor al dezvoltrii slabe din acest domeniu.

n rile europene, cogenerarea reprezint 12% din totalul capacitilor instalate;ponderea acesteia n producerea de energie pentru diferite ri europene, la nivelul anilor2000, se poate observa n figura 9.

Penetrarea cogenerrii n Europa a avut cel mai mare impact n ri ca Danemarca i Olanda, n care peste 30% din energia electric este produs prin cogenerare, n timp ce ri ca Franta i Grecia produc energia electric utiliznd sisteme cogenerative ntr-un procent mai mic de 5%.

Figura 9. Ponderea cogenerrii n producerea de energie pentru diferite ri europene

Sistemele cogenerative pot fi mprite n dou categorii:

sisteme cogenerative centralizate n care energia produsa este folosit pentru consum casnic i utiliti municipale. Acest sistem este folosit n principal n Germania, Austria i rile nordice i caracterizeaz rile n care nevoia de nclzire se ntinde pe o perioad mare a anului.

sisteme cogenerative descentralizate n care energia produs este folosit pentru consum industrial local pentru a genera energie termic i electric sau pentru a fi comercializat.

Se estimeaz creteri rapide n sistemele descentralizate cunoscndu-se avantajele economice pe termen lung ale unor astfel de centrale; aceasta se bazeaz pe avansarea tehnologiei i mbuntirea eficienei turbinelor i motoarelor. n acest fel, creterea capacitii de producie cogenerativ va deveni realitate.

Deci creterea consistent va avea loc n acele industrii care nu necesit plata investiiilor iniiale pe termen scurt (perioada tipic de rambursare a unei astfel de investiii este de 4-6 ani).

Liberalizarea pieei de energie electric din Europa n urmtorii ani va oferi reale oportuniti ofertanilor de sisteme cogenerative de energie s extind acest segment.

De asemenea accesul industriei cogenerative la reeaua naional de gaze va permite consumatorilor s schimbe furnizorul unic cu unul independent (local), mult mai avantajos din punct de vedere economic.

Ca o concluzie, se poate aprecia c principalele motoare ale dezvoltrii cogenerriin Europa au fost:

a) politica energetic a guvernelor, care prin prghii legislative/financiare favorizeaz investiiile n cogenerare;

b) angajamentele naionale de reducere a emisiilor de CO2;

c) necesitatea instalrii de capaciti noi de producere a energiei electrice ca urmare a creterii cererii;

d) tendinele de evoluie a preurilor pe piaa energiei, atunci cnd preul gazuluinatural era sczut i preul energie electrice este ridicat.

Directiva 2004/8/EC a Parlamentului European i a Consiliului Uniunii Europene din 11 februarie 2004 cu privire la promovarea cogenerrii bazat pe cererea de cldur util pe piaa intern de energie i care modific Directiva 92/42/EEC este actul normativ menit s statueze poziia cogenerrii n strategia energetic european.

3.3. Prezent i perspective ale cogenerrii n Romnia

Cogenerarea s-a dezvoltat n Romnia din anii 1950, n contextul planurilor de cretere accelerat a produciei de energie electric, n aplicaii exclusiv industriale. Cogenerarea pentru nclzire urban a demarat n 1960 i s-a extins dup 1970, n acord cu ritmul rapid al creterii cerinelor de energie electric, ct i cel al construciei de locuine tip bloc.

O aplicaie curent a fost grupul de cogenerare de 50 MWe cu cazane de abur i TA cu condensare n schimbtoare de cldur tubulare, care produc agent termic (ap cald) pentru alimentarea cu cldur centralizat. Studiile de optimizare efectuate n anii 60-70 au apreciat c dimensionarea instalaiei de cogenerare la 45-60% din sarcina termic de vrf constituie soluia care asigur o ncrcare acceptabil la nivelul unui an, astfel nct amortizarea instalaiei s se fac ntr-un termen rezonabil. Vrful de sarcin era asigurat de cazane cu ap fierbinte (CAF).

La sfritul anilor 70, toat furnitura aferent grupului de cogenerare de 50MW se fabrica n Romnia.

Un coeficient de cogenerare de 50% corelat cu alura medie a curbei de sarcin anual de nclzire din Romnia, face ca (teoretic) circa 80-85% din cldura livrat pe an s poat fi produs n regim de cogenerare, restul de 15-20% fiind livrat de CAF. n realitate, datorit strii tehnice a grupurilor de cogenerare i costurilor mai reduse de reparare a CAF, proporia cldurii livrate de acestea din urm este mult mai mare.

n ultimii ani i n Romnia cogenerarea a evoluat att sub aspectul tehnologiilor de producere a celor dou forme de energie, ct i sub aspectul reglementrilor i al legislaiei din domeniul energiei. Cogenerarea reprezint o prioritate pentru modernizarea unitilor de

producere gestionate de RADET Bucureti, de exemplu. Implementarea cogenerrii se va realiza doar cu tehnologie i echipamente de ultim generaie. Introducerea cogenerrii va conduce la meninerea preului energiei termice la valori rezonabile n condiiile creterii preului combustibilului.

Argumente pentru introducerea cogenerrii:

Legislaia european i naional

Directiva 8/2004 CEE, privind promovarea cogenerrii de nalt performan bazat pe necesarul util de energie termic.

HG 219/2007 privind promovarea cogenerrii bazat pe necesarul util de energie termic.

HG 462/2006 modificat i completat de HG 381/2008 privind aprobareaProgramului Termoficare 2006 - 2015 cldur i confort.

Avantajele cogenerrii.

Existenta infrastructurii necesare implementrii cogenerrii

Argumente contra introducerii cogenerrii:

Finanare ridicat

Problema contractelor de preluare a energiei electrice produse.

Inerie la ptrunderea noilor tehnologii.

Prezentarea tendenioas, intenionat negativ a nclzirii din surse centralizate din care face parte i cogenerarea, de ctre furnizorii de gaze naturale, i de ctre comercianii de centrale termice murale / individuale.

Costul ridicat al reelelor de transport i al ntreinerii lor.

Cogenerarea i nclzirea urbana reprezint cel mai deficitar subsector energetic n Romnia ; pierderi energetice totale foarte mari (35% la cele mai bune sisteme pn la 80% la cele mai ineficiente) sunt pltite de ctre consumatori.

Energetica urbana este ntr-o situaie critic datorit urmtorilor factori: voina politic declarativ, managementul programelor (la nivel central i local) deficitar, birocraie excesiv, finanare neacoperit .

Datorit faptului c n mare parte platformele industriale s-au restructurat, reducndu- se drastic consumul destinat acestora, ct i a unei politici greite de tarifare, unitile de cogenerare au devenit, mai ales vara, uniti de producere numai a energiei electrice, cu randament energetic sub 30%. Consecina a fost creterea preului energiei termice i mari fluctuaii n livrarea ei, ducnd n final, pe de o parte la debranri ale consumatorilor de la reea (pe ansamblul rii: 21%), iar pe de alt parte la apariia unei piee de centrale termice individuale. Rezultatul a constat n:

transformarea instalaiilor de cogenerare n instalaii cu randament energetic mediuanual sub 50%

dezechilibrarea hidraulic a reelelor de termoficare;

apariia de instalaii pentru producerea aburului la unii consumatori industriali;

pierderi n funcionarea productorilor de energie termic;

nencredere n sistemele centralizate de nclzire urban;

costuri mari ale energiei termice;

investiii reduse n modernizarea i reabilitarea sistemelor de termoficare pe tot lanul: productor transport distribuie;

costul ridicat de producie al unitii de energie termic la furnizori, media pe ar, depete cu peste 50% preul naional de referin pltit de populaie

Soluia const n:

reabilitarea i modernizarea reelelor de transport i distribuie energie termic;

restructurarea, redimensionarea i modernizarea surselor de producere a energieitermice.

Soluiile de producere eficient a energiei termice se bazeaz pe urmtoareleelemente/aspecte:

restriciile actuale i viitoare de mediu fac puin probabil utilizarea lignitului inferior drept surs de combustibil, pentru productorii de energie termic localizai lng marile orae;

utilizarea pentru localitile mici i medii a surselor alternative sau regenerabile;

utilizarea la maxim a structurilor tehnologice n cogenerare;

realizarea de structuri de management complexe pe o gam ct mai larg a serviciilor de utilitate public (distribuie energie termic, ap, gaz natural, energie electric) n competena autoritilor publice 1ocale

Se estimeaz pentru sistemele de cogenerare, la nivelul rii, un necesar anual de 30 milioane Gcal, (n prezent sunt circa 2,1 milioane de consumatori individuali). Se estimeaz c peste 75% din totalul de energie se va produce n instalaii de cogenerare. Restul se va prelua prin instalaii ce produc numai energie termic.

La preuri pentru gaz natural i pcur conform pieei europene, costul de producie laconsumator pentru instalaii cu producere numai de energie termic va fi n jur de 30EURO/Gcal (cea mai mic valoare tehnic posibil).

O instalaie n cogenerare, pe aceeai surs de combustibil, cu parametrii: randament total energetic 85%, raport energie electric /energie termic mai mare de 0,4 are urmtoarele costuri de producie :

energie electric 45 Euro/MWh

energie termic 22 EURO/Gcal.

Cantitatea de 75% din energia termic necesar sistemelor de termoficare, la nivelul rii, produs prin instalaii de cogenerare asigur i o cantitate adiional de 10 milioane MWh/an.

EURO. Costul de finanare al modernizrii surselor de energie termic nu depete 2 miliarde

Finanarea acestor proiecte se poate face prin scheme complexe de finanare ce includ: autoritatea public local; fonduri de la bugetul de stat; credite bancare; instituii financiare externe; fonduri private de investiii; fonduri proprii; programe comunitare de asisten financiar; fonduri disponibile prin mecanismele stabilite de Protocolul de Ia Kyoto (credite de C02); agenii guvernamentale cu atribuii n eficiena energetic. Programe europene cu finanare parial UE.

In concluzie, se impune necesitatea unei Strategii energetice reale i lucide pe termen lung. Este posibil o criz n producerea energiei electrice; Romnia poate deveni un importator de electricitate, fiind ameninat securitatea alimentrii cu emergie a consumatorilor.

Cogenerarea i alimentarea centralizat cu cldur sunt msuri urgente ce seimpun prin:

Reafirmarea ferm a voinei politice privind modernizarea energeticii urbane n Romnia, responsabilizarea autoritilor locale, a ministerelor i autoritilor de reglementare.

Rezolvarea necorelrilor de ordin legislativ, HG i reglementri n vedereaatragerii investitorilor strini i autohtoni (promovarea cogenerrii).

Finanarea modernizrii cogenerrii problema fundamental, coordonat deMEF (circa 6 miliarde euro); faciliti financiare i fiscale.

Schimbarea metodei ANRE, de alocare a costurilor ntre cele dou produse alecogenerrii (electricitate i cldur), pe baze economice i bonus de mediu.

Preluarea reglementrii cldurii de la ANRSC de ctre ANRE.

Diferenierea preului de vnzare a gazelor naturale ntre populaie i consumatorii industriali. Raportul pre populaie/ industrie = 2,15 (media UE25), respectiv 1,04 (Romnia) .

3.4. Cogenerarea si sursele de energie regenerabile

3.4.1. Resurse energetice regenerabile/neconvenionale

Sursele regenerabile / neconvenionale de energie sunt cunoscute n literatura de specialitate sub denumirea de surse noi, ns numai tehnologiile de captare, conversie i utilizare energetic i economic sunt relativ noi. Aceste surse de energie prezint o serie de particulariti de care trebuie s se in cont att n procesul de utilizare, ct i n activitatea de includere a acestora n balana energetic. Sursele neconvenionale de energie se regenereaz n urma unor procese naturale i sunt inepuizabile, ceea ce le confer calitatea de resurs cert n energetica viitorului. De asemenea, instalaiile pe baza lor prezint o mare simplitate n construcie i pot fi utilizate att n sistemul energetic descentralizat pentru consumatori izolai, ct i conectate la sistemul energetic naional.

La nivel mondial, din totalul resurselor primare existente, de @ 10.038 Mtep, sursele regenerabile de energie reprezint 1.352 Mtep, adic 13,5%. Din acestea, energia hidroelectric reprezint 2,2%, energia coninut n combustibil i deeuri biodegradabile (biomas solid) 10,8% iar alte resurse 0,5%.

In condiiile meteogeografice din Romnia, n balana energetic pe termen mediu i lung se iau n considerare urmtoarele tipuri de surse regenerabile de energie: energia solar, energia eolian, hidroenergia, biomasa i energia geotermal. Tipul de resurse i potenialul energetic al surselor regenerabile de energie din Romnia sunt prezentate sintetic n Tabelul nr. 3. Resursele regenerabile de energie reprezint deja o component semnificativ n cadrul economiei de combustibili pe plan mondial. Ele pot avea o contribuie tot mai important la diversificarea alimentrii cu energie, reducerea emisiilor i durabilitatea dezvoltrii energetice pe termen lung. In schimb, pe termen scurt i mediu, regenerabilele moderne vor rmne o component destul de redus a alimentrii cu energie n rile industrializate, revenindu-le un rol de completare nu de substituire a energiei pe baz de combustibili fosili i nucleari. In rile mai slab dezvoltate, rolul resurselor regenerabile n acoperirea cererii de energie fiabil i accesibil ca pre va fi tot mai important, mai ales n zonele rurale, unde utilizarea lor va fi susinut prin subvenii direcionate temporare.

Sursele regenerabile de energie pot s contribuie prioritar la satisfacerea nevoilor curente de energie electric i de nclzire n zonele rurale defavorizate. Valorificarea surselor regenerabile de energie, n condiii concureniale pe piaa de energie, devine oportun prin adoptarea i punerea n practic a unor politici i instrumente specifice sau emiterea de,,certificate verzi (,,certificate ecologice). Certificatul verde este un document ce atest o cantitate de 1 1Wh energie electric produs din surse regenerabile de energie. El se poate tranzaciona distinct de cantitatea de energie asociat acestuia, de pe o pia bilateral sau centralizat.

Tabelul 3. Potenialul energetic al surselor regenerabile din Romnia .

Sursa de energieregenerabil

Potenialul energeticanualEchivalenteconomie energie(mii tep)

AplicaieEnergie solar :

- termic

- fotovoltaic60106 GJ

1.200 GWh1.433.0

103.2

Energie termic

Energie electricEnergie eolian23.000 GWh1.978.0Energie electricEnergie hidro, din care :sub 10 MW40.000 GWh

6.000 GWh516.0Energie electricBiomas318106 GJ7.597.0Energie termicEnergie geotermal7106 GJ167.0Energie termic

n prezent, calitatea esenial a energiei neconvenionale de resurs nepoluant a readus n atenie alternativa nlocuirii treptate a energiei produse pe baz de combustibili fosili.Sursele regenerabile de energie asigur creterea siguranei n alimentarea cu energie i limitarea importului de resurse energetice, n condiiile unei dezvoltri economice durabile. Aceste cerine se realizeaz n context naional, prin implementarea unor politici de conservare a energiei, cretere a eficienei energetice i valorificare superioar a surselor regenerabile.

n viziunea european, pentru ncadrarea unei surse de energie n categoria surselor regenerabile, produsele sau procesele naturale trebuie s ndeplineasc dou condiii: sa aib potenial energetic i s poat fi convertite n energie prin tehnologii accesibile n prezent. n acest sens, sunt definite ca regenerabile urmtoarele categorii de surse de energie: energia solar, energia eolian, energia geotermal, energia valurilor, energia mareelor, energia hidro, biomasa, gazul de depozit (gaz rezultat din fermentarea deeurilor), energia coninut n gazul de fermentare a nmolurilor din instalaiile de epurare a apelor uzate, biogazul. Elementele care difereniaz astfel de surse de cele convenionale constau n dispersia pronunat a potenialului exploatabil pe arii relativ extinse i dependena nemijlocit de condiiile meteorologice i de anotimp (sezoane), excepie fcnd numai energia geotermal.

Cota energiei regenerabile n consumul global de energie al Uniunii Europene este strns legat de tendinele consumului i de conservarea energiei. Consumul de energie regenerabil a stagnat la cca. 6% din consumul global, n ciuda creterii anuale considerate n sector de 3% i evoluiei spectaculoase n sectorul energiei vntului n ultimii zece ani.

Figura 10. Evoluia consumului de energie din surse regenerabile n Uniunea European

In termeni absolui, cota energiilor regenerabile n consumul de energie va nregistra o cretere la orizontul anului 2030 (figura 10). Aceast proporie (n termeni relativi) n balana de energie va depinde mult de viitorul conectrilor la reeaua de energie electric i de cel al competiiei n producia descentralizat. Uniunea European are drept int creterea contribuiei energiilor regenerabile n consumul global de energie al statelor membre la12% n 2010, ceea ce va produce efecte benefice, concretizate n crearea de noi locuri de

munc i exportul tehnologiilor europene n tarile mai slab dezvoltate. De asemenea, pentru anul 2010 se preconizeaz producerea energiei electrice din surse regenerabile ntr-o proporie de 22% (energie electric verde). n tabelul 4 sunt date unele valori de referin pentru energia electric produs din surse regenerabile.

Tabelul 4. Energie electric produs din surse regenerabile

araEnergie electric produs din surse regenerabile

1997 (TWh)1997 (%)2010 (%)Belgia0.861.106.00Danemarca3.218.7029.00Germania24.914.5012.50Grecia3.948.6020.10Spania37.1519.9029.40Franta66.0015.0021.00Irlanda0.843.6013.20Italia46.4616.0025.00Luxemburg0.142.105.70Olanda3.453.509.00Austria

Portugalia39.05

14.3070.00

38.5078.10

39.00Finlanda19.0324.7031.50Suedia72.0349.1060.00Marea Britanie7.041.7010.00Uniunea European338,4113,9022,00Romnia17.5129.0030.00

n Romnia, cotele obligatorii ce se vor utiliza pn n anul 2010 n conformitate cu inta asumat n negocierile de aderare la Uniunea European privind ponderea energiei electrice produse din surse regenerabile sunt urmtoarele : 3,6% pentru anul 2009 i 4,3% pentru anul 2010. Ponderea surselor regenerabile de energie n consumul total de resurse primare al Romniei va fi de cca. 11% n anul 2010 i de 11,2% n anul 2015. n cifre

absolute, consumul de energie din surse regenerabile va ajunge la 4964,5 mii tep n anul 2010 i la 5537,2 mii tep n anul 2015. Din punct de vedere structural, cea mai mare pondere n totalul energiei obinute din surse regenerabile va fi deinut de energia din biomas (67,42% n anul 2010 i 68,66% n anul 2015), urmat de energia hidroelectric (31,53% n anul 2010 i 29,04% n anul 2015), energia eolian (0,54% n anul 2010 i 1,55% n anul 2015), energia geotermal (0,35% n anul 2010 i 0,43% n anul 2015) i energia solar (0,16% n anul2010). Tabelul 5 sintetizeaz ponderea surselor regenerabile de energie n consumul total deresurse primare n Romnia.

Tabelul 5. Ponderea surselor regenerabile de energie n consumul total de resurse primare n Romnia.

Surse regenerabile de energieAnul 2000

(mii tep)Anul 2010

(mii tep)Anul 2015

(mii tep)Energie solar-7.5017.00- solar - termic .-7.3416.00- solar electric-0.161.00Energie eoliana-27,0086,10Energie hidro, din care:

- hidroenergie mare

- hidroenergie mic1.272

1.185

871.565,20

1,470.60

94.601.608,20

1.47060

137.60Energie din biomas

- biomas termal

- biomas - electric2.772

2.772

-3.347,30

3,249.50

97.503.802,00

3.457,80

314.20Energie geotermal-17,5023,90TOTAL (inclusiv hidro mare)4.0444.964,505,537.20Pondere surse regenerabile de energie nconsum total de resurse primare de energie (%)10.0111,0011.20

3.4.2. Biomasa

Termenul generic biomas cuprinde o varietate de resurse: materii lemnoase i reziduuri rezultate din procesele industriale de prelucrare a cherestelei, reziduuri agricole, agroalimentare, ngrminte naturale, reziduuri din procesele tehnologice de prelucrare a cerealelor, fracii organice de la deeuri solide municipale, deeuri de la gospodrii individuale i noroi de la apele menajere.

Biomasa este rezultatul direct sau indirect al desfurrii procesului de fotosintez, mijloc natural de stocare a energiei solare sub form de carbon, hidrogen i oxigen. Prin acest proces, materia vegetal absoarbe fotonii din radiaia solar, care emit particule atomice (electroni), cu rolul de a reduce gazul carbonic din atmosfer n hidrai de carbon i care permit producerea de constitueni ce stau la baza materiei vii. O mare parte a cantitii de biomas astfel produsa se consum, n timp ce restul se degradeaz datorit mediului oxidant de la suprafaa pmntului, ajutnd astfel la formarea combustibililor fosili.

Pentru producerea energiei electrice i termice utiliznd aceast resurs regenerabil trebuie s coexiste i s funcioneze mpreun dou sisteme: cel de fumizare a biomasei, n calitate de combustibil i cel de producere/utilizare a energiei electrice i termice.

Pn n anul 2010, n Uniunea European se vor instala aproximativ 2.400 MW n centrale noi, iar n cazul adoptrii unor politici favorabile, aceast cretere ar putea fi mai mare. Se estimeaz c n 2010 cantitatea de energie electric produs pe baz de biomas va ajunge la 27 TWh/an n Uniunea European i la 291 TWh/an pe plan mondial.

n figura 11 este prezentat schema unei centrale de cogenerare folosind biomasa.

Figura 11. Central de cogenerare care utilizeaz biomasa

In prezent, circa 10-14% din alimentarea cu energie pe plan mondial provine din utilizarea biomasei, cea mai mare contribuie (circa 33%) regsindu-se n rile slab dezvoltate, unde aplicaia dominant o reprezint folosirea lemnelor de foc pentru gtit i nclzit. In rile industrializate contribuia biomasei la alimentarea cu energie pe plan mondial se situeaz n jurul a 3%. In total, biomasa furnizeaz cca. 40-55 EJ anual pentru consumul mondial de energie, fiind utilizat pentru producerea electricitii, cldurii sau combustibilului pentru transport .

3.4.3. Energia geotermal

Cldura natural nmagazinat n scoara terestr conduce la apariia energiei geotermale, care poate fi de joas sau de nalt temperatur. Teoretic, energia geotermal de joas temperatur poate fi accesibil n orice parte a globului, datorndu-se creterii naturale de temperatur n funcie de adncime (aproximativ 3C la 100 m). Energia geotermal de nalt temperatur este caracteristic zonelor vulcanice. In contact cu rocile fierbini, apele subterane ating temperaturi de sute de grade, realizndu-se de multe ori o vaporizare parial, aceast surs de cldur putnd fi valorificat n cadrul unei centrale electrice. O posibilitate de geotermie artificial const n folosirea cldurii magmei infiltrate n anumite zone pn aproape de suprafa, la adncimi de ordinul a 2000-7000 m. In acest caz se foreaz puuri n care este injectat ap, producndu-se astfel abur supranclzit.

Energia geotermala are aplicabilitate n domenii diverse, cum ar fi: utilizarea apei calde pentru satisfacerea unor nevoi de uz gospodresc, comercial sau industrial, sisteme de nclzire i climatizare (pompe de cldur), energie electric obinut prin conversia energetic a aburului de nalt presiune etc. ntruct resursele geotermale sunt relativ constante, acestea i gsesc utilitatea pentru satisfacerea nevoilor de energie fie n regim normal, fie pentru asigurarea necesarului de energie n regim de vrf de sarcin .

Figura 12. Central de cogenerare care utilizeaz energia geotermal

n figura 12. este prezentat schema unei centrale de cogenerare folosind energia geotermal.

La nivel mondial, centralele functionand pe baza de energie geotermal au o capacitate total instalat de peste 8000 MW. Sistemele care convertesc energia geotermal pot furniza electricitate cu un factor de capacitate de sarcin anual de peste 90%.

n Romnia se regsesc surse hidrogeotermale (cu exploatare prin foraj extracie) ngeotermie de joas entalpie (cu temperaturi cuprinse ntre 25 C i 60C, n ape de adncime)

i geotermie de temperatur medie (de la 60 pn la 125C, n ape mezotermale). Sursele geotermale de joas entalpie se utilizeaz la nclzirea i prepararea apei calde menajere n locuine individuale, servicii sociale (birouri, nvmnt, spaii comerciale i sociale etc.), sectorul industrial sau spaii zootehnice (sere, solarii, ferme pentru creterea animalelor). Rezerva de energie geotermal cu posibiliti de exploatare curent n Romnia este de circa167.000 tep.

3.5. Trigenerarea

Plecnd de la limitarea utilizrii cogenerrii n raport de necesarul de cldur care estesezonier, s-a dezvoltat conceptul de trigenerare.

Trigenerarea implic producerea simultan a energiei mecanice (electrice), a cldurii i a frigului, pe baza unui singur combustibil utilizat; ea reprezint o extindere a cogenerrii i se nscrie n conceptul ecogenerare, care nglobeaz soluii tehnice de producere optimizat a unor energii curate ntr-un sistem.

Dezvoltarea trigenerrii are la baz soluiile analizate cu MT i TG.

n diagrama exergetic prezentat n figura 13 se poate observa efectul energetic optimizat al folosirii energiei primare.

Conceptul de trigenerare se regsete i sub alte denumiri:

a) CHCP (combined heating, cooling and power generation);

b) IES (integrated energy system);

c) DES (district energy system).

Ca rezultat al trigenerrii se pot obine: ap fierbinte, abur, ap rcit i energie electric. Acestea i gsesc utilitatea pentru unele destinaii privilegiate: spitale, coli, supermarketuri, teatre, aeroporturi, colegii/universiti, cldiri de birouri, cldiri guvernamentale, hoteluri, restaurante etc.

Figura 13. Diagrama exergetic a trigenerrii

Eficiena energetica a trigenerrii poate ajunge s depeasc cu pn la 50% pe aceea a unei cogenerri cu ciclu combinat.

A treia form de energie produs frigul poate rezulta prin utilizarea direct a energiei mecanice a unui motor sau a unei turbine sau poate fi produs indirect, prin intermediul unui grup de absorbie.

Trigenerarea, ca soluie energetic ce combin tehnica cogenerrii i producerii frigului prin absorbie, ofer avantaje considerabile care o impun n strategia energetic actual i viitoare:

a) producerea de electricitate, cldur i frig pornind de la gaze naturale;

b) utilizeaz apa ca fluid frigorific;

c) diminueaz mult efectele poluante asupra atmosferei.n figura 14 este prezentat schema de funcionare a unei instalaii de trigenerare. Combustibilul gaz natural alimenteaz un motor dintr-o instalaie de cogenerare,cuplat la un alternator, pentru a produce energie electric utilizat att pentru autoconsum, ct i pentru livrare n reea.

Cldura produs de motor n timpul combustiei este valorificat parial pentru alimentarea unei reele de nclzire urban i apoi a unui absorber cu ap cald. Acesta, la rndul lui, produce un amestec ap ghea pentru o reea urban de climatizare. Un cazan (pe gaz) permite producerea unui supliment de ap cald i de ap cu ghea (prin intermediul absorberului cu ap cald). Un al doilea absorber pe gaz i un turbocompresor asigur un supliment de sarcin frigorific. Fluidele frigorifice utilizate sunt: vapori de ap pentru absorberele cu bromur de litiu i agentul R134a pentru turbocompresor (epurat de particulele de clor).

Figura 14. Schema de funcionare a unei instalaii de trigenerare

Bibliografie selectiv

1. Bianchi Ana-Maria - Thermodynamique, Universit Technique de ConstructionsBucarest, 1997.

2. Frunzulic R., oropoc M. - Cogeneration et rseaux de chaleur, EdituraPRINTECH, Bucureti, 2002.

3. Levy C. - Les techniques de cogeneration, Gnie nergetique, Paris, 1998.

4. Chiriac F., Dumitrescu R. - Sisteme de cogenerare i trigenerare. Concepii privind situaia din Romnia, Simpozionul Instalaii pentru Construcii i Confortul Ambiental, Timioara, 2004.

5. Directive 2004/8/EC of the European Parliament and of the Council / 1 Feb. 2004 on the promotion of cogeneration based on a useful heat demand in the internal energy market and amending Directive 92/42/EEC

6. *** Renewables Made in Germany, DENA, 2007.

7. Bianchi Ana-Maria, Bltreu Fl., Drughean L., Teodorescu D. EnergetiqueUrbaine et Energies renouvelables, Grenoble-INP, 2008.

8. Iliescu M. Implementarea cogenerrii de mic i medie putere utilizarea surselor de energie regenerabil, Lucrare de dizertaie Studii aprofundate, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, 2007.

9. Ioni Claudia Contribuii la studiul sistemelor de cogenerare, Tez de doctorat, Universitatea Politehnica Bucureti, 2008.