producerea energiei electrice

Cap. 1 Problemele Generale ale Energeticii

11

Cap. 1 PROBLEMELE GENERALE ALE ENERGETICII

1.1 Energia

1.1.1 Energia i omulCea mai universal lege a naturii, creia i se supun toate procesele din natur,

este legea conservrii energiei. Ea ne spune c indiferent ce modificri va suferi natura, exist o anumit cantitate, numit energie, care nu se schimb ci doar se transform ntre diferitele sale forme: energie mecanic, nuclear, chimic, electric etc. Inginerii definesc energia ca fiind capacitatea unui sistem de a produce lucru mecanic.

Energia a nsoit omul n evoluia sa din adncurile preistoriei i pn azi, fiecare epoc istoric fiind dublat i de o epoc energetic.

De cnd a aprut pe pmnt, omul a ncercat, cu relativ succes, s supun forele naturii n scopul propriului su beneficiu.

Strmoii notrii, primitivi au ncercat s-i amplifice fora muscular utiliznd arme i unelte din piatr i din oase de animale. Aceast epoc este cunoscut n istorie ca epoca pietrei.

Mai trziu, descoperirea focului i a roii au fost adevrate revoluii energetice, permind realizarea uneltelor din bronz i fier. Utilizarea focului i a mncrii gtite au dus la dezvoltarea agriculturii. n agricultur ncep s fie utilizate i alte forme de energie: munca sclavilor i a animalelor domestice ca boul, cmila, elefantul i mgarul. Dei n istoria omului se deruleaz mai multe epoci, din punct de vedere energetic putem spune c prima epoc a fost epoca focului (sau a lemnului). nc din antichitate, pe lng cldura focului, ncep s fie utilizate i alte forme de energie: energia vntului (nava cu vele fiind regina mrilor pn dup anul 1800) i energia hidraulic a apei (roata NORIA cu cupe folosit de peri la irigaii, moara lui VITRUVIUS la romani, apoi morile de ap din evul mediu).

Dei erau folosii pentru nclzire nc din antichitate, crbunii de pmnt devin principalul agent energetic al omenirii abia dup 1750, o dat cu inventarea mainii cu abur a lui James Watt. De atunci navele cu abur dein supremaia asupra celor cu pnze, se dezvolt transportul pe calea ferat cu ajutorul locomotivelor cu abur iar locomobila va asigura acionarea manufacturilor, minelor i dezvoltarea de noi industrii. De acum se poate vorbi de o epoc a crbunelui.

Abia dup anul 1900 crbunii vor fi depii ca pondere n lista surselor de energie de ctre petrol i va ncepe epoca petrolului. Acesta va deveni sursa energetic de baz pentru marea industrie a automobilului, automobile dotate cu motoare de tip Otto sau Diesel, inventate cu puin timp nainte de anul 1900. Petrolul asigura nu numai benzina pentru automobile, dar i cauciucurile pe care circulau aceste automobile i asfaltul de sub aceste cauciucuri. Trecerea de la automobile la petrol a fost o adevrat revoluie, conducnd la explozia industriei automobilului. Aceast industrie a creat cteva mari averi, ca cele ale familiilor

Instalaii pentru Producerea Energiei Electrice

12

Rockefeller i Ford.Ultimii ani ai secolului al XIX-lea au fost martorii apariiei unei noi forme de

energie care a influenat puternic omenirea energia electric. Nu putem vorbi de o nou er energetic, energia electric fiind o form intermediar de energie, principala surs primar de energie fiind tot petrolul. O adevrat industrie electric se dezvolt pe baza descoperirilor savantului american Thomas Edison n utilizarea energiei electrice de curent continuu i a savantului american de origine srbo-croat Nikola Tesla n domeniul utilizrii curentului alternativ. n prezent (anul 2000), cifra de afaceri a industriei electrice depete pe cea a industriei automobilului. Energia electric a primit o aa de larg utilizare datorit calitilor ei:

toate formele de energie primar pot fi uor convertite n energie electric; este o form de energie uor de controlat i transportat; este uor de convertit n orice alt form de energie dorit de consumator.Dup descoperirea teoriei relativitii de ctre Albert Einstein n 1905, au loc o

serie de descoperiri epocale n fizic care duc la utilizarea n scopuri panice a unei noi surse de energie: energia nuclear. Dar, pn n prezent, ponderea ei n lista surselor de energie este nc redus. Deocamdat nc ne aflm n epoca petrolului.

Dac epoca lemnului a durat mai multe mii de ani, epoca crbunelui a durat aproape 200 de ani, epoca petrolului se va termina n mai puin de 150 de ani ( a nceput n 1900 iar rezervele de petrol se vor epuiza n urmtorii 50 de ani), nc nu se tie secolul XXI crei epoci energetice i va aparine, poate epocii energiei nucleare, sau epocii energiei solare sau vor fi descoperite alte surse de energie n viitorii 50 100 de ani.

1.1.2 Forme de energie

Energia se gsete n natur sub form de energie primar: energia combustibililor fosili, energie hidraulic a apei, energia eolian, energia geotermic, energia solar, energia nuclear etc. Toate aceste forme de energie primar i au originea n energia nuclear, sau materia nsi (Fig. 1.1).

Este evident c energia hidraulic i eolian provin de la soare. Soarele vaporizeaz apa mrilor i oceanelor i se formeaz norii. Vntul duce norii astfel formai deasupra continentelor unde n contact cu straturi de aer mai rece se condenseaz i cade pe pmnt sub form de ploi, formnd rurile i fluviile. Energia acestor ape curgtoare este apoi utilizat la producerea de energie electric n hidrocentrale. Vntul, de asemenea, se formeaz datorit nclzirii neuniforme a aerului atmosferic de la soare. Aerul mai cald se ridic i n locul lui vine aer mai rece din zonele nvecinate.

Combustibilii fosili s-au format pe baza resturilor de vegetaie i animale din epoci ndeprtate, care s-au dezvoltat tot pe seama energiei solare (fotosintez), putnd fi numii conserve de energie solar.


13

Fig. 1.1 Sursele de energie ale omeniriiOmul utilizeaz energia sub mai multe forme, diferite de forma n care se

gsete energia n natur, numite forme de energie util sau final, ca: energia termic (cldura), energia luminoas (lumina), energia mecanic (lucru mecanic) etc.

n procesul de conversie a formelor de energie primar n energie final, de multe ori se utilizeaz i forme de energie intermediar, cum este energia electric, care sunt mult mai uor de transportat (sau transmis). n figura 1.2 se prezint principalele forme de energie i metodele lor de conversie.

Se pot observa cele mai cunoscute filiere de conversie: conversia energiei chimice a combustibililor n energie caloric prin ardere, energia hidraulic i eolian sunt transformate n energie mecanic pentru propulsarea navelor sau acionarea altor dispozitive utile omului, iar energia solar este folosit i ea n foarte multe moduri.

Se poate observa c energia electric este forma de energie intermediar care se poate transforma n toate formele de energie final sau util. Datorit acestui fapt a cunoscut o aa de larg utilizare. Metodele de conversie a energiei electrice n celelalte forme de energie final fac obiectul unor discipline ale Electrotehnicii ca: Acionri electrice, Electrotermie, Iluminat electric etc.

Se poate observa c exist conversii directe a formelor de energie primar (energia solar, energia chimic a combustibililor fosili) n energie electric, conversii care evit forma intermediar, cldura, deci conversii la care randamentul nu este limitat de randamentul ciclului Carnot corespunztor principiului II al termodinamicii. Astfel de conversii sunt conversia fotovoltaic i conversia electrochimic care au loc n celulele solare i n pilele de combustie.

Dintre aceste metode de conversie prezentate, unele filiere (lanuri de conversie) sunt deja larg utilizate, servind la producerea energiei electrice n centralele electrice clasice.

Materia

En. de fuziune

En. soarelui

En. stocat(hidraulic, eolian)

En. solar(radiaie direct)

En. acumulat(combustibili fosili)

instantaneuMilioane de ani de acumulare

Acumulare de sptmni


14

Fig. 1.2 Principalele forme de energie i principalele metode de conversie a lor.Astfel, prin arderea combustibililor fosili se obine cldur, de unde prin

destinderea aburului sau a gazelor calde n turbine de abur sau gaz, se obine energie mecanic care n general este transformat n energie electric. Acest lan se ntmpl n aa numitele centrale termoelectrice (CTE).

Arderea combustibililor poate avea loc i ca o ardere lent, n pilele de combustie, unde are loc conversia direct a energiei chimice a combustibililor n energie electric, cu un randament superior, procesul avnd loc la temperatur constant, ne mai fiind supus restriciilor de randament introduse de principiul al doilea al termodinamicii. Astfel de instalaii denumite Fuel Cells (Pile de combustie), se afl deja n exploatare comercial, la puteri unitare de sute de KW.

n centralele hidroelectrice (CHE), energia hidraulic a apei pune n funciune turbine hidraulice care antreneaz generatoare electrice i n final se obine energie electric.

Cldura degajat n reactoarele nucleare de fisiune este extras, dus la un generator de abur i prin filiera turbine cu abur-generator electric se produce energie electric n centrale nuclearo-electrice (CNE).

Energia eolian sau energia vntului este captat n multe zone cu captatoare eoliene i transformat n energie electric n aa numitele generatoare electrice eoliene.

Energia solar se utilizeaz pentru producerea energiei electrice pe mai multe filiere. Astfel n heliocentrale se produce cldur i apoi abur prin evaporarea apei,

En. Chim. comb.

En. nuclear

En. hidraulic

En. geotermic

Energia solar

En. vntului

En. caloric

En. mecanic

En. electric

En. termic

En. mecanic

En. electric

En.luminoas

En. chimic

ENERGIE INTERMED.

ENERGIE PRIMAR

ENERGIE FINAL


15

n continuare producndu-se energie electric pe calea clasic a centralelor termoelectrice. Dar exist i instalaii fotovoltaice (FV) de producere a energiei electrice, echipate cu fotocelule sau generatoare termoelectrice ori termoionice.

Dac ne intereseaz numai conversia formelor de energie primar n energie electric, vom avea situaia din figura 1.3.

Fig. 1.3 Diferitele forme de energie i transformarea lor n energie electricn decursul istoriei omenirii, s-au dezvoltat diferite lanuri energetice care aveau

drept scop asigurarea unor servicii pentru om, ca: lumin solar agricultur fn cal transport; energie hidraulic roat hidraulic arbore moar fin (hran); petrol sond rafinare lamp iluminat.n prezent att formele de energie utilizate ct i serviciile asigurate de energie

omului s-au diversificat foarte mult, dar structura lanului energetic a rmas neschimbat i este prezentat n figura 1.4.

Pil

e (c

elul

e) s

olar

e

Pil

e de

com

bbus

tie

Gen

. Ele

ctro

mec

anic

e

Gen

. ter

moe

lect

rice

Gen

. ter

moi

onic

e

Gen

erat

oare

MH

D

En.M

ecan

ic

Pla

sma

Cldura

En. h

idrau

lic

En.

ch.

com

b.

Radia

ia ar

tif.

En.

de

fisi

une

En

de f

uziu

ne

Energia solar Energia nuclear

En. e

olian


16

Fig. 1.4 Structura unui lan energetic

1.1.3 Surse i rezerve de energie primarCaracterul limitat al surselor energetice primare utilizate n prezent n lume,

caracter evideniat de urmrile crizelor petrolului din 1973 i 1979, a adus n prim planul omenirii problema surselor i rezervelor de energie.

Resursele energetice sunt reprezentate de principalele surse de energie cunoscute, pe cnd rezervele energetice reprezint acele surse de energie care pot fi exploatate economic cu tehnologiile actuale. De aici se poate vedea c nivelul rezervelor energetice depinde foarte mult de descoperirile tiinifice din domeniul tehnologic.

Resursele energetice sunt foarte inegal distribuite pe glob. Exist ri aproape lipsite de resurse energetice i ri bogate n resurse energetice, dar care nu ntotdeauna sunt cele mai dezvoltate, de exemplu rile CSI (Comunitatea statelor independente).

Analiza evoluiei rezervelor exploatabile de energie convenional din ultimii ani (tabelul 1.1, fig. 1.1) ne arat c acestea au avut un mers ascendent crescnd de la 687.2 milioane t.c.c. (1972) la 1331.7 milioane t.c.c. (1990) [16].

Actualele rezerve de combustibili fosili, pot asigura un consum energetic pe o perioad de 122 de ani la nivelul produciei din 1990. Aceast apreciere are un anumit grad de relativitate datorit faptului c metodele de evaluare a rezervelor sunt foarte aproximative, iar pe de alt parte perfecionarea tehnologiilor de exploatare i consum pot transforma unele resurse n rezerve.

Asigurarea consumului de energie al omenirii pe tipuri de combustibili este urmtoarea: 214 ani la crbuni, 44 de ani la gaze naturale, 50 de ani la combustibil nuclear i 42 de ani la petrol [8].

Aceste evaluri atrag atenia omenirii asupra necesitii elaborrii de noi strategii energetice, care s fac posibil nlocuirea treptat a consumului de hidrocarburi cu alte surse de energie, a cror rezerve s asigure o cretere economic viabil.

Tabelul 1.1 Evoluia rezervelor mondiale de energie [Mld. t.c.c.]Combustibil. Crbune Petrol Gaze Nat. Total1972 511.2 119.2 56.1 687.21984 734.2 130.6 116.3 981.11990 1026.1 175.7 129.9 1331.7

In figura 1.5, aceste date se prezint i grafic.

Tehnologii de transformare

Tehnologii pentru servicii

Servicii pentru om

Surse de energie


17

Problema rezervelor de energie devine mult mai complex atunci cnd se analizeaz situaia lor la nivelul rilor i al regiunilor geografice. Astfel exist vaste teritorii cu un consum energetic n plin cretere, dar cu rezerve foarte restrnse, cum sunt Africa i America Latin. La nivel de continente acest surse sunt concentrate n Europa (34.5%), Asia (33.3%) i America de nord (20.2%), n timp ce celelalte continente abia realizeaz 11% din producia total a globului.

Fig. 1.5 Evoluia rezervelor mondiale de energie [mld. t.c.c.]i combustibilii nucleari se afl ntr-o situaie similar celor fosili: epuizarea

rezervelor de uraniu n mai puin de 50 de ani i o distribuie foarte inegal la nivelul globului. Mai mult, utilizarea acestei forme de energie este nc legat de constrngeri economice, sociale i ecologice.

Aceste perspective au ndreptat atenia omenirii i asupra unor resurse energetice mai rar folosite pn acum, sursele regenerabile de energie. Aceste surse de energie se refac n timp, ne fiind ameninate cu epuizarea. Acest tip de surse difer fa de cele clasice i prin alte caracteristici. Astfel ele nu sunt surse dense, concentrate n areale, n general bine conturate, ele prezint un caracter intermitent (energia eolian, energia solar, energia mareelor, energia biomasei etc.) i n multe cazuri difuz, cu o intensitate variabil.

1.1.3.1 CrbuneleCrbunii sunt roci sedimentare combustibile care s-au format din materiale de

origine vegetal, supuse unui lung proces de transformare, sub influena unor factori de origine geologic sau biologic [16].

Dup natura materialului vegetal din care au luat natere, crbunii se mpart n trei grupe principale, care vor fi prezentate mai pe larg n continuare.a) Crbunii humici, au cea mai mare rspndire n scoara terestr i s-au format prin transformarea unor mari acumulri de plante superioare. n funcie de gradul de carbonizare, acetia se mpart n:

crbuni superiori (antracitul i huila);

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

An1972 An1984 An1990

Carbune

Petrol

GazeNat.

Total


18

crbuni inferiori (crbunele brun, lignitul i turba).Antracitul - prezint un nalt grad de incarbonizare (90-95% C) i o putere

caloric cuprins ntre 8200 i 9200 Kcal/Kg. El s-a format n condiii geologice speciale, la temperaturi de 350-600C i la presiuni nalte. Se caracterizeaz prin culoare cenuie, luciu metalic i o umiditate sczut (n jur de 1%). Nu are proprieti cocsificabile, de aceea se folosete mai ales drept combustibil.

Huila - s-a format prin incarbonizarea unor turbrii silvestre, ce acopereau ntinse suprafee ale globului, n diferite perioade geologice. Este un crbune compact de culoare neagr, cu luciu sticlos, strlucitor. Are un coninut ridicat de carbon (peste 80%) i o putere caloric ce variaz ntre 7000 i 9000 Kcal/Kg. Huilele au o mare importan economic, fiind folosite att la fabricarea cocsului metalurgic ct i drept combustibil sau materie prim pentru industria chimic.

Crbunii bruni - provin, n cele mai multe cazuri, dintr-un material vegetal, alctuit mai ales din plante superioare (conifere, angiosperme). Uneori mai apar n aceste materiale i alte acumulri, cum sunt cele de fitoplancton, poleno-spori etc. Ei se caracterizeaz printr-un coninut n carbon de 60-80%, umiditate 10-15%, materii volatile n jur de 40% i o putere caloric ce variaz de la 3000 la 6000 Kcal/ Kg. Se folosesc ca surs de energie, dar i n industria cocsului, industria chimic etc.

Ligniii - au luat natere din diferite pri ale plantelor superioare prin carbonizare, la care se adaug diverse microorganisme sau alge existente n bazinele de sedimentare. Au o culoare brun, luciu mat, umiditate ridicat i o putere caloric care oscileaz ntre 2000 i 4000 Kcal/Kg. Ei se folosesc aproape n exclusivitate, ca i crbuni energetici.

Turbele actualele sedimente ale mlatinilor neaerisite, formate din diferite resturi vegetale (plante inferioare, muchi, frunze, ramuri etc.), supuse unor procese complexe de transformare (turbificare), de pe urma crora rezult o anumit mbogire n carbon. Ele se prezint, n general, ca o mas lnoas, de resturi de plante carbonizate de culoare brun. Au o putere caloric redus, 200-2000 Kcal/Kg i sunt folosite drept combustibil de uz casnic, ngrmnt agricol, n medicin la bi de nmol, dar i n termocentrale (n unele ri ca Finlanda i rile CSI).

b) Crbunii liptobiolii, s-au format din diferite pri rezistente provenite de la vegetale (ceruri, frunze, poleno-spori) i ocup areale restrnse pe glob. Ei se caracterizeaz printr-un coninut ridicat de hidrogen i materii volatile. Exemple de astfel de crbuni sunt tasmanitul, prezent n Tasmania de nord, format din polen de gimnosperme primitive i spori de pteridofite, sau fimenitul, alctuit predominant din polen de anin. Mai exist, de asemenea, aa numiii crbuni foioi, formai din frunze, prezeni de exemplu n sedimentele paleozoice din bazinul Moscovei.

c) Crbunii sapropelici, au la originea lor acumulri masive de resturi de fitoplancton din bazinele de sedimentare. Cele mai cunoscute tipuri sunt bodghed-


19

ul i cannel-coal-ul. Bodghedul a primit denumirea de la localitatea Bodghed din Scoia, unde se exploateaz nc din 1850. Este un crbune compact, fr stratificri, de culoare brun-nchis i luciu mat.

Rezervele mondiale de crbune au suferit creteri apreciabile n ultimii ani ca urmare a descoperirii de noi zcminte i a extinderii prospectrii n bazinele deja cunoscute. La al XXVII lea Congres Internaional de Geologie din 1984 [16], resursele mondiale de crbune au fost estimate la 12013 Mld.t.c.c. din care 8318 Mld.t.c.c sunt poteniale, 2679 Mld.t.c.c. estimate i 1016 Mld.t.c.c. dovedite (t.c.c. reprezint o ton combustibil convenional, un combustibil ipotetic cu puterea caloric de 7000 Kcal/Kg).

Situaia rezervelor de crbune exploatabil n anul 1988 este prezentat n Tabelul 1.2.

Tab. 1.2 Situaia rezervelor de crbune exploatabil la nivelul anului 1988.Regiunea/ara Crbune superior

[Mld.t.c.c.]Lignii[Mld.t.c.c.

America de Nord 132.360 153.824SUA 126.442 148.70Din care:Canada 4.97 4.535

America de Sud i Central 8.6421 15.140Columbia 7.02 0.42Din care:Peru 1.058 0.11

Europa de vest 29.022 70.636Germania 26.455 47.399Din care:UK 1.102 0.55

Europa de Est si rile fostei URSS 124.354 164.032Rusia 54.11 118.964Kazahstanul 34.172 3.307Ucraina 18.065 19.806Polonia 13.352 2.421Cehia 2.88 3.928Ungaria 0.657 4.26

Din care:

Romania 0.001 3.978Africa 67.42 0.276

Africa de sud 60.994 0Din care:Bostwana 4.754 0

Estul ndeprtat i Oceania 203.321 118.934China 68.564 57.651Australia 52.139 47.510

Din care:

India 80.174 2.205Rezerve Totale Mondiale 565.331 522.841


20

Din acest tabel se poate observa c principalele rezerve de crbune se afl n emisfera nordic a globului, cu dou excepii Africa de sud i Australia.

Crbunele asigur n prezent circa 24% din consumul mondial anual de energie. Situaia principalilor productori de crbune n anul 1997 este prezentat n Tabelul 1.3

Tab. 1.3 Principalele ri productoare de crbune n anul 1997Productor Crbune superior

[Mld.t]Lignii[Mld.t]

Total Mondial 3.775 0.901China 1.348 0SUA 0.909 0.079India 0.31 0.023Africa de Sud 0.22 0Australia 0.207 0.058Rusia 0.157 0.085Polonia 0.138 0.063

Din care:

Romnia 0.006 0.033Aceste date pot fi vzute i grafic n figura 1.6

Fig. 1.6 Principalele ri productoare de crbuniSe pot observa diferene mari n clasamentul rilor cu rezerve de crbuni i, a

celor productoare de crbuni. Astfel, SUA, dei se afl pe locul nti la rezerve de crbuni se afl abia pe locul doi la producia de crbuni. Acest lucru se poate explica prin faptul c SUA are i alte surse de energie, pe cnd China, cu rezerve reduse de petrol i gaze i folosete din plin rezervele de crbune. De asemenea Rusia, pe locul doi la rezerve se afl de abia pe locul ase la producie.

1348

988

333265 242 220 201

39

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Mt

An 1997

China SUA India Australia

Rusia Africa de sud Polonia Romania


21

1.1.3.2 Petrolul

Petrolul este un amestec natural, lichid, uleios i inflamabil de hidrocarburi gazoase i solide dizolvate n hidrocarburi lichide, formnd soluii sau suspensii coloidale [16].

n legtur cu originea lui sau emis dou ipoteze, respectiv ipoteza originii minerale i ipoteza originii organice.

Ipoteza originii minerale se bazeaz pe faptul c s-a reuit obinerea n laborator a unor hidrocarburi asemntoare celor din petrol prin sinteze minerale. Dar aceast sintez are loc la temperaturi i presiuni foarte mari care nu se ntlnesc n scoara pmntului la adncimea la care se afl de obicei zcmintele de petrol. De asemenea n petrol se gsesc nite compui organici (parafine) care se distrug la temperaturi mai mari de 250C. De aceea cea mai plauzibil ipotez este cea a originii organice a petrolului. Conform acestei ipoteze, petrolul s-a format din componenii de baz a substanelor organice cum sunt lipidele, hidraii de carbon i albuminele. Procesul de formare este foarte complex, este vorba de o acumulare masiv de materie organic provenit din microorganisme planctonice de origine animal i vegetal, ca i din diferite organisme superioare, depuse ntr-un mediu de sedimentare (marin), unde n anumite condiii de temperatur au avut loc ample procese de diagenez.

n compoziia petrolului intr carbonul cu un procent cuprins ntre 28 87% i hidrogenul cu un procent de 11 - 14%. n funcie de modul de combinaie dintre carbon i hidrogen, exist diferite tipuri de hidrocarburi: formenice, naftenice i aromatice.

n funcie de coninutul n aceste hidrocarburi, petrolul se mparte n cinci grupe mari:

a) Petroluri formenice, care prin distilare dau un procent ridicat de benzine i uleiuri minerale de calitate superioar. Sunt rspndite n SUA, Mexic i mai puin n Rusia. La noi n ar se gsesc la Moreni, Bicoi, Boldeti etc.

b) Petroluri naftenice, care au un coninut ridicat de gudroane. Se ntlnesc n Rusia, SUA i Mexic.

c) Petroluri mixte formeno-naftenice, dau un procentaj mai redus de benzine dect primele dou grupe, dar dau uleiuri de calitate superioar.

d) Petroluri mixte formeno-naftenice-aromatice, au un coninut ridicat de hidrocarburi aromatice (25-30%), ceea ce le confer o calitate superioar. Sunt rspndite n SUA (California), Rusia (Caucaz) i Romnia.

e) Petroluri nafteno-aromatice, sunt mai puin rspndite i dau o cantitate redus de benzin, dar de foarte bun calitate. Se gsesc n insula Borneo, n Cecenia i n SUA (Texas).

Dac n 1949 rezervele mondiale de petrol erau de 7 Mld.t, ele au crescut la 46.7 Mld.t n 1965 i 125 Mld.t n 1990, pentru ca n 1998 s ating 130.94 Mld.t.

Situaia rezervelor mondiale de petrol la nivelul anului 1998 este prezentat n tabelul 1.4.


22

Tabelul 1.4 Rezervele mondiale de petrol brut la 1.01.1998Regiunea/ara Rezerve

[Mld.t]America de Nord 8.652

SUA 2.883Din care:Mexic 5.130

America Central i de Sud 11.06Venezuela 9.24Din care:Bolivia 0.61

Europa de vest 2.349Norvegia 1.335Din care:UK 0.642

Europa de Est si rile fostei URSS 7.573Rusia 6.238Kazahstanul 0.693Romnia 0.205

Din care:

Azerbaijanul 0.154Orientul Mijlociu 86.9

Arabia Saudit 33.568Irak 14.441Emiratele Arabe Unite 12.554Kuwait 12.387Iran 11.938

Din care:

Oman 0.667Africa 8.998

Libia 3.786Nigeria 2.156Algeria 1.181

Din care:

Angola 0.693Estul ndeprtat i Oceania 5.43

China 3.08Indonesia 0.641India 0.551

Din care:

Malaysia 0.5Rezerve Totale Mondiale 130.949Din aceste rezerve circa 32% se afl cantonate pe platformele continentale ale

mrilor i oceanelor globului.Dup prerea multor geologi, rezervele poteniale de petrol sunt de cteva ori

mai mari. Opinia lor se bazeaz pe faptul c zone ntinse din Arctica, Extremul


23

Orient i Africa, ca i zone ntinse din platforma continental a mrilor i oceanelor, nc nu sunt suficient de bine cercetate. De asemenea intr n vizorul specialitilor i rezervele de petrol neconvenional: petrolul greu, nisipuri gudronice i isturi petroliere. Aceste rezerve sunt estimate la 720 Mld.t la nivelul globului.

Producia mondial de petrol a crescut de la 2.865 Mld.t n 1973 la 3.442 Mld.t n 1997. Situaia produciei mondiale de petrol la nivelul anului 1997 fiind prezentat n tabelul 1.5.

Tab. 1.5 Principalele ri productoare de petrol n anul 1997Productor Mld.t %Total Mondial 3.442 100

Arabia Saudit 0.439 12.8SUA 0.383 11.1Rusia 0.303 8.8Iran 0.182 5.3Venezuela 0.175 5.1Mexic 0.168 4.9China 0.160 4.7Norvegia 0.156 4.5Emiratele Arabe Unite 0.120 3.5Irak 0.013 0.4

Din care:

Romania 0.006 0.2Aceste date sunt prezentate i grafic n figura 1.7

Fig. 1.7 Principalele ri productoare de petrol (mil. t.)Irakul are o producie nesemnificativ, dei la rezerve este pe locul doi n lume,

din cauza embargoului privind exportul de petrol la care este supus de Naiunile Unite.

439383

303

18217516816015612812013 6

0

200

400

600

Mt

Arabia Saudit SUA Rusia IranVenezuela Mexic China Norvegia

UK EAU Irak Romania


24

1.1.3.3 Gazele naturale

Gazele naturale se gsesc de obicei nmagazinate n zcminte separate, dar i asociate zcmintelor de petrol i crbune.

Dup originea geologic, n cele mai multe cazuri, ele au luat natere prin degradarea biochimic a materiei organice prezent n roci sedimentare aflate la adncime mic, fie prin degradarea chimic a resturilor organice, aflate n roci vechi i profunde. Prin acest ultim proces s-au format cea mai mare parte a zcmintelor de gaze naturale din lume (Olanda, Marea Nordului, Rusia, Romnia).

n funcie de compoziie, gazele naturale se mpart n dou mari categorii: gaze uscate, cu un coninut de metan de pn la 99%; gaze asociate, care mai conin pe lng metan i alte hidrocarburi ca : etan,

propan, butan etc. Ele mai conin i alte impuriti duntoare ca: azot, bioxid de carbon, dar i folositoare ca de exemplu heliul (0.26%), gazul metan fiind singura surs industrial de heliu.

Gazele naturale nu au beneficiat de atenia i investiiile acordate petrolului, datorit faptului c nc nu sunt utilizate n industria automobilului dect n foarte mic msur. Abia n ultimii ani, cnd problema petrolului devine tot mai acut ncepe s se acorde o importan crescnd i gazelor naturale.

Datorit avantajelor tehnologice pe care le dein, gazele naturale au devenit tot mai cerute de consumatori, ceea ce a dus, pe de o parte la o cretere a consumului i pe de alt parte la impulsionarea activitii de prospectare geologic a unor teritorii vaste. Ca urmare au avut loc descoperiri de noi zcminte i o cretere substanial a rezervelor n ultimii ani. Astfel n 1977 rezervele mondiale de gaze naturale erau apreciate la 63488 Mld.m3, pentru ca n 1998 s se dubleze, 150580 Mld.m3. Distribuia acestor rezerve pe glob este prezentat n tabelul 1.6.

n industria gazului metan, cheltuielile de prospeciuni sunt mult mai mari dect cele de exploatare. Aa se explic de ce companiile nu sunt interesate n prospeciuni mai largi dect justific consumul actual. Gazul metan se afl n majoritatea rocilor, n ultimele decenii multe regiuni de pe glob au intrat n circuitul gazului metan: Mexicul, Argentina, Africa de Nord, Marea Nordului etc.

Se presupune c exist nc mari rezerve nedescoperite n Siberia, de asemenea China cu o suprafa ct a SUA deine doar 1% din rezervele mondiale, dei s-ar putea s dein aceleai rezerve ca SUA tiut fiind faptul c gazele nsoesc zcmintele de crbuni i petrol, de care China nu duce lips.

n ultimii ani se observ o cretere a ateniei acordate gazelor naturale. Se pare c prospeciunile geologice nu au fost dezvoltate la nivelul celor pentru descoperirea de petrol i c se vor descoperi cu siguran noi zcminte, aa c prognozele efectuate trebuie privite cu o anumit rezerv.

De asemenea exist rezerve mari de gaze neconvenionale neexploatate nc (gazele din zonele de geopresiune, gazele din formaiuni impermeabile, metanul din zcmintele de crbune etc.), despre care specialitii spun c ar fi chiar mai


25

mari dect rezervele de gaze convenionale. Din punct de vedere al produciei de gaze naturale pe plan mondial, situaia la

nivelul anului 1997 este prezentat n tabelul 1.7 i grafic n figura 1.8.Tabelul 1.6 Rezervele mondiale de gaze naturale la nivelul anului 1998

Regiunea/ara Rezerve[Mld.m3]America de Nord 8826

SUA 4949Canada 1924

Din care:

Mexic 1891America Central i de Sud 6580

Venezuela 4236Argentina 719Trinidad Tobago 470

Din care:

Columbia 420Europa de vest 5123

Norvegia 1844Olanda 1814UK 793Germania 358

Din care:

Italia 310Europa de Est si rile fostei URSS 59200

Rusia 50320Turkmenistan 2989Uzbekistan 1959Ucraina 1172

Din care:

Romnia 414Orientul Mijlociu 51090

Iran 23976Qatar 8880EAU 6065Arabia Saudit 5638Kuwait 1565Oman 814

Din care:

Yemen 500Africa 10310

Algeria 3865Nigeria 3401Libia 1370

Din care:

Egipt 796


26

Estul ndeprtat i Oceania 9489Malaysia 2362Indonesia 2140China 1213Pakistan 620India 510Australia 574

Din care:

Brunei 414Rezerve Totale Mondiale 150580

560539

1679185747048474629

0

100

200

300

400

500

600

Mld.mc

Rusia

SUA

Canada

UK

Olanda

Indonezia

Algeria

Uzbekistan

Norvegia

Arabia Saudita

Romania

Fig. 1.8 Principalele ri productoare de gaze naturale [Mld. m3]Tab. 1.7 Principalele ri productoare de gaze naturale n anul 1997

Productor Mld.m3 %Total Mondial 2296 100

Rusia 560 24SUA 539 23.5Canada 167 7.3UK 91 4Olanda 84.6 3.7Indonesia 74.2 3.2Algeria 69.5 3.0Uzbekistan 47.25 2.1Norvegia 47 2Arabia Saudit 47 2

Din care:

Romnia 15.2 0.66


27

1.1.3.4 Energia nuclearn condiiile n care nevoia de energie este n plin cretere, iar combustibilii

fosili susin tot mai greu aceast cerin, energia nuclear poate s-i aduc o contribuie real la rezolvarea acestei probleme.

Dac n anul 1970 centralele electrice nucleare realizau o cantitate nensemnat de energie electric, n anul 1990 producia realizat deinea deja o pondere de circa 17% din totalul energiei electrice produse n lume, ceea ce nsemna 1850 Mld.Kwh. Cele mai mari progrese s-au consemnat n Europa cu o pondere a energiei nucleare n totalul energiei electrice produse de 22.6%, dup care urmeaz America de Nord cu o pondere de 19% i Asia cu o pondere de 12.3%.

Puternica atracie ctre energia nuclear rezid n marea intensitate energetic a combustibilului nuclear. Astfel un kg de material fisionabil produce de 3 milioane de ori mai mult energie dect un kg de combustibil convenional.

In domeniul energiei nucleare, dup o perioad de entuziasm n anii 80 a urmat o perioad de stagnare. Reactoarele cu fuziune nuclear controlat sunt nc departe de a fi realizate industrial. Reactoarele cu fisiune reproductoare, care produc mai mult material fisionabil dect consum, nc nu au intrat n circuitul comercial, adic accesul la ele este limitat. Rezervele mondiale de uraniu i thoriu sunt epuizabile n viitorii 20 de ani, dar dezvoltarea reactoarelor reproductoare ar fi o soluie pe termen mediu a crizei energetice. Fuziunea nuclear controlat, rmne pe mai departe sperana principal a omenirii n rezolvarea crizei energetice actuale, dar nu se poate face nici o prognoz privind un termen limit de realizare a ei, rmnnd s mergem pe ci mai clasice pentru a ne asigura energia n viitorul apropiat.

Fig. 1.9 Evoluia produciei de uraniu n principalele ri productoare.Principalele rezerve de uraniu se afl n SUA, Canada, CSI, Africa de sud,

Australia i Frana. n figura 1.9 se prezint structura produciei de uraniu n principalele ri productoare n anii 1980 i 1991.

Exist ri cu o mare pondere a produciei de energie electric pe cale nuclear,

603

496424

7210610083114130

11

636

407370

163139139124112136

0

100200

300400

500600

700

Mii to.

An1980 An1991

CSI

Arabia Saudita

SUA

Iran

China

Mexic

EAU

Venezuela

Irak

Romania


28

ca: Frana 78.2%, Suedia 52.5%, Ukraina 43.8%, Korea 33.1%, Japonia 30.1% i Germania cu 29.1%.

Pe termen mediu se estimeaz c rezervele de uraniu ar ajunge pentru mai bine de 100 ani dac ar intra n circuitul comercial reactoarele reproductoare rapide de tip FBR care produc combustibil nuclear mai mult dect consum.

1.1.3.5 Surse regenerabile de energie

Dac la primele patru forme de resurse energetice, aveam rezerve limitate, epuizabile ntr-un anumit numr de ani, exist i resurse energetice care se regenereaz pe seama energiei pe care soarele ne-o trimite constant spre pmnt.

Dintre acestea, cea mai utilizat n prezent este energia hidraulic a rurilor i fluviilor sau hidroenergia.

Potenialul teoretic mondial echivaleaz cu o producie anual de electricitate de aproximativ 31380 Twh (T=terra=1012). Potenialul tehnic mondial reprezint aproximativ 44.8% din cel teoretic i anume 14050 Twh. Potenialul economic amenajabil este apreciat la 6400 Twh anual.

Cel mai ridicat potenial l deine Asia, dup care urmeaz America Latin, Europa (inclusiv CSI), Africa, America de Nord i Oceania.

Realizrile de centrale hidroelectrice s-au concretizat la nceput n uniti de putere mare: Itaipu (Brazilia-Paraguay)-12610 MW, Grand Coulle (SUA) 10220MW, Guri (Venezuela) 7120 MW, Tucurui (Brazilia) 8000 MW, Krasnoiarsk (Enisei, Rusia) - 6100 MW, Saiano-Suenskaia (Rusia) 6300 MW, Corpus (Argentina) 6000 MW, Le Grande (Canada) 5328 MW etc. n prezent se dezvolt tot mai mult construirea de microhidrocentrale n toate rile lumii.

n figura 1.10 a) se prezint principalele ri productoare de energie hidro din lume iar n figura 1.10 b) procentul deinut de energia hidroelectric n totalul energiei electrice generate.

a) b)Fig. 1.10 Principalii productori de hidroenergie din lume:

a) energia electric produs pe cale hidroelectric; b) rile cu cel mai mare procent de energie electric generat pe cale hidroelectric.

356351266

18815410481

0

200

400

TWh

Canada SUA Brazilia

China Rusia Norvegia

Japonia

0

20

40

60

80

100

%

Norvegia

Brazilia

Venezuela

Canada

Rusia

India

Frana

SUA


29

Un proiect de amploare este acum n derulare n China, Proiectul celor trei defileuri. Se estimeaz amenajarea pe fluviul Yangtze cel mai mare fluviu din China a unei acumulri cu o putere instalat de 182000 MW cu o producie anual de energie electric de 84.7 Twh. Aceast amenajare ar avea i rolul de a preveni inundaiile provocate periodic de fluviul Yangtze i de a facilita navigaia spre interiorul Chinei.

Exist i alte forme de hidroenergie. Energia valurilor are un potenial energetic uria (2500000MW), dar folosirea

acestui potenial este ngreunat de caracteristicile acestei energii: o mic densitate energetic i o mare inconstan (numai valurile mai mari de 2 m sunt eficiente din punct de vedere energetic).

Energia mareelor are un potenial energetic (2700000 MW) comparabil cu energia valurilor, dar utilizarea ei este greu de realizat. Exist pe glob doar cteva locuri favorabile construirii de astfel de centrale, ca:

Golful Fundy, Noua Scoie, cu o nlime a mareei de 19.6 m; Golful Saint Malo din Frana, cu o nlime a mareei de 15m; Golful Bristol, Marea Britanie, cu o nlime a mareei de 14.4 m; Golful Khambet din India, cu o nlime a mareei de 12.4 m; Golful California din SUA, cu o nlime a mareei de 12.3m; Strmtoarea Hudson, Canada, h=11.8m;

dar i Marea Alb, Marea Ohok, Marea Chinei de Sud, Golful Alaska i golful Roebuck din Australia.

Cea mai mare central mareoelectric din lume este cea construit n 1966 pe estuarul rului Rance din Frana, cu o putere instalat de 240 MW.

Energia curenilor marini este de acelai ordin de mrime, dar va fi accesibila doar n secolul urmtor.

Energia geotermal, iradiaz n mod constant dinspre centrul pmntului spre suprafa, cu un gradient de temperatur mediu de 30C/km, dar exist zone pe glob mult mai favorabile. Astfel, n unele zone prin foraje la circa 1000m se obine direct abur la aproximativ 250C (Larderelo n Italia). SUA au deja o putere instalat n centrale geotermale de 660MW, urmat de Italia cu 390MW i Noua Zeeland, Japonia, Mexic, Filipine cu cte 200MW fiecare.

Energia termic a mrilor i oceanelor, se poate exploata folosind diferena de temperatur de la suprafaa apei la ecuator (aproximativ 30C) i cea de la adncime (aproximativ 6C). Deja s-au realizat prototipuri de astfel de centrale termice, dar aceast surs de energie nc nu este exploatat comercial. Rezervele cestei surse s-ar ridica la 4x1010MW, energia prezentnd constan, dar este difuz.

Energia eolian, sau energia vnturilor, este folosit din cele mai vechi timpuri, dar n prezent n lume utilizarea ei ia un avnt deosebit. Rezervele anuale poteniale se ridic la nivelul globului la 260000Twh. Aceste rezerve depesc cu mult consumul mondial anual de energie electric, dar nu pot fi exploatate dect n proporie redus din cauza a numeroase constrngeri datorate caracteristicilor


30

vntului: concentrare relativ mic a energiei, i inconstana vntului (puterea dezvoltat variaz proporional cu cubul vitezei).

La nivelul anului 1993 erau instalai n lume 3000MW eolieni.Energia din biomas. Se estimeaz c energia coninut n biomasa vegetal de

pe pmnt este de 10 ori mai mare dect consumul energetic mondial. Cea mai simpl utilizare este combustia direct prin ardere, tehnologie folosit i n trecut i n prezent. Exist centrale termoelectrice care funcioneaz cu deeuri de lemn (Varnamo, Suedia, 6MW). n prezent biomasa furnizeaz circa 10% din energia consumat n lume, innd cont i de lemnele utilizate n rile lumii a treia la nclzit.

O alt utilizare a biomasei este la producerea biogazului, larg utilizat n Frana, China, Japonia i Elveia.

Biomasa se utilizeaz i la producerea de carburani lichizi pentru automobile n ri ca Brazilia, unde sunt puine rezerve de petrol. Se folosete un amestec de benzin i etanol produs din trestia de zahr.

Se studiaz i alte plante energetice: maniocul n Africa i trestia de zahr n Europa. Exist plante din care se extrage direct benzina, cum este specia Euforbia Lathiris.

Energia solar. Aceast energie cade pe pmnt cu o densitate medie de 1.353 kW/m2, bineneles cu valori mai mari la ecuator i n zonele deertice.

n prezent se dezvolt foarte mult producerea de energie electric prin conversiadirect a energiei solare n energie electric, n celule fotoelectrice.

Costul energiei electrice produse n instalaii fotovoltaice a putut fi sczut pn la 10 ceni pe kwh, devenind comparabil cu cel vndut de companiile de electricitate, aa c aceast soluie este eficient n zonele izolate, n rile lumii a treia nc neelectrificate etc.

Au crescut vnzrile de celule fotovoltaice de la 6MW n 1980 la 29MW n 1987 i 60MW n 1993.

Evoluia energiei produse din surse regenerabile de energie este ntr-o continu cretere, dup cum se poate vedea din figura 1.11. (Gtep=gigaton echivalent petrol).

Fig. 1.11 Evoluia produciei de energie din surse neconvenionale:

energia eolian, solar, geotermic i din biomas.

0

45

7

14

02468

101214

Gtep

1971 1992 1996 2000 2010

an


31

1.2 Energia electric1.2.1 Producerea de energie electricO perioad ndelungat omul a folosit numai energia furnizat direct de natur,

respectiv energia primar. Cu timpul, ns, diversitatea activitilor umane a determinat creterea consumului energetic i mai ales a modificat structura acestui consum prin apariia unei forme intermediare de energie energia electric uor de transportat la distane mari i uor de utilizat la cele mai diferite activiti umane.

Energia electric se produce n nite instalaii tehnologice, care utilizeaz diferite forme de energie primar, numite centrale electrice (CE).

Dup tipul sursei primare de energie avem urmtoarele tipuri principale de centrale electrice:

Centrale termice (CT), care utilizeaz drept surs primar de energie combustibili fosili (crbune, petrol, gaze naturale). Din ele fac parte: CTE Centralele Termoelectrice (echipate cu turbine cu abur), CTG Centrale cu Turbine cu Gaz, CMD Centrale cu Motoare Diesel, CET Centrale Electrice cu Termoficare sau Centrale Electrice cu Cogenerare (adic produc i energie electric i termic), CMHD Centrale cu generatoare Magneto-Hidro-Dinamice.

Centrale nuclearo-electrice (CNE), care funcioneaz pe baz de combustibili nucleari;

Centrale hidroelectrice (CHE), care funcioneaz pe baza energiei hidraulice a cursurilor rurilor i fluviilor;

Centrale electrice eoliene (CEE), care funcioneaz pe baza energiei eoliene (energia vntului);

Heliocentrale, centrale funcionnd pe baza energiei solare; Centrale Geo Termo Electrice (CGTE), care funcioneaz pe baza

energiei geotermice.Dup participarea la acoperirea curbei de sarcin n sistemul energetic,

deosebim: Centrale electrice de baz, cu o durat de utilizare de 60007500 h/an; Centrale electrice de semibaz, cu o durat de utilizare de 40006000 h/an; Centrale electrice de semivrf, durata de utilizare: 2000-4000 h/an; Centrale electrice de vrf, durata de utilizare: sub 2000 h/an.

1.2.2 Evoluia produciei de energie electricProducia mondial de energie electric a avut un mers ascendent, crescnd de la

200 Mld. kwh n 1925 la 4908 Mld.kwh n 1970, 8247 Mld.kwh n 1980, 11555 Mld.kwh n 1992 i 13652 Mld.kwh n 1996. (1 Mld.kwh=1 Twh).

Structura produciei de energie electric la nivelul anului 1996 este prezentat n


32

tabelul 1.8.Tabelul 1.8 Energia electric produs n lume n anul 1996

Sursa de energie primar/ara Energia[Twh] % Puterea[Gw]Energia nuclear 2416 17.7/100 354

SUA 715 29.6 99Frana 397 16.4 62Japonia 302 12.5 44Germania 160 6.6 22Rusia 109 4.5 20UK 95 3.9 13

Din care:

Canada 93 3.8 15Combustibili fosili 8524 62.4/100 1487

Crbune 5239 61.5/100 873SUA 1924 36.7China 810 15.5India 318 6.1Germania 303 5.8Africa de Sud 185 3.5Japonia 182 3.5Rusia 157 3

Din care:

UK 147 2.8Petrol 1269 15/100 211

Japonia 211 16.6Italia 117 9.2SUA 95 7.5

Din care:

China 65 5.1Gaze naturale 2016 23.5/100 403

SUA 484 24Rusia 342 17Japonia 203 10

Din care:

Din care:

UK 82 4Hidroenergia 2517 18.4/100 709

Canada 356 14SUA 351 14Brazilia 266 10.6

Din care:

China 188 7.5Alte surse 195 1.4 70Total Mondial 13652 100 2620


33

Deoarece energia electric nu se poate stoca dect n cantiti infime, aceast energie se produce pe msur ce se consum, adic producia i consumul de energie electric reprezint acelai lucru.

n viitor se ateapt o cretere a necesarului de energie electric att datorit creterii populaiei globului, ct i datorit creterii nivelului de trai (n prezent nc 40% din populaia globului nu are acces la energia electric [7]). Creterea necesarului de energie electric este estimat la un procent mediu de 2.5% pe an. Dar exist zone ale globului unde aceast cretere este mult mai mare. O astfel de zon este Asia, unde n ultimii ani s-a nregistrat un adevrat boom economic. Ce se va ntmpla n Asia n viitorul apropiat [8]se poate vedea din tabelul 1.9.

Tabelul 1.9 Evoluia cererii de energie electric n Asia1995 2000 2010 2020AnGW Twh GW Twh GW Twh GW Twh

Asia 739 3085 990 4048 1515 6520 2265 9645Japonia 233 916 255 937 274 1079 312 1222China 195 923 306 1450 625 2921 1036 4707

Din care

India 86 405 130 558Se poate observa ritmul de cretere al necesarului de energie electric n ri ca

India i China.

1.3 Problema energetic a Romnieinc din secolul XIX Romnia a fost una din principalele ri productoare de

petrol din Europa. n perioada celui de al doilea rzboi mondial, Romnia a fost al aselea productor de iei din lume, dar dup 1975 a devenit un importator net de energie electric i resurse de energie primar.

Romnia dispune nc de o diversitate de resurse de energie primar, proprietatea statului: iei, gaze naturale, crbuni, uraniu, resurse hidroenergetice i ape geotermale, distribuite neuniform pe ntreg teritoriul rii.

Romnia are mari rezerve de crbune superior (900 Mt) i inferior (4200 Mt). Crbunele este utilizat n principal la producerea de energie electric.

Rezervele verificate de petrol ale Romniei se se ridic la 211 Mt iar rezervele de gaze naturale se ridic la 425 Mld.m3. Datorit lipsei de capital, statul nu a mai investit n explorarea de noi cmpuri petroliere sau de gaze. nc mai e posibil s se gseasc noi rezerve de petrol i gaze naturale pe teritoriul Romniei.

n tabelul 1.10 se prezint situaia consumului de resurse energetice primare n Romnia ultimilor ani.

Referitor la producia de resurse energetice, din acest tabel se pot deduce urmtoarele.

Ponderea crbunelui n totalul consumului de energie primar este de aproximativ 22%. Vrful produciei interne de crbune a fost n anul 1990 (43.3 Mt), pentru a scdea la 40.9 Mt n 1997. Crbunii superiori sunt extrai din


34

subteran iar cei inferiori de la suprafa.Vrful produciei interne de petrol a fost de 14.7 Mt n anul 1976. Producia de

petrol a anului 1997 a fost de numai 6.52 Mt (90% din petrol fiind produs pe uscat i 10% n largul coastei Mrii Negre). Producia intern de petrol acoper mai puin de jumtate din necesar.

Romnia are cea mai mare capacitate de rafinare a petrolului din Europa Central i de Est (32.2 Mt/an), ocupnd locul 11 n lume.

Tabelul 1.10 Consumul de resurse energetice primare a RomnieiAn 1990 1991 1993 1995 1997Crbune [Mt] 52.880 44.303 48.562 51.700 46.320

Indigen 43.320 38.260 44.900 46.890 40.880Din care:Import 9.560 6.043 3.662 4.810 5.440

Combustibil lichid [Mt] 25.410 17.670 16.887 19.147 17.494Indigen 7.930 6.790 6.676 6.717 6.520Din care:Import 17.480 10.880 10.211 12.430 10.794

Gaze Naturale [Mld.m3] 35.270 29.720 25.225 24.170 20.190Indigen 28.030 24.460 20.732 18.210 15.190Din care:Import 7.240 5.260 4.493 5.960 5.000

Hidroenergie [Twh] 10.982 14.249 12.768 16.694 17.510Energie nuclear [Twh] 0 0 0 0 5.400Alte surse [Mtep] 2.500 3.060 3.990 4.780 12.870Romnia are 8 conducte de petrol, 5 pentru petrol brut i 3 pentru produse

petrolifere.Romnia este unul din cei mai mari consumatori i productori de gaze naturale

din Balcani. Deoarece producia intern nu acoper necesarul, n prezent se import aproximativ 5 Mld.m3/an din Rusia, fiind conectat la o conduct de gaz de mare distan care leag Rusia de Bulgaria, Grecia i Turcia. Reeaua de gaz din Romania are o lungime de 11500 Km.

Referitor la Sistemul Electroenergetic al Romniei, putem spune c este unul din cele mai vechi din Europa. Astfel Timioara devine primul ora din Europa iluminat electric n anul 1884, cu 60 km de strad i 73 puncte de iluminat, n 1896 s-a pus n funciune prima linie de 4.5 kV dintre centrala hidroelectric Sadu i Sibiu iar n 1906 o linie de 15 KV care asigura legtura dintre centrala hidroelectric Someul Rece i Cluj.

Puterea instalat n Sistemul Electroenergetic al Romniei a fost la 1.01.1998 de 18.65 GW, din care:

11.17 GW n CTE; 5.93 GW n CHE; 0.7 GW n CNE; 0.85 GW n centrale electrice cu cogenerare.


35

n 1996 a intrat n funciune primul din cele cinci uniti ale CNE Cernavod, cu o putere instalat de 700 MW, realizat n cooperare cu AECL Canada i echipat cu un reactor CANDU. Unitatea nr. 2 de 700 MW este realizat n proporie de 70%. Unitile 3, 4 i 5 sunt realizate n proporie de numai 15%.

n tabelul 1.11 este prezentat Balana produciei de energie electric a Romniei n ultimii ani.

Tabelul 1.11 Balana de electricitate a Romniei [Twh] pentru 1990-1997An 1990 1991 1993 1995 1997Producia 64.309 56.912 55.476 59.267 57.149

CHE 10.982 14.249 12.768 16.694 17.510CTE 53.327 42.663 42.708 42.573 34.239

Din care:

CNE 0 0 0 0 5.400Consumul 60.22 51.53 45.61 46.46 45.07

Industria 44.53 35.09 29.19 29.34 30.93Construcii 1.34 0.93 0.59 0.76 0.55Agricultur 3.18 4.19 1.96 1.76 1.79Transporturi 2.61 1.79 2.21 2.17 2.23Servicii 3.21 2.78 4.64 5.31 1.62

Din care:

Locuine 5.35 6.75 7.02 7.12 7.95Import 9.476 7.047 2.991 0.755 1.038Export 0.115 0.120 1.118 0.456 0.817Vrful produciei de energie electric a fost n 1989 (75.75 Twh), el a sczut n

continuare i s-a stabilizat n jurul valorii de 46 Twh.Strategia energetic a Romniei are urmtoarele obiective: creterea utilizrii gazului metan; reducerea ponderii CTE pe baz de crbune; promovarea economiei de energie; diversificarea surselor de energie primar, prin extinderea utilizrii de surse

de energie regenerabile; extinderea cooperrii internaionale n sectorul energetic; liberalizarea sectorului energetic; eliminarea subveniilor n sectorul energetic; armonizarea legislaiei energetice cu Carta European a Energiei i

standardele EU; promovarea investiiilor n sectorul energetic; promovarea proteciei mediului.n tabelul 1.12 se prezint previziunile pentru cererile de resurse energetice

primare ale Romniei pn n anul 2020.Cantitatea de resurse energetice importate a fost de 37% din cerere n 1990 i se

ateapt s fie de 52% n anul 2010.


36

Tab. 1.12 Prognoza consumului de resurse energetice primare n RomniaAn 1995 2000 2005 2010 2015 2020Crbune [Mt] 51.70 31.0 31.0 31.0 18.0 13.5Hidroenergie [Twh] 16.69 15.80 15.80 15.80 15.80 16Gaze naturale [Mld.m3] 24.17 21.10 23.10 23.50 29 29Energie nuclear [Twh] 0 5.40 10.80 10.80 10.80 10.80Petrol i produse p.[Mt] 19.15 11.85 13.84 17.56 20.40 20.60Alte, inclusiv regen. [Mt] 4.78 12.80 12.80 12-80 12.80 12.80

Evoluia produciei de energie electric a Romniei este prezentat n fig. 1.12.

a) b)Fig. 1.12 Evoluia recent a consumului de energie electric n Romnia a) i a

puterii medii anuale consumate.Strategia dezvoltrii sectorului electroenergetic al Romniei are urmtoarele

direcii: reabilitarea centralelor electrice existente, cu durata de via aproape

expirat i mbuntirea randamentelor lor; retragerea din exploatare a unitilor de generare depreciate moral i

conservarea unui numr de uniti datorit reducerii cererii de energie electric i cldur;

completarea i realizarea de noi uniti eficiente de generare, dintre care Unitatea nr. 2 de la Cernavod este prioritar;

introducerea n exploatare de noi surse regenerabile de energie electric ca: microhidrocentrale, generatoare eoliene i instalaii fotovoltaice;

reabilitarea i extensia reelelor electrice de distribuie; nlocuirea echipamentelor uzate pentru un anumit numr de centrale

electrice.Dac n viitorul apropiat cererea de energie electric n Romnia va scdea

datorit restructurrii economiei, pe termen lung, se sper ntr-o relansare a economiei romneti i aceast cerere se ateapt s creasc la 54.2 Twh n anul 2010 i 69 Twh n anul 2020.

83.66

6458 62

0

20

40

60

80

100

TWh

1989 1991 1993 1995

9.55

7.36.7 7

0

2

4

6

8

10

GW

1989 1991 1993 1995


37

1.4 Energia i mediulCriza energetic declanat de cele dou ocuri ale petrolului este amplificat i

de un alt oc, ocul ecologic [8].Sfritul rzboiului din Golf la nceputul anului 1991 a marcat un moment

important pentru sistemul energetic mondial. nainte de a se retrage, trupele irakiene au vrsat 3 milioane de barili de petrol n apele golfului Persic i chiar mai mult n deert. Apoi au dat foc la mai mult de 500 de puuri de petrol. Terenurile petroliere ale Kuweitului au ars aproape un an, producnd mai mult poluare dect toat industria Statelor Unite pe timp de un an.

Dup 1980 apare criza waldsterben (moartea pdurii), care a lovit Europa central i care este datorat termocentralelor pe crbune.

Explozia nuclear de la Cernobl din 1986 a trimis un nor radioactiv peste o mare parte a Europei centrale i de vest.

Euarea navei Exon Valdez n strmtoarea Prince Wiliam, a lsat o pat extins de petrol, reamintind lumii de preul pe care trebuie s-l plteasc pentru a consuma 60 de milioane de barili de petrol pe zi.

Pornind de la un serios val de cldur i secet n America de Nord i alimentat cu mrturii i rapoarte alarmante de ctre oamenii de tiin, lumea a ajuns la limita final a economiei bazat pe combustibili fosili: capacitatea atmosferei de a absorbi cantiti tot mai mari de bioxid de carbon. Bioxidul de carbon i metanul absorb energie solar i se nclzesc, efectul de ser, ducnd la nclzirea atmosferei i la modificarea climei planetei. Mai exist i alte gaze de ser, de exemplu clorofluorocarbonii (CFC). Pentru a evalua magnitudinea problemei, Naiunile Unite au format n 1988 o Comisie Interguvernamental pentru Modificri Climatice (CIMC), care cuprinde mai mult de 150 de oameni de tiin din toat lumea [7].

Deja apar dovezi disparate despre vreme aberant: inundaii, furtuni, secete etc.Restriciile ecologice au nceput s modifice att opiunile publice ct i cele

individuale n investiiile energetice. Apar legi ambientale mai stricte care fac mai scumpe construcia i funcionarea facilitilor energetice. Multe ri au introdus deja taxa pe carbon, adic taxe pentru cei ce utilizeaz combustibili fosili, n scopul favorizrii altor tehnologii de producere a energiei.

Utilizarea unui alt tip de combustibil hidrogenul va evita emisiile de bioxid de carbon n atmosfer, deoarece prin arderea lui se produce ap, care este nepoluant. Acest combustibil se pare c va domina secolul urmtor. Utilizarea hidrogenului ca purttor de energie are urmtoarele avantaje: se poate obine, prin procedee foarte diversificate, din ap, aflat n cantiti

nelimitate, cu aportul energetic al unei mari varieti de surse primare posibile; randamentul de obinere este destul de ridicat i poate fi produs n uniti mari,

cu puteri de ordinul gigawailor, n acord cu orientrile de baz ale energeticii; prin ardere, el regenereaz apa n mod nepoluant, nchiznd ciclul de utilizare a


38

materiei prime; se poate transporta prin conducte, n reele de gaze care nu difer esenial de

cele existente sau, n faz lichid n tancuri maritime, asemntoare n principiu cu cele care transport azi gaze naturale;

se poate stoca sub form de hidrogen lichid n recipiente ntocmai ca gazul metan lichefiat, sau n cantiti enorme, n structuri subterane de felul cmpurilor gazeifere epuizate;

se poate arde n cazane i motoare cu ardere intern fr modificri eseniale, puterea lui caloric fiind dubl fa de cea a benzinei;

se poate utiliza la producerea direct de electricitate n pile de combustie; poate fi folosit i ca materie prim pentru industria chimic, metalurgic i

alimentar, deja n aceste industrii se folosete pe scar destul de larg; se poate nmagazina i sub form solid n hidruri metalice.Dintre dezavantaje s-ar putea aminti: inflamabilitatea mai ridicat; pericol de explozie puin mai mare.Dar cel mai mare avantaj este c prin ardere produce ap i nu polueaz mediul.

Cu toate aceste caliti cunoscute de mult vreme, hidrogenul nu a ptruns pe piaa energiei, din cauza existenei petrolului ieftin. Declinul inevitabil al energeticii bazate pe petrol va duce cu siguran la utilizarea larg a hidrogenului n energetic. Producerea industrial a hidrogenului, ca alternativ pentru purttorii de energie actuali, trebuie s exclud, evident, cracarea catalitic a hidrocarburilor, pe baza creia se produce mai mult de jumtate din hidrogenul utilizat n prezent. Hidrogenul energetic va trebui produs din ap. Tehnologiile ce intr n competiie sunt: electroliza, descompunerea termochimic, fotochimic sau fotoelectrochimic a apei i bioconversia.

Se vor dezvolta reele de transport a hidrogenului, dar deocamdat mai sunt probleme cu tehnologia de producere economic a lui.

1.5 Sistemul Energetic (SE)

1.5.1 Structura sistemului energetic

Energetica este ramura tiinei care se ocup cu: studiul surselor i resurselor de energie din punct de vedere al potenialului lor

energetic i al importanei economice; studiul metodelor de conversie a energiei primare n alte forme de energie,

utilizabile de ctre diferitele categorii de consumatori; studiul cererii de energie n ansamblu i pe diferite forme de energie; studiul proceselor de utilizare a energiei, mai ales n legtur cu utilizarea

raional a acesteia; studiul formrii, dezvoltrii, funcionrii i exploatrii sistemelor energetice.


39

La rezolvarea acestor obiective particip numeroase alte ramuri ale cunoaterii umane, att din domeniul tiinelor naturii (fizic, chimie, geologie, geografie), al tiinelor tehnice (mecanic, electricitate, termotehnic, hidraulic, tehnologia materialelor) ct i al tiinelor sociale (demografie, sociologie) i economice.

Dezvoltarea activitilor cu caracter energetic de-a lungul timpului a cunoscut diferite stadii de organizare a acestora, mergnd de la caracterul separat al rezolvrii aprovizionrii cu ageni energetici de ctre fiecare consumator, pn la stadiul actual al organizrii de tip sistem, permis de posibilitile tehnice de realizare a instalaiilor, impus de cerinele de siguran n funcionare i de eficieneconomic.

Mai nti au aprut forme de organizare n cadrul surselor clasice de energie primar (combustibili) prin funcionarea corelat a proceselor specializate de extracie, de prelucrare primar (sortare, distilare etc.), de transport i de distribuie la consumatori.

Ulterior au aprut asemenea organizri i n cazul producerii principalelor forme de energie util: energie electric i energie termic.

Nivelul de integrare al activitilor de producere i distribuie a energiei atins n prezent, n ansambluri mari de instalaii, a cror funcionare este strns corelat, poate fi caracterizat corect prin noiunea de sistem.

Sistemul energetic (SE) poate fi considerat ca un subsistem al mediului natural, de unde i extrage el toat energia primar. De asemenea sistemul energetic returneaz mediului natural, deeurile activitii sale.

In figura 1.13 se prezint structura general a unui sistem energetic.Sistemul energetic cuprinde ansamblul activitilor de producere i distribuie a

energiei de toate formele, organizate pe un anumit teritoriu. Din acest ultim aspect putem avea sisteme electroenergetice: naionale, regionale i continentale iar n ultimul timp se poate vorbi i de un sistem energetic planetar.

Fig. 1.13 Componena unui sistem energetic.SEP - surs de energie primar; IP - instalaie primar; IT - instalaii de

transport a energiei primare; CE - centrale electrice; RTD - reele de transport i distribuie a energiei electrice; CEE - consumatorii de energie electric; Itr -instalaii de transformare a energiei primare; CEP consumatori de energie

primar; SEE - sistemul electroenergetic.

ITr

CEP

SEP IP IT CE RTD CEE

SEE


40

Sursele de energie primar sunt: crbunii, petrolul, gazele naturale, apa, aerul, cldura solar etc.

Instalaiile primare sunt reprezentate de instalaiile pentru extracia purttorilor primari de energie ca: minele, sondele de petrol i gaze, etc.

Instalaiile de transport a energiei primare sunt reprezentate de sistemele de transport a crbunilor (calea ferat, nave, auto etc.) i a petrolului i gazului (conducte, nave, auto etc.).

Instalaiile de transformare a purttorilor primari de energie sunt reprezentate de instalaiile pentru prelucrarea acestora ca: uzinele de preparare a crbunilor, rafinriile de petrol, staiile de pompare i pregtire pentru consum a gazelor naturale etc.

Consumatorii de energie primar sunt reprezentai de mijloacele de transport auto, navale i aeriene, de instalaiile de nclzire cu combustibili solizi, lichizi sau gazoi, precum i ali consumatori de combustibili din industrie.

Consumatorii de energie pot fi: consumatori de energie primar (petrol, crbune, gaze naturale etc.) i consumatori de energie secundar (ex. energia electric). Corespunztor acestui fapt, putem avea: Sistemul energetic al petrolului (SEP), Sistemul energetic al Crbunilor (SEC) i Sistemul energetic al gazelor (SEG), dar i un sistem electroenergetic (SEE), care se va ocupa cu producerea, transportul i distribuia energiei electrice.

Sistemul electroenergetic (SEE) reprezint acea parte a sistemului energetic care cuprinde activitile din domeniul producerii, transportului si distribuiei energiei electrice i are dou pri principale: centralele electrice, acolo unde se produce energia electric i reelele de transport i distribuie care se ocup cu distribuia ei la consumatori.

1.5.2 Sistemul electroenergetic (SEE)

Sistemul electroenergetic SEE este un subsistem al sistemului energetic SE al unei ri. Structura lui este prezentat n figura 1.14.

Sursele de energie electric prezentate n figura 1.14 sunt: CTE - centrale termoelectrice de mare putere; CHE - centrale hidroelectrice de mare putere; CNE - centrale nuclearo-electrice; CL - centrale electrice de importan local; MC - microcentrale, mai ales hidraulice sau eoliene.

n producia de energie electric rolul cel mai important la ora actual l au termocentralele care asigur cca. 64% din producia mondial de energie electric. Au urmtoarele avantaje fa de hidrocentrale:

pot fi amplasate n apropierea locurilor de consum i se transport combustibilul;

necesit investiii mai reduse;


41

posibilitatea de a funciona tot timpul anului, indiferent de anotimp sau condiii meteorologice.

Ele au i unele neajunsuri, printre care se remarc eliminarea n atmosfer a unor mari cantiti de poluani: bioxid de carbon, bioxid de sulf etc.

Fig. 1.14 Structura sistemului electroenergetic.Centralele nuclearo-electrice i cele hidroelectrice acoper fiecare cte 18% din

producia mondial de energie electric.Aceast structur nu se regsete la nivel de ri. Astfel exist ri la care cea

mai mare parte din energia electric se produce n centrale nulearo-electrice, cum e Frana cu peste 78 % in CNE; sau Norvegia i Brazilia care produc peste 90% din energie n centrale hidroelectrice.

Toate aceste centrale produc energie sub form de curent alternativ trifazat. Folosirea curentului alternativ permite modificarea, prin transformatoare, a parametrilor tensiune i intensitate, potrivit necesittilor concrete de transport sau utilizare. Sistemul trifazat permite sporirea cantitii de energie transportat de 3 ori n raport cu sistemul monofazat dei se folosesc instalaii cu numai 50% mai dezvoltate (3 fire fa de 2 fire).

n centrale, energia electric este produs de ctre generatoarele sincrone la

LTIT

LTFITLDMT

PT

CTE

CNE

CHE

STEV

ST

PT

ST

ST

ST

ST

STEV

STEV

STIC

STIC

STIC

ST PT

PT PT

PT PT

PT

PT PT

PT PT

CJTCL MCCMT

CJTCJT


42

tensiuni cuprinse ntre 6 i 24 KV (medie tensiune-MT). Pentru a putea transporta energia, cu pierderi (prin efect Joule) ct mai reduse, la distane uneori mari, pn la marii consumatori, tensiunea este ridicat la un nivel denumit foarte nalt tensiune - FIT (400 i 750 KV), n staiile de transformare de evacuare (STEV ) amplasate lng centrale. Aceste staii sunt legate ntre ele printr-un inel de linii de transport de foarte nalt tensiune (LTFIT). La noi n ar mai exist nc linii de transport de FIT care mai funcioneaz la 220KV, dar treptat vor fi trecute la 400KV.

n apropierea marilor concentrri de consumatori (centre industriale sau orae mari) sunt amplasate staiile de transformare i interconexiuni (STIC). Aici cu ajutorul autotransformatoarelor FIT/IT (n Romnia 400/110 KV), se trimite energia n reeaua de distribuie, care funcioneaz la nalt tensiune (IT). Prin intermediul liniilor acesteia, linii de transport de nalt tensiune (LTIT), energia electric este livrat direct unor mari consumatori sau este adus n apropierea unor concentrri de mici consumatori.

La liniile de distribuie de IT sunt racordate staiile de transformare (ST) n care tensiunea este cobort de la nalt tensiune la medie tensiune, iar prin linii de distribuie de medie tensiune (LDMT) sunt alimentai direct o serie de consumatori industriali de medie tensiune (CMT). Majoritatea consumatorilor de energie electric sunt alimentai la joas tensiune JT (0.4 kV), prin intermediul posturilor de transformare (PT) racordate tot la LDMT.

Centralele locale (CL) se racordeaz la Sistemul Electroenergetic prin staiile de transformare (ST), iar microcentralele (MC) prin posturi de transformare (PT).

Aspectul real al configuraiei unui sistem energetic este mult mai complex i depinde de particularitile geografice i economice ale zonei.

n reeaua de distribuie de joas tensiune, exist o serie de interconexiuni locale ntre posturile de transformare alimentate de la aceeai staie de transformare sau chiar de la staii de transformare diferite. De asemenea staiile de transformare aflate la distane mici ntre ele pot fi conectate i pe partea de medie tensiune.

Sistemele electroenergetice s-au dezvoltat datorit cerinelor crescnde de a realiza o siguran ct mai mare n alimentarea consumatorilor cu energie electric i obinerea unei eficiene economice ct mai ridicate. Ambele cerine sunt ndeplinite prin realizarea interconexiunilor ntre surse i ntre consumatori la nivele diferite de tensiune.

La un sistem energetic de tip radial, ca n figura 1.13, ieirea din funciune a unui element al lui din cauza unei defeciuni interne sau a unei influene externe, ntrerupe funcionarea ntregii scheme. De asemenea, energia electric neputnd fi stocat n cantiti mari, trebuie ca graficul de sarcin al sursei s fie direct dependent de cel al consumatorului.

In cazul sistemului electroenergetic prezentat n figura 1.14, exist interconexiuni la toate nivelele de tensiune (FIT, IT, MT, JT). Schemele care prezint asemenea legturi se numesc buclate. Datorit acestor interconexiuni,


43

centralele electrice vor fi programate n funciune n raport cu eficiena economic proprie, pe msura creterii cererii de energie a consumatorilor. Vor cpta prioritate n funcionare centralele mai economice, iar celelalte vor interveni n caz de avarie sau la orele de vrf de sarcin.

De asemenea, prin aceste interconexiuni crete sigurana n alimentarea cu energie electric a consumatorilor, n sensul c dac o central sau o linie devin indisponibile din o cauz oarecare, consumatorii afereni pot fi preluai de restul sistemului energetic.

n cadrul sistemelor electroenergetice, o condiie strict necesar pentru funcionarea interconectat a surselor este pstrarea acelorai valori a frecvenei curentului alternativ n toate instalaiile componente. Diferenele de frecven ntre centrale ar fi nsoite de variaii rapide ale mrimii i sensului de circulaie a energiei n sistem, care pot deteriora instalaiile componente. Asemenea situaii de pierdere a sincronismului, pot interveni n caz de avarii grave de tipul scurtcircuitelor polifazate, dac proteciile respective nu funcioneaz promt i corect.

n cazul statelor cu teritorii ntinse i grad de concentrare diferit al populaiei, organizarea unui singur sistem electroenergetic nu se poate realiza n mod economic prin structura prezentat anterior. n asemenea cazuri, structuri de tipul celor din figura 1.14 se realizeaz pe teritorii mai restrnse, iar ntre aceste sisteme locale se prevd legturi prin: linii de transport n curent alternativ la FIT sau UIT (ultra nalt tensiune),

mergnd pn la 750 i 1150 kV; linii de transport n curent continuu (LTCC), situaie prezentat n figura 1.15.

Interconectarea sistemelor energetice prin LTCC permite funcionarea celor dou sisteme la frecvene diferite.

Fig. 1.15 Interconectarea sistemelor electroenergetice locale n curent continuu.Sistemele electroenergetice locale SEE1 i SEE2 pot reprezenta i sistemele

unor ri vecine.Dirijarea fluxurilor de energie ntre sisteme se poate realiza prin reglarea

tensiunii n nodurile reelei cu ajutorul transformatoarelor, urmrindu-se atingerea minimului pierderilor de energie pe ansamblul sistemului.

Asigurarea strii de funcionare normal a instalaiilor sistemului electroenergetic se asigur prin existena unor dispozitive de protecie mpotriva regimurilor de defect (cel mai adesea scurtcircuite) sau de suprasarcin (protecii prin relee i automatizri).

De asemenea exist sisteme automate de reglare a frecvenei, tensiunii i puterii generate, avnd n vedere faptul c energia electric nu se poate stoca dect n cantiti infime i trebuie produs pe msur ce este consumat.

SEE1 SEE2~/= =/~=LTCC


44

1.5.3 Cerinele impuse unui sistem electroenergeticNu se poate aborda studierea instalaiilor de producere, transport i distribuie a

energiei electrice fr a pleca de la caracteristicile i cerinele consumatorilor de energie electric, n special cu privire la calitatea energiei electrice livrate acestora.

n contractul de furnizare a energiei electrice sunt stipulate o serie de obligaii, att ale consumatorului, dar mai ales ale furnizorului de energie electric, privind asigurarea unei energii electrice de calitate. Exist dou tipuri de indicatori de calitate ai energiei electrice: primari i secundari.

Indicatorii primari de calitate ai energiei electrice, depind n primul rnd de furnizorul de energie i sunt:

frecvena; amplitudinea tensiunii de alimentare; ntreruperi n alimentarea cu energie electric; supratensiuni temporare i tranzitorii; goluri de tensiune.Indicatorii secundari de calitate ai energiei electrice sunt determinai de

urmtoarele perturbaii produse de consumatori: armonici i interarmonici (regimuri nesinusoidale); fluctuaii de tensiune (flicker); nesimetrie.

Limitele impuse frecvenei la noi n ar sunt: 50 Hz 0.1% pe o durat de 90% din timp (o sptmn); 50 Hz 0.5% pe o durat de 99% din timp; 50 Hz 1% permanent )100% din timp).

n alte ri normele nu sunt aa stricte (2% n rile UNIPEDE), dar se respect. La noi n ar se fac eforturi pentru a ne ncadra n normele UNIPEDE (Uniunea Internaional a Productorilor i Distribuitorilor de Energie Electric) i a ne interconecta cu Sistemul UCPTE (Uniunea pentru Coordonarea, Producerea i Transportul Electricitii).

Abaterea procentual admis a tensiunii de serviciu fa de tensiunea nominal este de +/- 10%.

Reglarea frecvenei i a nivelului de tensiune se fac de regul corelat.ntreruperile n furnizarea energiei electrice sunt specificate n contractele de

furnizare a energiei electrice, cu excepia celor de scurt durat ca cele produse de automatica de sistem (RAR,AAR), care depind de performanele echipamentelor folosite.

Golurile de tensiune (scderea tensiunii sub limitele admise pentru o perioad de cel mult 3 s), afecteaz un numr tot mai mare de receptoare. Principalii indicatori privind golurile de tensiune sunt:

tensiunea rezidual relativ a golului; durata golului de tensiune;


45

frecvena de apariie a golurilor.Un alt indicator de calitate important este coeficientul de distorsiune n tensiune

(THD), acesta devine periculos la valori mai mari de 10%.Celelalte condiii de calitate devin tot mai importante pe msura introducerii i

la noi n ar de echipamente moderne: calculatoare, roboi etc.

PROBLEME

P 1.1 S se calculeze ci ani s-ar putea alimenta Romnia cu energie electric cu energia obinut prin combinarea unui kg de materie cu un kg de antimaterie. Se consider puterea medie anual a sistemului energetic naional 6000MW i randamentul mediu al centralelor electrice 30%.

Soluie:Energia obinut prin combinarea unui kg de materie cu un kg de antimaterie va

fi:

JsmkgmcE 16282 1018/1032 .Energia electric obinut din aceast energie va fi:

JJEEe1616 104.5101830.0 .

Timpul de utilizare a puterii medii va fi:

anihsW

J

P

Et

m

e 285.02500109106

104.5 69

16

.

P 1.2 S se calculeze randamentul termic maxim (Carnot) al unei centrale

termoelectrice funcionnd cu ap cald de la ecuator la temperatura de 27C i ap de la 1000 m adncime din largul oceanului Atlantic cu temperatura de 4C.

Soluie:Temperaturile surselor calde i reci ale centralei termice vor fi:

T1=273.15+27=300.15K, respectiv T2=273.15+4=277.15K.Randamentul ciclului termic are valoarea maxim corespunztoare ciclului

Carnot i anume:0766.0

15.300

15.27711

1

2 T

Tt , adic 7.66%.

P 1.3Consumul mondial total de energie a fost n anul 1995 de 7923.8 milioane tone

echivalent petrol (Mtep). S se exprime aceast energie n: TWh, TJ, Gcal, i MBTU (uniti termice britanice). Se tie c un kg de petrol echivalent are puterea


46

calorific de 10 000 kcal/kg iar un BTU este echivalent cu 0.252 kcal.

Soluie:MBTUTJGcal

kg

kcalkgMtep 74749 10968.3101868.41010101 .

Cu aceast relaie se poate construi tabelul de conversie prezentat mai jos.Tabelul 1.1 Factori de conversie pentru energie.

n TJ Gcal Mtep MBTU TWhDin Se amplific cuTJ 1 238.8 2.388x10-5 947.8 2.778x10-4

Gcal 4.188x10-3 1 10-7 3.968 1.163x10-6

Mtep 4.188x104 107 1 3.968x107 11.630MBTU 1.055x10-3 0.252 2.52x10-8 1 2.931x10-7

TWh 3600 8.6x105 8.6x10-2 3.412x106 1Deci consumul mondial de energie n 1995 a fost de:

E=7923.8 Mtep=92154 TWh=3.3175*108 TJ==7.9238*1010 Gcal=3.144*1011 MBtu.

BIBLIOGRAFIE

1. Cristescu D., Pantelimon L., Darie S., Centrale i reele electrice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti-1982

2. Rdule R., Georgescu A., Antoniu T., s.a., Perspectivele de dezvoltare a energeticii, Editura Tehnic, Bucureti 1974.

3. Vdan, I., Energetic general i conversia energiei, Editura MEDIAMIRA, Cluj-Napoca, 1998.

4. Mihileanu C. s.a., Energia n urmtoarele trei decenii, Editura Academiei R. S. R., Bucureti 1979.

5. * * * ENERG Nr. 10/1996, Editura Tehnic, Bucureti, 1996.6. * * * ENERG Nr. 11/1996, Editura Tehnic, Bucureti, 1996.7. * * * ENERG Nr. 12/1996, Editura Tehnic, Bucureti, 1996.8. Flavin C. Lenssen N, Ghid pentru iminenta revoluie energetic, Editura Tehnic, Bucureti

1996.9. Lazarev P.P., Energia i resursele energetice, Editura Tehnic, Bucureti 1962.10. Fermi E., Termodinamica, Editura tiinific, Bucureti 1969.11. Mercea V., Investigaii n domeniul energiei, Editura Dacia, Cluj-Napoca-1982.12. * * ENERG Nr.5/1988, Editura Tehnic, Bucureti-1988.13. Malia M., Cronica anului 2000, Editura Politic, Bucureti 1975.14. Groanu L., Investigaii in domeniul energiei vol.II, Editura Dacia, Cluj-Napoca 198415. Lazar I., Investigaii in domeniul energiei vol.III, Editura Dacia, Cluj- Napoca 1984.16. Raboca N., Energetica mondial-Aspecte geografice, Casa de editur Sarmis, Cluj-Napoca,

1995.17. Leca, A., Principii de management energetic, ET, Bucureti 1997.

* * *

Cap. 2 Caracteristicile Centralelor Electrice

47

Cap. 2 CARACTERISTICILE CENTRALELOR ELECTRICE

2.1 Clasificarea centralelor electrice

Tab. 2.1 Clasificarea instalaiilor de producere a energiei electriceDenumirea Notaie Energia primarINSTALAII TERMOELECTRICECentral termoelectric cu condensaie

CTE

Central termoelectric cu termoficare sau cogenerare

CETCECG

Central termoelectric cu turbine cu gaze

CTG

Central electric cu motoare Diesel

CDE

Centrale electrice cu ciclu MHD

CEMHD

CrbuniComb. LichidGaze NaturaleLemneDeeuri menajereDeeuri vegetale

Instalaii cu pile de combustie

IPC Energia chimic a combustibililor (hidrogen)

Centrale geotermoelectrice CGTE Cldura din scoara terestr asociat apei sau gazelor fierbini

Centrale termoelectrice marine

CTEM Cldura apei mrilor i oceanelor

Centrale nuclearo-electrice CNE Combustibili nucleari, naturali sau mbogii, sau obinui prin reproducere

Centrale electrice solare CES Radiaia solarInstalaii fotovoltaice IFV Energia luminii solareCENTRALE HIDROELECTRICECentrale hidroelectrice cu cderi naturale

CHE Diferena de nivel a potenialului hidroenergetic

Centrale hidroelectrice cu acumulare i pompaj

CHEAP Diferena de nivel a unei cderi artificiale

Centrale mareo-electrice CME Diferena de nivel a mrilor i oceanelor datorit mareelor

Instalaii electrice utiliznd en. valurilor

IEV Energia cinetic a valurilor

CENTRALE ELECTRICE EOLIENE

CEE Energia cinetic a maselor de aer

n prezent au aprut i alte tipuri de instalaii productoare de energie electric, care nu mai au caracteristicile unei centrale electrice, aa c mai corect este s


48

vorbim despre instalaii de producere a energiei electrice dect despre centrale electrice.

n tabelul 2.1 se prezint clasificarea instalaiilor de producere a energiei electrice dup sursa de energie primar folosit i prescurtrile folosite curent n terminologia tehnic romneasc [2].

Dup cum s-a indicat la capitolul 1, producia mondial de energie este realizat n principal cu ajutorul centralelor termoelectrice cu combustibili fosili, urmate de cele hidroelectrice i nucleare.

n prezent ncep s fie utilizate tot mai mult centralele eoliene i cele fotovoltaice pentru producerea energiei electrice, mai ales n zone izolate, asigurnd aa-numita producere descentralizat a energiei electrice.

O larg dezvoltare o au n prezent centralele echipate cu pile de combustie. Acestea folosesc un combustibil artificial - hidrogenul, la a crui producere se consum o anumit cantitate de energie. Dar ele asigur un randament de conversie a energiei chimice a hidrogenului n energie electric mult superior centralelor termoelectrice clasice (60%), nefiind supuse limitrilor de randament impuse de principiul al doilea al termodinamicii. Astfel, n situaia utilizrii i a cldurii reziduale pentru nclzit aceste uniti au randamente globale de peste 80%.

Ele nu au pri n micare, nu necesit ntreinere, iar prin posibilitatea stocrii hidrogenului sau a combustibilului primar, indirect se stocheaz energia electric. Deocamdat se utilizeaz n uniti cu puteri pn la 1MW, la producerea local a energiei electrice, dar i la echiparea automobilelor i altor autovehicule electrice (nepoluante), nave sau avioane.

Toate aceste surse noi de energie electric sunt nepoluante, nu produc bioxid de carbon ca cele pe baz de combustibili fosili. Ele folosesc surse de energie regenerabile i utilizarea lor ne permite s evitm utilizarea de surse pe baz de combustibili fosili, care sunt i epuizabili i poluani.

2.2 Elemente caracteristice pentru centralele electrice

Mrimile i elementele care caracterizeaz n ansamblu o instalaie pentru producerea energiei electrice sunt urmtoarele:

Tipul centralei, n funcie de sursa de energie primar utilizat la producerea de energie electric (tabelul 2.1);

Ciclul transformrilor energiei primare n energie electric; Rolul centralei electrice n sistemul electroenergetic i anume (de baz, vrf

sau rezerv); Puterea unitar a grupurilor centralei i puterea total; Felul curentului electric generat i frecvena; Tensiunea de producere i tensiunea de livrare a energiei electrice de ctre

central; Factorul de putere nominal.


49

2.3 Indicii care caracterizeaz funcionarea centralelor electrice2.3.1 Noiuni de puteren figura 2.1 se prezint o reprezentare grafic a puterilor care intervin n

funcionarea centralelor electrice, conform STAS 2551-69. Aceste puteri se vor corela i cu puterile caracteristice curbelor de sarcin ale centralelor electrice [1].

Fig. 2.1 Noiuni de putere n centrale electrice.Principalele noiuni de putere utilizate n centralele electrice sunt: Pi puterea instalat, nscris n documentaie; Pd puterea disponibil, cea mai mare putere activ n regim de funcionare

de durat; Pind puterea indisponibil (Pind=Pi-Pd); Ped puterea efectiv disponibil, se iau n considerare i reduceri trectoare

de putere; Predd reducerea trectoare de putere disponibil; Peind puterea efectiv indisponibil (Peind=Pind+Predd); Pu puterea utilizat; Pdrep puterea disponibil n reparaie (Pdrep=Pd-Pu); Pinu puterea inutilizabil (Pinu=Pi- Pu=Pind+ Pdrep); Peu puterea efectiv utilizat, cea mai mare putere activ posibil de

dezvoltat de grupurile ce nu sunt n reparaie; Peinu puterea efectiv inutilizabil; Pnf puterea nominal n funciune; Peuf puterea efectiv utilizabil n funciune; Pp puterea produs momentan;

Pi

Pd

Ped

Pu

Peu

Pnf

Peu

f

Pp

Pin

d

Pre

dd Pei

nd

Pdr

ep

Pin

u Pei

nu

Prt

Prs

Pre

u


50

Prt puterea n rezerv turnant (Prt=Peuf.- Pp); Prs puterea n rezerv static (Prs=Peu.- Peuf); Preu puterea n rezerv efectiv utilizabil (Preu=Peu.- Pp).Se mai poate defini i o putere de suprasarcin (Ps), care reprezint puterea

produs peste puterea instalat.

2.3.2 Curbele de sarcin a centralelor electriceCurba de sarcin a unei centrale electrice reprezint variaia n timp a puterii

produse. Cea mai utilizat este curba de sarcin zilnic, a crei form este prezentat n figura 2.2 [1].

Fig. 2.2 Curba de sarcin zilnic a unei centrale electrice.Aceast curb de sarcin are i ea unele puncte caracteristice: Pgn puterea la gol de noapte, cea mai mic putere produs n cursul unei

zile, apare de regul ntre orele 4 i 5 dimineaa; Pvd puterea la vrful de diminea, apare dimineaa la funcionarea

simultan a ntreprinderilor, transportul n comun i a iluminatului de diminea;

Pgz puterea la golul de zi, apare ntre orele 12 13 n perioada pauzei de mas din ntreprinderi i cnd transportul este mai redus;

Pvs puterea la vrful de sear, cea mai mare putere produs n cursul unei zile, apare ntre orele 18 i 21 i rezult datorit iluminatului casnic i public;

Pl curba puterii livrate; Psi puterea consumat de serviciile interne ale centralei; Pf curba puterii n funciune; Prsv puterea n rezerv static la vrf; Prtv puterea n rezerv turnant la vrf.Pentru a caracteriza uniformitatea curbei de sarcin se utilizeaz urmtorul

6 12 18 24t[h]

P[MW]

Pvs

Pvd

Pgz

Pgn

Peu

Pf

Prsv

Pl

Psi

Pp

Prtv


51

coeficient:pv

zip

P

P min . (2.1)

O valoare ridicat a lui nseamn o bun folosire a puterii instalate n sistem.Curbele de sarcin zilnic permit i calcularea urmtorilor indicatori energetici: Energia produs zilnic: 240 dtPE pzi (2.2)

i se obine prin planimetrarea ariei nscrise sub curba de sarcin. Puterea medie zilnic:

24,zi

zimed

EP ; (2.3)

Coeficientul de utilizare zilnic a puterii:

vs

ziziu P

EK 24, ; (2.4)

Coeficientul de utilizare anual a puterii instalate:

i

ananu P

EK 8760, ; (2.5)

Durata de utilizare anual a puterii instalate:

anui

anpi KP

ET ,8760 , (2.6)

care reprezint timpul n care centrala electric ar fi produs energia anual Ean dac ar fi funcionat cu puterea instalat.

Pentru a determina perioada n care se pot efectua reviziile grupurilor energetice se utilizeaz o alt curb de sarcin, curba anual a puterilor maxime lunare, curb prezentat n figura 2.3.

Fig. 2.3 Curba anual a puterilor maxime lunare cerute de consumatori.n acest grafic Peuf reprezint puterea efectiv utilizat n funciune, diferena fa

de puterea produs este reprezentat de puterea n rezerv turnant, iar diferena ntre puterea produs i cea livrat este dat de puterea consumat de serviciile

I F M A M I I A S O N D

Peuf

Pp

Pl

T[Luni]

P[MW]


52

proprii ale centralei. Se poate observa c perioada optim pentru revizii este n lunile de var.

2.3.3 Disponibilitatea i fiabilitatea centralelor electriceDisponibilitate. Din punct de vedere al comportrii n timp, o central electric

(grup energetic) se poate afla n urmtoarele stri: funcionare, oprire forat (avarie), oprire planificat (revizii sau reparaii planificate), rezerv static i rezerv turnant. Fiecrei stri i corespunde un anumit timp total n care centrala se gsete n acea stare: TF, TOF, TOP ( TRP, TREV), TRS, TRT, astfel nct pe o perioad T de observaie rezult:

RTRSOPOFF TTTTTT (2.7)n raport cu aceti timpi se determin disponibilitatea unei centrale electrice: Disponibilitatea n timp,

T

TT

T

TTT

T

TD OPOFRTRSFdT

1 , (2.8)reprezint cota parte din timpul de observaie ct instalaia este capabil s livreze energie electric (fie c este n funciune sau n rezerv static sau turnant);

Disponibilitatea de putere,N

RTRSP P

PPPD

, (2.9)

reprezint cota parte din puterea instalat a centralei care poate fi furnizat la un anumit moment;

Disponibilitatea de energie, TPN

RTRSE DDE

EEED . (2.10)

Probabilitatea (sigu

producerea energiei electrice

Documents