ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRIC I TERMIC A UNEI CASE IZOLATE, DIN SURSE REGENERABILE DE ENERGIE

ANDREI IULIAN

Universitatea VALAHIA din Trgovite Andrei86iulian@yahoo.com

Rezumat Lucrarea a aavut ca scop demonstrarea posibilitii de alimentare cu energie electric i termic a unei case

izolate, folosind numai surse regenerabile de energie. S-a calculat necesarul de energie electric i termic si s-au propus soluii de alimentare. Ca i soluii pentru alimentarea cu energie electric s-au propus soluii individuale cum ar fi alimentarea numai pe baz de panouri fotovoltaice sau turbin eolian sau turbin hidroelectric. O alt soluie care va asigura o securitate mult mai mare n alimentarea cu energie electric este cea a variantei hibride ndeosebi folosirea combinat a panourilor fotovoltaice, turbinei eoliane i turbinei hidroelectrice. S-a ales ca alimentarea cu energie termic sa se realizeze prin utilizarea panourilor termosolare pentru producerea apei calde de consum si prin folosirea unei centrale cu biomasa pentru incalzire n perioada de iarn. S-a propus folosirea unui sistem de achiziii de date (SCADA), care va monitoriza funcionarea la parametrii normali ai sistemului de alimentare cu energie electric i termic si care va indeplini si funciile de gestionarea evenimentelor, arhivare i urmrire operativ, bilanuri energetice i urmrire economic, gestiune energetic, analiza postavarie, mentenan.

Cuvinte cheie Surse regenerabile de energie, panou fotovoltaic, panou termosolar, turbin eolian, turbin hidroelectric,

centrala termica pe biomasa . 1. Introducere Pentru a pstra un echilibru ntre mediul natural, resursele acestuia i om, este necesar o planificare strategic a

dezvoltrii, astfel nct s existe, n permanen, un raport stabil ntre habitatul natural i populaia uman. Evaluarea impactului asupra mediului identific, descrie i evalueaz, efectele directe i indirecte ale proiectului asupra urmtorilor factori: fiine umane, faun i flor, sol, ap, aer, clim i peisaj, bunuri materiale i patrimoniu cultural, precum i interaciunea dintre factorii menionai.. Evaluarea impactului asupra mediului constituie unul din instrumentele de baz ale politicilor i legislaiilor moderne de mediu. Cea mai bun politic de mediu const n prevenirea generrii polurii la surs. Printre efectele devastatoare ale polurii se numr i nclzirea global, fenomenul de crestere a temperaturilor medii inregistrate ale atmosferei in imediata apropiere a solului, precum si a oceanelor. Foarte ingrijorator este insa faptul ca zonele polare se vor incalzi cel mai mult, ceea ce ar putea avea consecinte dramatice. "Surse regenerabile de energie (SRE)"- nseamn surse regenerabile de energie altele dect combustibilii fosili (eoliene, solare, geotermale, valuri, maree, hidro, biomas, gazul din deeurile urbane, gazul de la instalaiile de tratare a apelor uzate i biogazul), dup cum se definete n Directiva 77/2001/CEE din 27.09.2001 a Parlamentului European. Sursele de energie regenerabil sunt abundente, larg rspndite, nepoluante i disponibile local. Ele provin direct sau indirect de la soare i cuprind lumina, cldura i vntul. Pot fi folosite pentru producerea direct a cldurii fr nici un proces de conversie sau pot fi convertite n electricitate. Tehnologiile de energii regenerabile care folosesc direct soarele sunt: panouri solare care absorb cldura de la soare pentru a asigura ap cald i celule fotovoltaice care utilizeaz lumina solar pentru a produce electricitate. Principalele tehnologii bazate pe surse regenerabile care folosesc indirect soarele cuprind: turbinele eoliene care convertesc aerul n micare n electricitate, utilizarea biomasei, si pompele de cldur care concentreaz cldura redus absorbit de aer, sol sau ap n timpul verii pentru a asigura cldura pentru cldiri n timpul iernii.

2. Realizarea sistemului de alimentare cu energie electric In fig 1 este prezentata schia casei din studiul de caz, iar in tabelul 1 sunt prezentate datele meteorologice

determinante pentru potentialul solar si eolian din zona de amplasament a casei din studiul de caz - zona Sulina. Amplasamentul dispune de condiii climatice favorabile instalrii n zona respectiv a echipamentelor de producere a energiei electrice i termice, respectiv radiaie solar de 3,6 kWh/m2/zi i o vitez medie a vntului de 6,5m/s valori rezultate din folosirea softului RetScreen [1].

Fig.1. Schia casei

Tabel 1. Potenialul surselor regenerabile de energie in zona de amplasament a casei

2.1. Necesar de energie electric S-a calculat necesarul de energie electric total ajungnd la aproximativ 250 kWh/lun, rezultatele fiind

prezentate n tabelul 2.

Iluminat = 28.8 kWh/Luna Procent: 12%Electrocasnice: = 84.75 kWh/Luna Procent: 34%Climatizare: = 6 kWh/Luna Procent: 2% Comunicatii: = 77.865 kWh/Luna Procent: 31%Scule: = 7.5 kWh/Luna Procent: 3% Altele: = 45 Wh/Luna rocent: k P 18% = Total: = 249.92 rocent: kWh/Luna P 100%

Tabel 2.Necesarul de energie electric pe lun al consumatorilor

e individual sau in solutie hibrida.Echipamentele necesare realizarii sistemului de alimentare cu energie electrica sunt:

e viata)

aport deonibile pe pia pentru alimentarea cu energie electric s-au ales produsele de la firma LP

Electric, prezentate n tabelul 3

2.2. Soluia tehnic. Echipamente folosite Energia electric produs se bazeaz pe producia obinut din panouri fotovoltaice, turbine eoliene, turbine hidro

folosit

-Panouri Solare -Turbina Eolian -Turbin Hidro -Acumulatori cu ciclu profund ( durata mare d-Regulator incarcare baterii -Invertor curent coninu (DC) la 220 V (AC) -Cabluri electrice si componente diverse, supori, etc. Sistemul are o autonomie de 2 zile, adica poate furniza energia necesara timp de 2 zile chiar dac nu exist nici un

energie de la panourile solare fotovoltaice, turbin eolian sau hidro. Din echipamentele disp

Nume Produs Model Cod Produs Pre () Panou Solar ET - 175W LPS00253 781 Regulator de ncrcare PR3030 LPC00029 110 Generator Eolian WHI-200/24 pv controler LPE00339 2.200 Baterie SB6/330 A LPB00109 398 Invertor SW3024E LPI00046 2.276 Turbin Hidro Francis LPH00058 2.281

Tabelul 3 Estimri financiare, p ul pe echipamente individuale re

Pentru alimentarea cu energie electric se consider folosirea mai multor variante respectiv: -Varianta solar Tabel 4; ta eolian Tabel 5 ; Varianta hidroelectric Tabel 6 ; -Varianta hibrid Tabel 7 Varian

Nume Produs Model Cod Produs Nr. Buc. Panou Solar ET - 175W LPS00253 14 Regulator de ncrcare PR3030 LPC00029 3 Baterie SB6/330 A LPB00109 8 Invertor SW3024E LPI00046 1

Tabel 4 Varianta Solar

Nume Produs Model Cod Produs Nr. Buc. Generator Eolian WHI-200/24 pv controler LPE00339 1 Baterie SB6/330 A LPB00109 8 Invertor SW3024E LPI00046 1

Tabel 5 Varianta Eolian

Nume Produs Model Cod Produs Nr.Buc. Turbin Hidro Francis LPH00058 1 Regulator de ncrcare PR3030 LPC00029 1 Baterie SB6/330 A LPB00109 8 Invertor SW3024E LPI00046 1

Tabel 6 Va nta Hidro ria

Nume Produs Model Cod Produs Nr.Buc Panou Solar ET - 175W LPS00253 4 Regulator de ncrcare PR3030 LPC00029 2 Generator Eolian WHI-500/24 pv controler LPE00339 1 Turbin Hidro Francis LPH00058 1 Baterie SB6/330 A LPB00109 8 Invertor SW3024E LPI00046 1

Tabel 7 Varianta Hibrid

Tip Variant Cost V Euro ariantSolar 16724 Eolian 7660

Hidroelectric 7851 Hibrid 13285

Tabel 8 Estimri fi nciare pe variante na

Desi are costuri mai ridicate, s-a ales varianta hibrid, sistemul asigurand o securitate mai mare in alimentarea cu energie electric dect n cazul celorlalte variante. Daca se opteaza pentru solutia eolian sai hidro din motive economice este necesar i un generator diesel care s asigure necesarul de energie electric n situaiile cnd fie nu bate vntul, fie iarna apar situaii de nghe a apei sau exista defectiuni ale sistemului bazat per regenerabile. Alegnd varianta hibrid n mai este nevoie de un generator diesel. u

3. Realizarea sistemului de alimentare cu energie termica 3. 1. Necesarul de energie termic S-au urmrit paii de calcul: caracteristicile geometrice ale cldirii, respectiv volumul construit msurat la exterior

(Ve), volumul nclzit (V), suprafaa util nclzit AN, suprafaa total a anvelopei (A),caracteristicile termotehnice ale elementelor ce constituie anvelopa cldirii, prin rezistena medie a elementelor constructive (m2K/W), numrul de grade zile anua (K zile);rata ventilrii naturale n = 0,5/r1.Temperatura camerelor este meninut constant la +20C. l

Necesarul de caldura orar pentru nclzire [kW]

Camera de zi Bucatrie Dormi tor 1 Dormi tor2 Baie Hol Dressing Subsol Parter 2,601 2,544 0,635 3,498 . Etaj - - 2,9127 2,9127 1,372 3,433 0,686 1,356 Total pe cldire

21 5 ,9

Tabel 9 Necesarul orar pentru nclzire

Necesarul de caldura

Orar [kW] Anual [kW]

nclzire Ap cald de consum

Total nclzire Ap cald de consum

Total

1 Cldire 21,95 1,8304 23,78 21,95x103 6,201x106 28,151x109

Tabel.10. Necesarul final pentru inclzire i ap cald de consum

3.2. Soluia tehnic. Echipamente folosite innd cont de amplasamentul cldirii, respectiv de o zon relativ izolat, s-a considerat c soluia cea mai

avantajoas pentru satisfacerea necesarului de energie termic este cea a amplasrii centralelor termice pe biomas folosind drept combustibil lemnul si peletele, putere termic furnizat 25 kW.

Fig 2. Centrala Supraclass SW25KW+Accesorii+Boiler150LPROM

S-a ales centrala Supraclass SW25KW fig. 2, cu specificaiile tehnice:

Putere termic =25 kW Volum camer de alimentare =132 litri; dimensiuni camer alimentare LxH =430x240 mm Consum lemne (la putere nominala si umiditate

Tip produs Cost pe tip de produs () Varianta Hibrid 13285 Panou Termosolar 1000 Central Termic 1000 Costuri de manoper, instalare, accesorii 2000 Cost Total() 17285 5. Sisteme de achizitii de date Un sistem de achiziie de date trebuie s poat executa trei funcii fundamentale: convertirea fenomenului fizic

ntr-un semnal care poate fi msurat; msurarea semnalelor generate de senzori n scopul extragerii informaiei; analizarea datelor i prezentarea lor ntr-o form utilizabil. Principalele funcii SCADA prin implementarea crora se asigur creterea eficienei n funcionarea sistemelor energetice (SE), sunt urmtoarele:Urmrire operativ, alarmare operator, gestionarea evenimentelor, arhivare i urmrire operativ, bilanuri energetice i urmrire economic, gestiune energetic, analiza postavarie, timpii de funcionare a agregatelor, diagnoza pe instalaii, mentenan. Structura unui sistem de achizitii de date este prezenta in fig. 4.

In cazul alimentarii locuintei cu energie electrica si temica produsa local din surse regenerabile de energie este necesara implementarea unui sistem de achizitii de date.

SISTEM FIZIC

MRIME FIZIC

SENZOR

Fig.4 - Structura unui sistem de achizitii de date 6.Concluzii Alimentarea cu energie electric i termic a unei locuinte aflata intr-o zona izolat folosind in exclusivitate surse

regenerabile de energie poate constitui o solutie fezabila tehnic si economic in conditiile in care aceasta cladire se afla amplasata intr-o zona cu un bun potential solar si eolian.

Pentru alimentarea cu energie electrica sunt preferabile sistemele hibride fotovoltaice si eoliene, la care daca exista si posibilitatea utilizarii potentialului hidro, se obtine o mai mare securitate in alimentarea cu energie electrica, indiferent de conditiile meteorologice si hidrologice ale anului respectiv. De asemenea, alimentarea cu energie termica bazata pe utilizarea panourilor termosolare pentru producerea apei calde de consum si pe folosirea unei centrale cu biomasa pentru incalzire se dovedeste a fi o solutie viabila.

S-a propus folosirea unui sistem de achiziii de date (SCADA), care va monitoriza funcionarea la parametrii normali ai sistemului de alimentare cu energie electric i termic si care va indeplini si funciile de gestionarea evenimentelor, arhivare i urmrire operativ, bilanuri energetice i urmrire economic, gestiune energetic, analiza postavarie, mentenan.

7.Bibliografie [1] www.retscreen.com [2]www.casaautomatic.go.ro [3]www.anre.ro [4] www.energie renovelables/filiere/solaire/solaire.com [5]www.lpelectric.ro [6]www.wikipedia.com [7]www.e-lee.ro

SEMNAL ELECTRIC

CU ZGOMOT

CIRCUITE DE CONDITIONAR

E

SEMNAL AMPLIFICAT I

FILTRAT

CONVERTOR A/D

SEMNAL DIGITIZAT

CALCULATOR

CODBINAR