Energia regenerabilă la nivel global prezent și viitor [302255]

[anonimizat] o sursa regenerabila de energie. Pentru procesele industriale la scara mica dealungul anilor au fost utilizate morile de vant si morile de apa.

Energia regenerabilă provine din resurse naturale care se reînnoiesc în mod constant în intervale de timp relativ scurte. Funcționarea economiei mondiale la momentul actual se bazează în cea mai mare parte pe energia provenită din resurse neregenerabile (cărbune, petrol, gaze naturale).

Utilizarea resurselor convenționale favorizează încălzirea globală (figura 1), poluarea, [anonimizat], [anonimizat] – este pe cale de a [anonimizat] a pune în valoare resursele regenerabile de energie. Ultimele rapoarte ne arată că aproximativ 22% din producția de energie electrică a fost produsă din surse regenerabile și au reprezentat 19% din consumul total de energie la nivel global (figura 2).

Figura. 1 – Emisii anuale de gaze de seră (CO2, metan, N2O) ca urmare a

[anonimizat], a necesarului de energie datorită expansiunii economiei mondiale precum și ca urmare a creșterii continue a populației. Figura 3 arată tendința de dezvoltare a [anonimizat] 2030 .

Figura 2–[anonimizat] 3 – Tendința de dezvoltare a energiei electrice din surse regenerabile până în anul 2030

Sursele regenerabile sunt utilizate in diferite domenii: [anonimizat], dar și pentru producția de combustibili pentru transport. În cele ce urmează sunt prezentate câteva exemple de conversie a resurselor/[anonimizat], [anonimizat], cu șanse reale de preluare pe piață în viitorul apropiat.

[anonimizat] (căldura→apă→vapori→ turbină→generator; motoare Stirling etc.). [anonimizat].

Cu ajutorul urbinelor eoliene cu ax vertical sau orizontal transformă energia cinetică a curenților de aer în mișcare (denumită energie eoliană) în energie electrică. În unele cazuri energia eoliană este folosită pentru pomparea apei din puțuri.

Cea mai comună sursă naturală regenerabilă o constituie energia cinetică a [anonimizat]-generator electric. [anonimizat], [anonimizat]-o în energie electrică.

[anonimizat] Pamântului se află în apropierea suprafeței, ceea ce permite captarea acesteia și convertirea în energie electrică sau utilizarea ca sursă de încălzire rezidențială, pentru procese industriale, pentru desalinizarea apei sau în agricultură. Este cunoscută sub denumirea de energie geotermală.

Biomasa este reprezentată de materialele organice recente, de origine vegetală sau animală și este disponibilă sub formă de produse agricole, forestiere, diverse tipuri de deșeuri și reziduuri. Datorită abundenței acesteia, biomasa capătă o pondere din ce în ce mai însemnată atat pentru producerea de energie termică (în general prin arderea directă sau gazeificarea unor materiale de natura vegetală), electrică, cât și pentru producerea de biocombustibili ecologici (biodiesel, bioetanol, biogaz, biobutan, bio-hidrogen etc.). Deși arderea sau conversia biomasei generează CO2, procesul este considerat neutru din punct de vedere al emisiei de gaze de seră datorită faptului că aceeași cantitate de CO2 a fost absorbită de plante din atmosferă pe parcursul ciclului de viață al acestora.

Cercetările în acest domeniu sunt încă în faza incipientă și vor continua în vederea optimizării tehnologiilor de conversie, reducerii costurilor de producție a energiilor și combustibililor regenerabili, creșterii factorului de sustenabilitate, precum și identificării și eliminării riscurilor potențiale asociate implementării acestora pe scară largă.

Capitolul 1. Energia

Energia a reprezentat un interes deosebit oamenilor datorită faptului că energia este văzută ca un instrument util in diferitele sarcini zilnice. Din punct de vedere științific, energia este definită ca fiind capacitatea unui sistem de a produce lucru mecanic.

Energia se găsește in diferite forme primare: energia combustibililor fosili, energia solară, energia nucleară, energia eoliană, energia hidraulică a cursurilor de apă, energia geotermică. Omul insă utilizează energia sub alte forme, numite forme de energie utilă sau finală: energia termică (căldura), energia luminoasă (lumina), energia mecanică (lucrul mecanic), etc.

In procesul de conversie a formelor de energie primară in forme de energie utilă in foarte multe cazuri, se folosesc forme intermediare ale energiei pentru a facilita transportul și manipularea. Una din aceste forme intermediare de energie este cea electrică care a căpătat o atenție deosebită incepand cu oameni ca și Thomas Alva Edison sau Nikola Tesla care au inventat diverse mașini și aparate pentru manipularea acestei energii.

Energia electrică are cateva calități esențiale care au fost determinante pentru folosirea pe o scară largă a acesteia:

toate formele de energie primară pot fi convertite ușor in energie electrică;

este ușor de convertit in energie mecanică;

este de asemenea ușor de convertit in aproape orice formă de energie dorită de utilizatorii săi.

Combustibilii fosili au fost sursa principală de producere a energiei electrice necesară industriei, incălzirii și iluminatului caselor. In anii ‘ 70 datorită crizei energetice lumea a inceput să-și indrepte atenția inspre alte surse de energie pentru producerea electricității pentru că a devenit tot mai evident faptul că sursele convenționale sunt epuizabile.

Datorită acestui fapt a apărut noțiunea de energie regenerabilă care se definește ca fiind energia produsă din resurse naturale (ca și soarele,vantul, ploaia, etc.) care sunt regenerabile, datorită unor cicluri naturale. De asemenea, pentru că nu poluează sursele de energie regenerabile au căpătat o atenție deosebită. Acesta este un aspect major din perspectiva protocolului de la Kyoto,protocol semnat de 183 țări și care iși propune reducerea gazelor cu efect de seră (datorate in mare parte combustibililor fosili) cu 5.2% față de nivelul din 1990 pană in 2010.

Figura 1.1 Harta cu țările semnatare ale protocolului de la Kyoto pană in 2005

Una din aceste forme de energie regenerabilă ce se găsește in natură, cea hidraulică este considerată o sursă “verde” din cauza faptului că, sub influența luminii solare există un circuit natural al apei in natură. Această energie hidraulică a apei, este transformată prin mijloace mecanice in energie electrică, cu ajutorul mișcării apei, datorată de diferența de nivel dintre lacul de acumulare si hidrocentrală. Energia hidraulică nu este străină omului de-a lungul istoriei, aceasta fiind folosită in diverse scopuri ( roata NORIA cu cupe folosită de perși la irigații, moara lui VITRUVIUS la romani iar mai tarziu in Evul mediu la morile de apă). In prezent, această energie este recoltată in special in centralele hidroelectrice.

Energia hidraulică a cursurilor de apă este considerată una din cele mai importante surse de energie regenerabilă. In afară de cateva țări unde energia hidroelectrică este predominantă, centralele hidroelectrice sunt folosite pentru aplatizarea curbelor de sarcină deoarece spre deosebire de centralele termoelectrice sau nucleare, acestea pot fi oprite sau pornite foarte ușor in doar cateva minute.

Energia Hibrida:

Avem nevoie de energie hibrida datorită creșterii nevoii de energie electrica peste tot in lume. Această cerere nemăsurată este condusă de a continua expansiunea clasei de mijloc iar economiile emergente cauta sa se foloseasca de facilități și instumente care sunt luate in mod normal de la sine.

Definiția: Un sistem hibrid pentru producerea energiei electrice inglobează mai multe surse de energie și poate alimenta consumatorii fără intreruperi chiar dacă una din surse nu funcționează. Cele mai folosite sisteme hibride sunt cele solar-eoliene care combina panourile fotovoltaice cu generatoarele eoliene.

Sistemele hibride pentru producerea energiei electrice care utilizează resurse regenerabile (în special eoliană și solară) au apărut datorită necesității reducerii emisiilor poluante a centralelor electrice dotate cu grupuri Diesel mari și care alimentau comunități situate în zone foarte izolate (insule sau zonele arctice).

Un model de sistem hibrid este compus din:

Panouri fotovoltaice

Generator eolian

Generator cu motor cu ardere interna

Turbina hidraulica

Convertor bidirectional

Acumlatori

Figura 1.2- Sistem hibrid

Avantajul unui astfel de sistem il reprezintă folosirea mai multor surse de producere a energiei electrice care functionează atat ziua cat și noaptea.

În scopul comparării, este util să se ia în considerare pe scurt natura sistemelor convenționale de energie, care sunt utilizate în mod normal, în cazul în care sistemul hibrid poate fi folosit în schimb. În esență, există trei tipuri de sisteme convenționale de interes: (1) rețele de utilități mare, (2) rețele izolate, și (3) de sarcină electrică mică cu generator dedicat.

Rețele de utilități mari, sunt formate din centrale electrice,linii de transport, linii de distribuție și consumatori (încărcare). Aceste rețele se bazează pe curent alternativ (AC), cu o frecvență constantă. Astfel de rețele se presupune în mod frecvent ca au un motor infinit. Aceasta înseamnă că tensiunea și frecvența nu sunt afectate de prezența suplimentară a generatoarelor sau sarcinii.

Retele electrice izolate sunt găsite pe multe insule sau in alte locații aflate la distanță. Ele sunt similare in multe modalități de a mari rețelele, dar ele sunt în mod normal furnizate de unul sau mai multe generatoare diesel. În general, ei nu au un sistem de transport distinct de sistemul de distribuție. Rețelele izolate nu se comportă ca un motor infinit și pot fi afectate de generatoare sau sarcini suplimentare.

Impulsionarea sistemelor de energie hibrida:

Există o varietate mare de motive pentru care trebuie folosită energia hibridă. Un important motiv este reducerea utilizării combustibililor fosili. Combustibilii fosili pot fi costisitori, in special in locatiile la distantă unde costul transportului trebuie luat in considerare. In multe locatii la distantă de multe ori combustibilii fosili trebuie depozitati, de multe ori pentru intreaga iarnă. Reducerea cantitătii de combustibil utilizat poate reduce costurile de depozitare.

Un sistem hibrid izolat de putere poate fi o alternativă la constuctia unei linii de alimentare sau o actualizare a unei linii de alimentare. Sistemul hibrid de putere continand atat de multe componente tinde sa fie costisitor dar acestea pot fi folosite ca o alternativa pentru o linie electrica de alimentare.

Capitolul 2. Principalele tipuri de energii regenerabile

2.1 Energia solară

Definiția energiei solare:

Energia solară reprezintă energia electromagnetică transmisă de soare generată prin fuziune nucleară. Ea stă la baza întregii vieți de pe pământ.

Incă din antichitate cu ajutorul unei serii de tehnologii îmbunătățite permanent lumina și căldura radiate de soare au fost utilizate de oameni. Radiația solară, împreună cu celelalte surse secundare de energie în afară de energia solară, cum ar fi energia vântului și energia valurilor, electricitatea hidro și biomasa, reprezintă cea mai mare parte din energia provenită din sursele regenrabile disponibile pe pământ. Din energia solară se utilizează numai o foarte mică parte.

Producerea de energie electrică din energie solară se bazează pe instalatii termice și pe panourile fotovoltaice. Modalitățile în care se utilizează energia solară sunt limitate numai de imaginația omului. O listă parțială a aplicațiilor energiei solare cuprinde încălzirea și răcirea spațiului cu ajutorul arhitecturii solare, furnizarea de apă potabilă prin distilare și dezinfecție, iluminatul, producerea de apă caldă, gătitul cu ajutorul energiei solare și căldura de proces de înaltă temperatură utilizată în scopuri industrial.

Tehnologiile solare pot fi, în general, pasive sau active în funcție de modul în care energia solară este captată, convertită și distribuită. Tehnicile solare active includ utilizarea panourilor fotovoltaice și a colectoarelor termice pentru captarea energiei. Tehnicile solare pasive includ orientarea unei clădiri spre soare, selectarea materialelor cu o masă termică favorabilă sau cu proprietăți de dispersie a luminii, precum și proiectarea spațiilor în așa fel încât aerul să circule în mod natural.

Cum se poate utiliza energia solară?

Energia solară influențează presiunea atmosferică și determină apariția vânturilor, dar și circulația apei pe pământ. În afară de aceste efecte "naturale", energia solară se utilizează din ce în ce mai mult din punct de vedere tehnic, mai ales în domeniul furnizării energiei.

Aplicații tehnice ale energiei solare:

Cu ajutorul tehnologiilor se poate beneficia de energia solară în mai multe moduri:

Panourile solare care generează căldură

Celule fotovoltaice care produc direct curent electric

Centralele solar-termice care produc electricitate prin utilizarea căldurii și aburului

Deșeurile din plante pot fi procesate pentru a produce lichide (de ex. etanol, u lei ) sau gaze(biogaz) care se pot utiliza apoi în scopuri energetice

Ce este PV? Definiție

Panourile fotovoltaice realizează conversia directă a luminii în energie electrică la nivel atomic. Emiterea de electroni din materie in urma absorbției de fotoni de lumină poartă numele de efect fotoelectric. Atunci când acești electroni sunt captați rezultă un curent electric care poate fi utilizat ca electricitate. Acest efect fotoelectric a fost observat pentru prima dată in anul 1839 de către fizicianul francez Edmund Bequerel. Bequerel a descoperit că anumite materiale pot produce cantități mici de curent electric când sunt expuse la lumină.

Celulele solare sunt realizate din materiale semiconductoare,cum ar fi siliciul, utilizate în industria microelectronicii. Celulele solare sunt acoperite cu un strat subțire semiconductor tratat special pentru a forma un câmp electric, pozitiv pe o parte și negativ pe cealaltă. Atunci când energia luminoasă ajunge la celula solară, electronii se eliberează din atomi în materialul semiconductor. Dacă se atașează conductori electrici pe părțile pozitive și negative, formând un circuit electric, electronii pot fi captați sub formă de curent electric – adică, energie electrică. Această electricitate poate fi utilizată in diferite scopuri (iluminat, alimentare echipamente).

Un număr de celule solare conectate electric unele cu altele și montate pe un suport sau un cadru formează un modul fotovoltaic. Modulele sunt proiectate să furnizeze energie electrică la o anumită tensiune, ca un sistem obișnuit de 12 volți. Curentul produs depinde direct de modul în care lumina ajunge la modul.

Figura 2.1 Model de Modul Fotovoltaic

Sursa: http://science.nasa.gov/sciencenews/science-at-nasa/2002/solarcells

Modulele fotovoltaice și rețelele produc energie electrică în curent continuu (cc). Ele pot fi conectate atât în serie,cât și paralel, pentru a produce tensiunea/curentul care sunt necesare.

Clasificarea celulelor solare;

Celulele solare pot fi clasificate după numeroase criterii. Cel mai cunoscut criteriu este grosimea materialului. Se face distincție între celule cu strat gros și celule cu strat subțire ca o peliculă.

Un alt criteriu este materialul: materialele semiconductoare care se pot utiliza pot fi CdTe, GaAs, sau compuși ai cuprului-indiului-seleniului, dar cel mai bine cunoscut în lumea întreagă este siliciul

Structura cristalelor, cristalină (mono-/policristalină), sau amorfă.În plus față de materialele semiconductoare, există și abordări de noi materiale, cum ar fi substanțe organice și pigmenți organici.

În funcție de tipul cristalului, putem distinge trei tipuri de celule pe baza de siliciu: Celulă din siliciu monocristalină. Pentru a produce acest tip este necesar un material semiconductor absolut pur. Fibrele monocristaline sunt extrase din topitura de siliciu și apoi țesute astfel încât să formeze plăci fine.Acest proces de producție garantează un nivel de eficiență relativ mare.

Celule policristallne sunt mai eficiente din punctul de vedere al costului. La producerea lor , siliciul lichid se toarnă în blocuri care apoi formează plăci. În timpul solidificării materialului, se formează structuri de mărimi diferite la maginile cărora apar defecte. Ca urmare a acestui defect al cristalelor, celula solară este mai puțin eficientă.

Figura 2.2 Celulă solară realizată dintr-un strat subțire de siliciu monocristalin

Sursa:http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell

Cum se pot utiliza panourile PV?

Rețelele de panouri PV sunt adesea asociate cu clădirile: fie sunt integrate în clădiri, fie sunt montate pe ele sau lângă ele, pe pământ.

In cazul cladirilor existente rețele sunt cel mai adesea instalate pe structura existentă a acoperișului sau pe pereți. In mod alternativ, se poate monta o rețea separat de clădire, dar conectată prin cablu pentru a furniza energie electrică clădirii respective. In 2010, mai mult de patru cincimi din cei 9000 MW de energie fotovoltaică din Germania s-au obținut din instalațiile montate pe acoperișuri.

Figura 2.3 Casa de vacanta cu PV

Panourile PV integrate în clădiri sunt din ce în ce mai des încorporate în clădirile noi, rezidențiale si industriale, ca sursă de energie electrică principală sau suplimentară. De obicei, se încorporează o rețea în acoperișul sau pereții unei clădiri. Țiglele de pe acoperiș cu celule PV integrate sunt și ele destul de des utilizate.

Figura 2.4 Turnul CIS din Manchester, Marea Britanie

Celulele fotovoltaice s-au utilizat în mod tradițional pentru producerea de energie electrică în spațiu. Ele s-au utilizat mai rar pentru a furniza energie electrică mijloacelor de transport, dar se utilizează din ce în ce mai des pentru a asigura energia electrică auxiliară pentru bărci și mașini. Un vehicul alimentat direct cu energie solară are o putere limitată și o utilizare redusă, dar daca vehiculul utilizează o formă de energie produsă din energie solară (de exemplu energie electrică acumulată in baterii) atunci mașinile pot fi alimentate cu energie obținută din energia solară.

Figura 2.5 Primul vehicul solar care poate transporta patru persoane.

Figura 2.6 prezintă schema electrică echivalentă a unei celule fotovoltaice. Dioda reprezintă joncțiunera p-n și limitează consumul de energie electrică de către celulă în perioadele în care aceasta nu produce energie. Conexiunile electrice și conductorii care intervin în construcția celulei introduc rezistențe electrice nedorite, reprezentate în schemă prin rezistența Rparazita. Este evident faptul că aceasta trebuie sa fie cât mai mică pentru a nu disipa inutil putere. Valorile tipice ale acestei rezistente sunt 0,5 Ωcm2 pentru celulele de laborator și pot ajunge până la 1,3 Ωcm2 pentru celulele comerciale. Efectul principal al rezistenței parazite constă în micșorarea factorului de umplere, deci în reducerea randamentului.

Rezistența de șuntare (Rșunt) este tot parazită și reprezintă defectele de fabricație care permit curgerea curentului pe alte trasee decât prin joncțiune (deci decât prin diodă). Ea este amplasată în paralel cu celula și trebuie să fie cât mai mare, pentru a favoriza o intensitate cât mai mare a curentului prin diodă. Cu cât rezistența de șuntare este mai mică, cu atât tensiunea la bornele celulei va fi mai mică. Acest efect este foarte pronunțat în condiții de lumină slabă. Celulele comerciale au valori ale rezistenței de șuntare de aproximativ 1000 Ωcm2, iar pentru celulele de laborator valorile sunt de ordinul MΩcm2.

Figura 2.6. Schema electrică echivalentă a unei celule fotovoltaice

Valoarea curentului I în prezența celor două rezistențe se calculează cu următoarele relații:

1. În prezența rezistenței parazite:

𝐼=𝐼𝐶𝐹−𝐼0∙

2. În prezența rezistenței de șunt:

𝐼=𝐼𝐶𝐹−𝐼0∙−

3. În prezența ambelor rezistențe:

𝐼=𝐼𝐶𝐹−𝐼0−

Mărimile care intervin în aceste ecuații sunt:

T – temperatura celulei fotovoltaice, în K;

q – sarcina electrică elementală;

k – constanta lui Boltzmann;

I0 – curentul invers de saturație, în absența iluminării;

n – coeficientul de idealitate al diodei; acesta reflectă deviația unei diode reale față de modelul ideal și poate lua valori între 1 și 2; valoarea ideală a lui n ar fi 1.

O celulă ideală, cu randament maxim, ar avea rezistența parazită zero și rezistența de șuntare infinită. După cum se poate observa din relațiile anterioare, temperatura celulei fotovoltaice îi reduce performanța.

O schemă simplificată a unui sistem fotovoltaic este prezentat în figura 2.7. Bancul de acumulatoare poate să lipsească, caz în care o sursă alternativă de alimentare trebuie sa fie disponibilă pentru perioadele de noapte și de vreme înnorată. Variațiile permanente de tensiune și intensitate a curentului furnizat de panourile fotovoltaice pot conduce la deteriorarea acumulatoarelor. Pentru a preveni acest risc se utilizează un controler de încărcare care ajusteaza permanent cele două mărimi.

Figura 2.7 Schema simplificată a unui sistem fotovoltaic

Pentru a converti curentul continuu, provenit de la sistemul de panouri fotovoltaice și/sau de la bancul de acumulatoare, în curent alternativ cu frecvența și tensiunea corespunzătoare regiunii în care se află sistemul fotovoltaic, este necesară integrarea în sistem a invertorului solar. Dacă energia produsă este livrată în rețea, invertorul va trebui să asigure o formă sinusoidală a câmpului electric, sincronizată cu frecvența din rețea. În cazurile în care sistemul solar alimentează o zonă izolată de rețeaua națională, se pot utiliza invertoare mai simple, care trebuie să furnizeze energie într-o formă sinusoidală și la frecvența corespunzătoare cu cea pentru care au fost proiectate echipamentele electrice din zona respectivă. Invertorul poate fi conectat la un întreg sistem de panouri fotovoltaice, însă există și soluții în care fiecare panou este conectat la un micro-invertor.

În afară de aceste echipamente esențiale, există și alte dispozitive care pot fi integrate în sistem (contoare de energie electrică, echipamente de protecție, echipamente de urmărire a traiectoriei soarelui). Fiecare dintre acestea are un randament propriu, astfel încât randamentul sistemului fotovoltaic va fi semnificativ mai redus decât randamentul celulelor fotovoltaice care intră în componența panourilor. În cazul unui sistem rezidențial 15% este o valoare obișnuită a randamentului întregului sistem. Există mai multe metodologii de evaluare care permit compararea performanțelor unor sisteme diferite din punct de vedere al tehnologiei înglobate și al capacității de generare.

Conversia energiei solare în energie termică

Un sistem de conversie a energiei solare în energie termică trebuie sa fie optim din punct de vedere al performanței, costurilor de achiziție și funcționare și durabilității. Structura clasică a unui sistem de încălzire a apei folosind energia radianta solară constă în următoarele componente:

1. Unul sau mai multe colectoare solare, care pot fi plane, cu tuburi vidate, sau cu tuburi cu încălzire directă a apei;

2. Sistemul de transfer de căldura și sistemul de (re)circulare; schimbătorul de căldură (daca este cazul, în funcție de tipul instalației);

3. Sistemul de stocare a apei calde;

4. Sistemul de comandă și control;

5. Sistemul auxiliar de încălzire, care furnizează căldură suplimentară în situațiile în care radiația solară nu este suficientă. De obicei acesta constă într-o rezistență electrică sau un echipament de încălzire cu gaze natural.

Schema constructivă colectorului solar pentru încălzirea apei este prezentată în figura 2.8. Principalele părți componente sunt: lada neagră- 5 cu izolație termică- 4 a trei pereți, acoperită din partea frontală cu suprafața transparentă-3. Schimbătorul de căldură este de tip placă metalică-țeavă, respectiv suprafața absorbantă-1 și țevile 2. În cazul colectorului cu aer, schimbătorul de căldură este de tip placă metalică – canal pentru aer.

Figura 2.8 Schema constructivă a colectorului solar

Funcționarea colectorului solar se bazează pe două fenomene fizice: absorbția de către un corp negru a radiației solare realizate pe suprafața absorbantă și efectul de seră realizată pe suprafața transparentă. În cazul colectorului solar, se realizează un efect de seră artificial. O suprafața este transparentă pentru razele solare și opacă pentru radiația infraroșie. Temperatura suprafeței absorbante crește și căldura este transmisă apei care circulă prin țevile 2. Schimbătorul de căldură de tip placă–țeavă este principalul element al colectorului. Există diferite soluții tehnice de îmbinare a plăcii 1 cu țevile 2.

Colectoarele solare cu tuburi vidate sunt formate din tuburi colectoare dispuse paralel. Fiecare tub este realizat din sticlă borosilicat cu o bună rezistență mecanică și are perete dublu, spațiul dintre pereți fiind vidat pentru a întrerupe pierderile de căldura prin transfer termic între interiorul tubului colector și mediu. Pentru a menține vidul se depune în interiorul peretelui dublu, la capătul inferior, o pelicula de bariu de culoare argintie. Aceasta va absorbi o serie de gaze care pot fi emise pe parcursul ciclului de viata al tubului, cum ar fi CO, CO2, N2, O2, H2O și H2, menținând astfel starea de vacuum. Atunci când această stare se pierde pelicula își schimbă culoarea din argintiu în alb, oferind o modalitate facilă de identificare a tuburilor defecte. Pornind de la aceste principii, au fost dezvoltate mai multe variante constructive.

Figura 2.9. Colector solar cu tuburi vidate

Sisteme solare pentru încălzirea apei cu circulație naturală (figura 2.10.a.) Pentru a asigura o circulație sigură a apei acumulatorul trebuie să fie amplasat mai sus decât colectorul. Atât în colector, cât și în rezervor se stabilește o diferență de temperaturi dintre partea superioară, respectiv partea inferioară, astfel că se creează o diferență de densitate între straturile de apă caldă și rece astfel că această diferență de presiune asigură circulația apei. Diferența de presiune depinde de diferența de temperaturi, astfel fluxul de apă în sistem depinde de puterea utilă captată de colector, care și provoacă această diferență de temperaturi. Sistemele solare pentru încălzirea apei cu circulație naturală sunt autoreglabile – creșterea puterii captate conduce la creșterea fluxului de apă care circulă în sistem.

Figura 2.10 Scheme uzuale ale sistemelor solare pentru încălzirea apei: a – cu circulație naturală; b – cu circulație forțată; c – cu două contururi

Sistemul solar pentru încălzirea apei cu circulație forțată este prezentat în figura 2.10. b. Pompa de circulație este comandată în funcție de diferența dintre temperatura T2 în partea de sus a colectorului și temperatura T1 în partea de jos a rezervorului. Temperatura este controlată de un releu diferențial. Pompa va funcționa doar atunci când diferența de temperaturi depășește valoarea predeterminată. Pentru a exclude circulația inversă a apei este prevăzută o valvă unidirecțională.

În figura 2.10 c, se prezintă schema cu circulație forțată cu două contururi. Primul contur cuprinde colectorul, pompa de circulație și schimbătorul de căldură și se umple cu lichid antigel. Al doilea contur prezintă circuitul propriu zis de apă caldă. Transferul de căldură dintre primul și al doilea contur se efectuează prin intermediul unui schimbător de căldură lichid – lichid (serpentina din acumulator).

2.2 ENERGIA EOLIANĂ

Definiția energiei eoliene

Energia unui flux de aer care se mișcă cu o viteză liniară v se determină cu expresia energiei cinetice:

, (2.1)

unde m este masa aerului în mișcare, determinată de densitatea aerului ρ și volumul care străbate o suprafață oarecare S în unitatea de timp:

ρSv (2.2)

Unitatea de măsură a masei din expresia (2.2) este kg/s și înlocuind în (2.1), se obține puterea fluxului de aer în wați:

(2.3)

Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la suprafața planetei noastre. Această încălzire variabilă a straturilor de aer produce zone de aer de densități diferite, fapt care creează diferite mișcări ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine eoliene sunt capabile de a produce până la 5 MW de energie electrică, deși acestea necesită o viteză constantă a vântului de aproximativ 5,5 m/s sau 20 kilometri pe oră.

Elementele lanțului de conversie sunt: o turbină eoliană, un generator trifazat, un dispozitiv de interconectare, ce realizează conectarea generatorului la rețeaua de distribuție sau la o sarcină izolată – fig.2.11.

Figura 2.11 Structura generală a unui sistem de conversie a energiei eoliene

Producerea energiei eoliane a început foarte devreme cu secole în urmă, cu nave cu pânze, mori de vânt și mașini de treierat pentru cereale. Abia la începutul acestui secol au fost dezvoltate turbine eoliene de mare viteză pentru generarea de energie electrică. Termenul de turbină eoliană este utilizat pe scară largă în zilele noastre pentru o mașină cu pale rotative care convertește energia cinetică a vântului în energie utilă. În prezent există două categorii de turbine eoliene de bază: turbine eoliene cu ax orizontal (HAWT) și turbine eoliene cu ax vertical (VAWT), în funcție de orientarea axei rotorului.

Turbine eoliene cu axa orizontala de rotatie

Rotorul unei mori de vant este format din patru palete, iar suprafata portanta este intinsa pe un cadru de lemn. Al doilea dispozitiv cu axa orizontala de rotatie a fost, raspandit in special in America de Nord, a fost moara de vant folosita pentru pomparea apei. Rotorul este constituit din mai multe palete singulare. El are un diametru de pana la 8 metri si un numar de palete cuprins intre 12 si 24. Avantajul acestui dispozitiv este ca el poate functiona la viteze mici, iar dezavantajul, ca are o greutate foarte mare. Turbinele eolienemoderne cu axa orizontala sunt concepute pentru puteri mari, iar rotoarele au 2 sau 3 palete. Paletele au un design aerodinamic astfel incat ele obtin o eficienta cat mai mare. Avantajul acestui tip de rotor este acela ca prezinta o rezistenta si o greutate redusa. Un mare dezavantaj este ca nu functioneaza bine la viteze reduse ale vantului.

Turbinele eoliene sunt dispozitive ce capteaza energia cinetica a vantului. Pentru a extrage o parte din energia cinetica vantul trebuie incetinit, dar doar cel care trece prin rotor este afectat. Presupunand ca masa de aer incetinita este separata de aerul care nu trece prin rotor si nu incetineste la suprafata de separatie dintre cele doua mase de aer atunci aceasta limita de separatie este extinsa spre exteriorul axei elicei. Aerul nu trece de acea limita de separatie si astfel cele doua fluxuri de aer curg in paralel, aerul avand acelasidebit masic. Aerul din interiorul fluxului intern nu se comprima, iar pentru a

compensa aceasta diferenta de viteza diametrul tubului fluxului intern se mareste.

Figura 2.12 Turbina eoliana in fluxul de aer

Desi energia cinetica este extrasa din fluxul de aer, o schimbare brusca a vitezei nu este nici posibila, nici dorita deoarece ar fi necesare acceleratii si forte enorme. Energia presiunii statice a aerului poate fi extrasa intr-un mod asemanator cu cel al schimbarii bruste si toate turbinele de vant, orice design ar avea, il folosesc. Prezenta turbinei face ca aerul care se apropie sa incetineasca gradat pana ajunge la rotor iar viteza vantului este deja mai mica fata de cea a vantului ce curge pe langa rotor. Pe masura ce aerul trece prin rotor datorita designului acesteia, se produce o scadere a presiunii statice, astfel incat, cand acesta trece de rotor presiunea este mai mica decat cea a aerului. Aerul trece mai departe de rotor cu o presiune si o viteza mai scazuta, aceasta zona a fluxului de aer se numeste gol de aer.

Cele mai importante părți componente ale turbinelor eoliene, sunt:

– butucul rotorului;

– paletele;

– nacela;

– pilonul;

– arborele principal (de turație redusă);

– multiplicatorul de turație cu roți dințate;

– dispozitivul de frânare;

– arborele de turație ridicată;

– generatorul electric;

– sistemul de răcire al generatorului electric;

– sistemul de pivotare;

– girueta;

– anemometrul;

– sistemul de control.

Figura 2.13 Partile componente ale turbinei eoliene

Butucul rotorului poate fi rigid sau cu o ușoară “bătaie” radială care permite eliberarea unei părți din solicitările structurale transmise de palete. Turațiile la care ajung rotoarele turbinelor moderne de mare capacitate sunt cuprinse între 5 și 20 rot/min. În același timp, generatoarele funcționează la 800-3000 rot/min, ceea ce impune existența unei transmisii între generator și rotor care să multiplice turația acestuia din urmă. Generatoarele antrenate direct de la rotor elimină transmisia, însă au dimensiuni și mase semnificativ mai mari decât generatoarele cu antrenare prin intermediul transmisiei, ceea ce le face dificil de utilizat în special în construcția turbinelor de mare capacitate.

Sistemele de orientare sunt comandate de un controller pentru o orientare precisa pe directia vantului la turbinele cu ax orizontal, utilizand in general un motor pas-cu-pas sau motoare hidraulice. Astfel de sisteme impiedica rasucirea cablurilor care pornesc din nacela, alternand directia in care este rotita nacela.

Turbine eoliene cu ax vertical

Aceste turbine din punct de vedere constructiv sunt mai simple deoarece transmisia cat si generatorul pot fi amplasate la nivelul solului. Cel mai important avantaj il reprezinta puterea produsa, fiind independent de directia vantului. Vantul avand intensitate redusa la nivelul solului determina un randament redus al turbine eoliene , fiind supusa si turblentelor de vant. Un alt aspect important al acestor turbine consta in faptul ca ele trebuiesc antrenat pentru a porni, pilonul este supus unor solicitari mecanice importante.

Turbina Savonius a fost inventata de inginerul finlandez Sigurd Savonis in anul 1922. Versiunea clasică are o construcție foarte simplă care constă în două jumătăți de cilindru dispuse în forma literei S, cu un spațiu de trecere a aerului între ele.

Fata de alte tipuri, functionarea turbinelor Savonius nu se bazeaza pe forta portanta care se manifesta asupra unui profil aerodynamic, ci pe forta rezistenta generate la deplasarea unui corp intr-un curent de aer.

Figura 2.13 Turbina cu ax vertical Savonius

Turbina Darrieus inventată de inginerul francez Georges Darrieus în 1931, este caracterizată de paletele de forma literei C, care au capetele prinse de ax la partea superioara și inferioară a acestuia. Rotorul lui Darrieus se bazeaza pe principiul variatiei periodice a incidentei. Un profil plasat intr-un curent de aer, in functie de diferite unghiuri, este supus unor forte a caror intensitate si directie sunt diferite. Rotorul este alcatuit din doua sau trei aripi aerodinamice care se rotesc in jurul unui ax vertical. Avantajul major al acestei turbine este ca se misca cu o turatie care nu are nimic de a face cu viteza vantului, care de obicei este mai mare. O alta caracteristica a acestor turbine este aceea ca trebuie antrenate pentru a porni.

Figura 2.14 Turbina eoliană

2.3 Energia geotermală

Energia termică stocată în interiorul Pământului se numește energie geotermală. Aceasta provine din două surse: energia primordială, datând din perioada formării planetei (aproximativ 20%) și energia generată prin descompunerea lentă a unor minerale radioactive (80%) precum uraniul, radiul, toriul și potasiul.

Intensitatea energiei termice crește cu adâncimea, gradientul mediu de temperatură în scoarța terestră fiind de aproximativ 17-30°C/km, iar miezul depășind 5000°C. Deși această resursă nu se reîmprospătează, este considerată sustenabilă datorită faptului că este nepoluantă iar energia se extrage în cantități nesemnificative în raport cu energia disponibilă. Scoarța este divizată în plăci continentale care “plutesc” pe un strat vâscos de rocă semitopită, cu temperaturi cuprinse între 650°C și 1250°C. În zonele marginale ale acestor plăci, dar și în alte zone din interiorul plăcilor tectonice, magma se poate apropia de suprafața Pământului chiar și până la un km iar gradientul de temperatură poate atinge 100°C/km. Roca și apa care pătrunde la aceste adâncimi prin fisurile din rocă, absorb căldura transmisă de magmă. În aceste condiții temperatura apei poate atinge 370°C, ulterior ea ajungând la suprafață sub formă de izvoare termale sau gheizere.

Se estimează că energia înmagazinată în primii 3 km ai scoarței este de 4,3×107 EJ30 (aproximativ 12 x 109 TWh), ceea ce reprezintă de peste 10 000 ori consumul energetic global anual. Deși energia geotermală este mai mult decât suficientă pentru nevoile omenirii, doar o foarte mică parte este exploatabilă în condiții fezabile economic, datorită faptului că zonele accesibile în care magma se apropie de suprafața terestră sunt puține. În aceste locații procedura obișnuită de recuperare a energiei termice constă de obicei în efectuarea de foraje care ajung până la rezervoarele de apă fierbinte sau la vaporii din subteran, pomparea acestor resurse spre suprafață și utilizare lor pentru încălzire sau pentru a produce energie electrică.

Figura 2.15. Scoarta Pamantului

(Sursa:http://upload.wikimedia.org/carbineu/commons/d/d5/Aufbau_der_erde_schematisch_ro.svg )

La ora actuala in lume există trei tipuri de carbine electrice geotermale în exploatare: carbine “uscate”, carbine “flash” și carbine cu ciclu carbin, depinzând de carbineure fluidului și de starea acestuia (vapori sau lichid). Emisiile de CO2 ale unei astfel de carbine sunt în medie de 122 kg/MWh, reprezentând a opta parte din emisiile unei carbine convenționale pe bază de carbine.

2.4 Energia Valurilor

Valurile sunt mișcări ritmice ale particulelor de apă în jurul unui punct imaginar de echilibru. Sub aspect genetic, se cunosc: valuri eoliene, mareice, anomobarice, navale, staționare, gravitațional libere, forțate de vânt. Valurile eoliene sunt cele care apar sub acțiunea frecării tangențiale ale maselor de aer în deplasare, cu presiunea normală față de apa marină

Oceanele acoperă trei sferturi din suprafața planetei, energia oceanelor reprezentând deci una dintre cele mai abundente surse regenerabile de energie. Această energie vine din mișcările apei, cum sunt valurile, mareele și curenții oceanici, dar și din diferențele de salinitate și temperatură. Mai este însă nevoie de timp până când această sursă de energie să poată concura cu sursele regenerabile mai avansate.

Tehnologiile privind energia valurilor diferă în funcție de poziția dispozitivului de transformare a energiei în raport cu țărmul. Aceste dispozitive pot fi ancorate sau încorporate în țărm sau pot fi amplasate în mare în apropierea țărmului sau în larg, valorificând puterea sporită a valurilor din apele adânci. Europa este lider mondial în ceea ce privește tehnologia energiei valurilor. Prin investițiile realizate de unele țări europene în cercetare și dezvoltare sau în proiecte demonstrative, UE ar trebui să aibă o poziție competitivă solidă în momentul în care se va contura o piață comercială pentru această tehnologie. Sistemele de maree valorifică fluxul și refluxul natural al apei pentru a genera electricitate. Acest lucru se poate realiza fie prin baraje care să controleze creșterea și scăderea nivelului mării, fie prin turbine care să extragă energie din curenții mareelor printr-un proces comparabil cu obținerea energiei eoliene.Figura 2.16 prezintă principalele caracteristici dimensionale ale valurilor, presupunând că sunt valuri monocromatice, deci uniforme din punct de vedere dimensional și periodic. Adâncimea apei se măsoară față de înălțimea medie a valului. Lungimea valului, sau lungimea frontului de val, reprezintă distanța dintre două valuri consecutive iar, perioada este dată de timpul în care un val parcurge o distanță egală cu lungimea acestuia. Amplitudinea este calculată ca fiind distanța dintre suprafața apei în stare neperturbată și creasta valului, deci jumătate din înălțimea acestuia.

Figura 2.16 Caractersiticile dimensionale ale valurilor

2.5 Biomasa

Termenul de “ biomasa” in energetica se refera la materia organic ace poate fi convertita in energie. Materia lemnoasă, reziduurile vegetale din agricultură și reziduurile animale din zootehnie, precum și culturile și plantațiile dedicate valorificării energetice reprezinta categoriile de biomasa care pot fi utilizate in acest scop. Fotosinteza este procesul prin care plantele transformă energia solară în energie chimică. Tehnologiile de conversie presupun arderea biomasei lemnoase pentru a produce căldură ce poate fi utilizată direct. De asemenea, căldura generată poate vaporiza apa, vaporii antrenând o turbină cuplată la un generator electric. Conversia în biocombustibili pentru transport se poate face termic, chimic sau biologic, sau se pot aplica tehnologii care fac uz de toate cele trei metode.

Metode primare de valorificare a biomasei: combustia directa, gazeificare, piroliza, digestive anaeroba, fermentare, extragere mecanica.

2.5.1 Combustia directa

Prin metoda de ardere a unor tipuri de biomasa(lemn, diverse reziduri, paie etc.) se obtin gaze fierbinti care pot fi utilizate pentru incalzire sau pentru abur. Aburul poate antrena un sistem turbina-generator pentru a produce energie electrica.

Aceasta metoda este cea mai simpla tehnologie si se poate dovedi si ieftina daca sursa disponibila se afla in apropiere si este suficienta.

2.5.2 Piroliza – consta in descompunerea termochimica a biomasei solide, proces ce are loc la temperaturi de 300-8000C si in absenta oxigenului. În urma acestui proces rezultă căldură, diferite gaze (hidrogen, metan, monoxid de carbon etc.), bio-ulei și cărbune. Gazele combustibile pot fi separate și captate, iar carbunele rezultat, denumit și biochar, poate fi utilizat ca fertilizator și amendament agricol, utilizare care reprezintă și o modalitate eficientă și economică de sechestrare a carbonului. Pentru fiecare tip de biomasă și o presiune dată, există doi parametri care influențează produsele rezultate în urma pirolizei, respectiv temperatura reactorului și timpul. Temperaturile înalte și perioada scurtă de expunere a biomasei favorizează reacțiile de gazeificare, în timp ce temperaturile mai scăzute favorizează formarea cărbunelui (biochar).

Figura 2.17. Metode primare de valorificare a biomasei

2.5.3. Gazeificarea

Prin procesul termochimic de gazeificare biomasa solidă se transformă în gaz la temperaturi de 800-1300°C. Gazul obținut se numește gaz de sinteză sau singaz și este un amestec combustibil de hidrogen, monoxid de carbon, metan, azot, bioxid de carbon, sulf, compuși alcalini și gudroane.Hidrogenul este vazut în prezent ca fiind combustibilul alternativ pentru vehiculele electrice cu pile de combustie.

În principiu, o cantitate limitată de oxigen sau aer este introdusă în reactor astfel încât, prin combustia unei fracții din biomasă, se generează bioxid de carbon și energie. Energia eliberată inițiază o a doua reacție care convertește biomasa în hidrogen și monoxid de carbon. Acesta din urmă reacționează cu moleculele de apă provenite din uscarea inițială a biomasei, rezultând metan și din nou bioxid de carbon.

Figura 2.18. Procesele chimice produse intr-un gazeificator de tip updraft.

2.5.4 BIODIESEL

Biodiesel-ul este un combustibil curat, biodegradabil și netoxic, care este produs prin trans-esterificare din ulei vegetal sau din grăsimi de origine animală. În acest scop se poate utiliza și materie primă folosită, cum ar fi de exemplu uleiurile reziduale rezultate de la restaurante. Biodieselul poate fi folosit în stare pură sau în amestec cu motorina pentru alimentarea motoarelor cu aprindere prin comprimare cu pompă de injecție. În ceea ce privește motoarele moderne cu rampă de injecție, la ora actuală fabricanții impun amestecuri de maxim 5% sau 20% (motorina B5 sau B20).

Pentru a obține biodiesel uleiurile sau grăsimile reacționează cu alcooli în prezența unui catalizator dozat în funcție de nivelul de acizi grași liberi. Stimularea procesului de trans-esterificare se face și prin creșterea temperaturii. Cei mai utilizați catalizatori sunt soda caustică (NaOH) și hidroxidul de potasiu (KOH).

Principalele etape ale tehnologiei de producere a biodiesel-ului sunt următoarele:

– Uleiul este încălzit la o temperatură de 50-60°C.

– Se adaugă un alcool (uzual – metanol) și NaOH pentru inițierea procesului de trans-esterificare.

– Se ridică temperatura amestecului la 80°C, acesta fiind recirculat permanent cu o pompă de recirculare.

– Se obțin două fluxuri: cel principal, de obținere a biodiesel-ului și cel secundar, de obținere a glicerinei; se separă metil-esterii și glicerina.

– Metil-esterii se recuperează prin spălare, rezultând biodiesel. În paralel, din glicerină se separă alcoolul aflat în surplus pentru a fi reintrodus în fluxul tehnologic, iar glicerina va suferi un proces relativ complex de purificare.

– Se efectuează operații de filtrare a biodiesel-ului, până la obținerea purității standard.

Pe lângă avantajele evidente în ceea ce privește lipsa poluării și neutralitatea din punct de vedere al emisiilor de bioxid de carbon, biodiesel-ul prezintă însă și unele dezavantaje. Utilizarea lui directă și nu în amestec cu motorina va crea dificultăți la pornirea motoarelor pe vreme rece datorită vâscozității mai ridicate decât cea a motorinei. Garniturile și conductele de cauciuc sunt atacate, astfel încât se impune schimbarea lor în cazul în care acestea există pe circuitul de alimentare (în general la modele mai vechi de vehicule). Păstrarea pe o perioadă mai îndelungată provoacă oxidarea biodieselului, care este însoțită de fenomenul de îngroșare.

Capitolul 3. SISTEMELE DE STOCARE A ENERGIEI, O SOLUȚIE

PENTRU OPTIMIZAREA FUNCȚIONĂRII REȚELELOR ELECTRICE

Un Sistem de Stocare a Energiei (SSE) poate fi realizat apelând la numeroase tehnologii de stocare, succesul unui proiect depinzând de alegerea celei mai potrivite soluții care trebuie să asigure atât performanțele tehnice optime în raport cu aplicația cât și performanțele economice traduse prin doi indicatori esențiali: costurile de instalare ($/MW) și costul MWh livrat ($/MWh).

Cea mai utilizată soluție pentru stocarea energiei electrice pe termen scurt o reprezintă acumulatorul. Acumulatoarele se pot reincarca, insă problema majoră este tendința continua de scădere a capacității lor de incărcare pe parcursul utilizării.

Aceste Sisteme de Stocare a Energiei (SSE) – numeroase și apelând la cunoștințe din diverse domenii ale tehnicii- au la bază principii de conversie cu caracter mecanic: Sisteme de pompaj hidro(Pomped Hydro – PHS), Stocare în aer comprimat (Compressed Air Energy-CAES), Volanți (Flywheel – FES), electrochimic Pb-acid (Lead Acid–LA), Nickel Cadmiu – NiCd, Lithium Ion – Li Ion, Sodium Sulfur – NaS, ZEBRA – NaNiCl, Vanadium Redox-VRB, Zinc Bromine – ZnBr, chimic: Hydrogen – H, electromagnetic și termic: capacitor dublu strat (Double Layer Capacitor –DLC),stocare magneți supraconductori (Superconducting Magnetic Coil-SMES), săruri topite (Molten Salt– MS). Ele se află astăzi în diverse faze de maturitate.

Varietatea situațiilor la care un SSE poate interveni eficient într-o rețea este numeroasă, dar important de semnalat este faptul că eficiența tehnico/economică al acestora, nu este aceeași pentru toate aplicațiile, minimizarea celor 2 parametri: costul MW instalat și costul MWh livrat, fiind esențială !

3.1. Stadiul în care se găsesc diversele sisteme de stocare

Stadiul în care se găsesc acestea: mature–developed–in development și gama de puteri în care acestea sunt validate în practică, se prezintă în figura 3.1.

* la maturitate au ajuns următoarele familii de SSE și anume: – la puteri mici de stocare (Wat sute de Wat): NiCd, NiMeH, Li Ion; – la puteri medii–mari (kW–zeci de MW): LA, NaS, Zebra (NaNiCl) NiMeH, Supercapacitors, Li Ion, Volant; – la puteri mari (zeci deMW-sute MW): Pompaj–PHS și Stocarea aer comprimat CAES;

* dezvoltate și în curs de maturizare sunt acumulatoarele cu Li Ion staționare și bateriile cu circulație – Flow batteries (kW–MW);

* în dezvoltare există o explozie de dezvoltări tehnologice, aplicabile în toată gama de puteri: W–MW, vizând stocarea în H2, acumulatoare Me-aer, stocare în aer comprimat–CAES adiabatic, Sintetic natural Gaz (SNG), supraconductoare-SMES (MW–GW

Figura 3.1. Stadiul în care se găsesc diverse sisteme de stocare a energiei

3.2. Timpul de restituire a energiei

Timpul în care un SSE este capabil să furnizeze energia stocată, este un lucru important de care trebuie ținut seama, el situându-se în cazul sistemelor studiate în gama: secunde–minute–ore–zile, de unde și necesitatea alegerii unui sistem funcție de o cerință a rețelei rezolvată prin cea mai potrivită alegere. O reprezentare intuitivă a timpului oferit de diverse sisteme este dată de CEI și prezentă în figura 3.2.

Se observă din figura 3.2 că timpul de restituire variază de la secunde la minute, ore și zile și dimensionarea SSE trebuie făcută în strânsă legătură cu cerința care i se adresează pentru ca valoarea investiției să nu afecteze costul MWh livrat. Sunt de dorit realizarea unor capacități de stocare care să asigure restituiri de energie stocată în mod instantaneu sau în perioade lungi de timp, costuri de investiții acceptabile pentru a nu influența în mod negativ costul MWh livrat de SSE.

Restituirea energiei înmagazinate într-un anumit interval de timp este determinată de doi factori: densitatea de putere (kW/kg) și densitatea de energie kWh/kg.

Densitatea de putere se referă la tehnologia cu care este realizat SSE; în general SSE cu densități de putere mare au densități de energie mici, descarcă energia în timpii scurți.

Densitatea de energie ascunde un alt efect și anume capacitatea SSE de a livra unui consummator și în mod continuu, energia stocată, o perioadă lungă de timp (SSE cu densități de energie mari au densități de putere mici), descarcă energia stocată un timp lung, dar nu pot furniza energii mari, în timp scurt.

Figura 3.2. Timpii în care poate fi restituită energia stocată

în diverse Sisteme de Stocare a Energiei

Descărcarea pe termen scurt: energia stocată este dată consumatorului într-un interval de timp secunde/minute iar raportul energie/putere (kWh/kW) este mai mic ca 1. Echipamentele de stocare din această familie utilizează capacitori dublu strat (Double layer Capacitors-DLC) suparaconductoare (SMES), Flywheele FES–volanți. Aceste sisteme sunt indicate pentru reglarea frecvenței și reduc impactul intermitenței surselor regenerabile soare-vânt-hidro.

Descarcarea pe termen mediu: energia stocată este dată consumatorului într-un interval de timp minute/ore și au raportul energie/putere (kWh/kW) între 1-10. Din această grupă fac parte sistemele care utilizează acumulatoarele cu Pb (LA, LA avanced), Li Ion, NaS, FES. Sistemele de acest tip sunt indicate pentru asigurarea calității energiei, echilibrarea energiei, stocare în perioade de gol și restituire la vârf de cerere, transfer de sarcini.

Descarcarea pe termen mediu spre lung: energia stocată poate fi distribuită consumatorului în intervale de timp ore-zile și au raportul energie/putere (kWh/kW) între 5–30. In această grupă intră stocajul prin pompaj hidro (PHS), stocarea prin aer comprimat (CAES), Baterii REDOX-RFGs. Ele răspund unor importante provocări legate de stocarea energiei în perioadele de gol de sarcină, operații time-shifting, incertitudini ale vremii, răspuns la incertitudini zilnice provocate de generatoarele eoliene sau PV, asigurarea unor vârfuri de sarcină.

Bibliografie

[1] J. Sawin, K. Chawla, R. Rahlwes, E. Galán, A. McCrone, E. Musolino, L. Riahi, J. Sawin, R. Sims, V. Sonntag-O’Brien and F. Sverrisson, "Renewables 2013 Global Status Report," Paris, 2013.

[2] T. Letcher, "Introduction with a Focus on Atmospheric Carbon Dioxide and Climate Change," in Future Energy: Improved, Sustainable and Clean Options for our Planet, Elsevier Ltd., 2013, pp. 3-16.

[3] Z. Salameh, Renewable Energy System Design, Academic Press, 2014.

[4] N. Brian, "Solar Energy," Thermopedia, February 2011. [Online]. Available: http://www.thermopedia.com/content/1136/. [Accessed August 2014].

[5] "Panouri solare vidate," August 2014. [Online]. Available: http://www.soltech.ro/panouri_solare_vidate.htm.

[6] D. Oughton and P. Martin, Faber and Kell's Heating and Air Conditioning of Buildings, Oxford: Reed Educational and Professional Publishing Ltd, 2012, p. 696.

[7] "SolarGIS," GeoModel Solar, 2011. [Online]. Available: http://solargis.info/doc/_pics/freemaps/1000px/ghi/SolarGIS-Solar-map-Europe-en.png. [Accessed 2014].

[8] M. Balan, Energii regenerabile, Cluj-Napoca: U.T.PRESS, 2007.

[9] L. Freris and D. Infield, Renewable Energy in Power Systems, Wiley, 2008, p. 300

[10] First Quadrennial Technology Review," U.S. Department of Energy, Washington, D.C., 2012.

[11] M. de Wild-Scholten, "Renewable and Sustainable Energy Reviews," Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 119, pp. 296-305, 2013

[12] NREL, "National Center for Photovoltaics," National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2014. [Online]. Available: http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg. [Accessed 2014].

[13] PVEducation, "Surface texturing," PVEducation, [Online]. Available: http://pveducation.org/pvcdrom/design/surface-texturing. [Accessed 2014].

[14] NASA, National Aeronautics and Space Administration, 2014. [Online]. Available: www.nasa.gov. [Accessed 2014].

[15] B. Marion, J. Adelstein, K. Boyle, H. Hayden, B. Hammond, T. Fletcher, B. Canada, D. Narang, D. Shugar, H. Wenger, A. Kimber, L. Mitchell, G. Rich and T. Townsend, "Performance Parameters for Grid-Connected PV Systems," in 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference, Lake Buena Vista, Florida, 2005.

[16] NREL, "PWWatts," National Renewable Energy Laboratory, 2014. [Online]. Available: http://rredc.nrel.gov/solar/calculators/pvwatts/version1/. [Accessed 2014].

[17] M. Eck, M. Eickhoff, J. Feldhoff, P. Fontela, N. Gathmann and M. Meyer-Grunefeldt, "Direct steam generation in parabolic troughs at 500 °C first results of the REAL DISS project," in 17th International SolarPACES Symposium, Granada, Spain, 2011.

[18] S. Koning, "Molten Salt Systems Other Applications Link to Solar Power Plants," in NREL Trough Meeting 2007, 2007.

[19] R. Pitz-Paal, "Solar Energy – Concentrating Solar Power," in Future Energy: Improved, Sustainable and Clean Options for our Planet, London, London Elsevier, 2013, p. 738.

[20] J. Sawin, "Renewables 2013 Global Status Report," Renewable Energy Policy Network for the 21-st Century, Paris, 2013.

[21] W. Stine and M. Geyer, "Power from the Sun – Power Cycles for Electricity Generation," 2001. [Online]. Available: http://www.powerfromthesun.net/Book/chapter12/chapter12.html. [Accessed 2014].

[22] D. Infield, "Wind Energy," in Future Energy – Improved, Sustainable and Clean Options for our Planet (Second Edition), Elsevier Ltd., 2014, pp. 313-333.

[23] E. Lysen, Introduction to Wind Energy, Amersfoort, CWD, 1983.

[24] S. Kalogirou, "Wind Energy Systems (Chapter 13)," in Solar Energy Engineering Processes and Systems (Second Edition), Academic Press, 2013, pp. 735-762.

[25] Y. X. Z. T. Wenping Cao, "Wind Turbine Generator Technologies (Chapter 7)," in Advances in Wind Power, InTech, 2012.

[26] S. Dragomir and E. Vasilescu, "Sisteme eoliene performante pentru producerea energiei electrice regenerabile," Buletinul AGIR, vol. 3, pp. 22-26, 2012.

[27] E. Maican and S. Biriș, "Comparative Analysis of a Wind Turbine's Performances by Means of CFD Simulations," Journal of Agricultural Machinery Science, vol. 4, no. 3, pp. 247-252, 2008.

[28] ICSITMUA_Brasov, "Instalatii pentru utilizarea energiei vantului," Brasov, 1987.

[29] L. Rybach, "Geothermal Sustainability," Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin, vol. 28, no. 3, pp. 2-7, 2009

[30] P. Breeze, "Geothermal Power (Chapter 12)," in Power Generation Technologies (Second Edition), Elsevier Ltd., 2014, pp. 243-257.

[31] K. Gawell, M. Reed and P. Wright, "Preliminary Report: Geothermal Energy, The Potential for Clean Power from the Earth," Geothermal Energy Association, Washington, DC, 1999

[32] N. El Bassam, P. Maegaard and M. Lawton Schlichting, "Distributed Renewable Energies for Off-Grid Communities – Strategies and Technologies toward Achieving Sustainability in Energy Generation and Supply," in Geothermal Power (Chapter 12), Elsevier Inc., 2013, pp. 185-192.

[33] Ground-Source Heat Pumps (Earth-Energy Systems)," Government of Canada, 2014. [Online]. Available: http://www.nrcan.gc.ca/energy/publications/efficiency/heating-heat-pump/6833.

[34] IGSHPA, "What is a ground-source heat pump?," Stillwater, Oklahoma.

[35] Z. Salameh, "Chapter 5 – Emerging Renewable Energy Sources," in Renewable Energy System Design, Academic Press, 2014, pp. 299-371.

[36] M. Brodeur-Campbell and J. Jensen, "Renewable Energy from Forest Resources: An Investigation into the Viability of Large-Scale Production of Sustainable Transportation Fuels From Lignocellulosic Biomass," Michigan Technological University, [Online]. Available: http://www.sfi.mtu.edu/FutureFuelfromForest/LignocellulosicBiomass.htm. [Accessed 2014].

[37]*** B. Demirel and P. Scherer, "Bio-methanization of energy crops through monodigestion for continuous production of renewable biogas," Renewable Energy, vol. 34, pp. 2940-2944, 2009.

[38] *** J. Andresen and X. Lim, "Chapter 6 – Pyrolysis processes and technology for the conversion of hydrocarbons and biomass," in Advances in Clean Hydrocarbon Fuel Processing, Woodhead Publishing, 2011, pp. 186-198.

[39]*** BioPower, "Diagram of Biogas Plant," BioPower S.A., [Online]. Available: http://www.biopowersa.com/en/diagram-of-biogas-plant.html. [Accessed 2014].

[40]*** D. Turcotte and G. Schubert, Geodynamics, second ed., Cambridge: Cambridge University Press, 2002.

[41] *** Electrical Energy Storage. White Paper. CEI, Geneve, Dec 2011

[42] *** Grid Energy Storage.US Dep of Energy, Dec 2013.

[43] *** Repondre au defi de l’energie. Le role de la CEI de 2010-a 2030. White Paper. CEI, Geneve, 2010.

[44] *** Grid Integration of Large – Capacity Renewable Energy Sources and Use of Large Capacity Electrical Energy Storage. White paper. CEI, Geneve, Oct 2012.

[45] Rachel Carnegie and all: Utility scale Energy Storage Systems. Benefits, Applications, and Technologies. SUA, State Utility Forecasting Group June 2013.

[46] Devon Manz and all: The Grid of the Future. IEEE Power & Energy, Vol 12, May-June 2014, p 26 – 36.

[47] Tănăsescu Florin Teodor: Sisteme de stocare a energiei. Studiu CER, 242, Oct. 2013.

[48] *** Le stockage stationaire d’energie Pierre angulaire du Smart Grid

[49] Claudiu Dumbrăveanu: Evoluții legislative de natură tehnică privind integrarea surselor regenerabile în SEN. FOREN, București, 2014, 22-26 Juin, S2-3.