STUDIU PRIVIND PROIECT AREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL DE SUS I. ENUNȚUL TEMEI: Lucrarea de diplomă își propune realizarea unui studiu… [617390]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ din CLUJ -NAPOCA
FACULTATEA de INGINERIE ELECTRICĂ

STUDIU PRIVIND PROIECT AREA UNEI
MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL DE
SUS

I. ENUNȚUL TEMEI: Lucrarea de diplomă își propune realizarea unui studiu
privind proiectarea unei microhidrocentrale pe pârâul Isopul de Sus .

II. CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație
a) Piese scrise
b) Piese desenate
c) Anexe

III. LOCUL DOCUMENTĂRII: …………………………………………………

IV. CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: ………………………………………………

V. Data emiterii temei: ………………………………………………

VI. Termen de predare: ……………………………………………….

Conducător științific , Absolvent,
Ș.l.dr.ing Aurel Botezan Horațiu Andrei Hoțopan

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

1

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

2

Declarație -angajament : Deoarece acest proiect de diplomă/lucrare de disertație nu ar fi putut fi
finalizat(ă) fără ajutorul membrilor departamentului ……………………….… și a echipamentelor de la
departament , mă angajez să public informațiile conținute în lucrare numai cu acordul scris al
conducătorului științific și al directorului de departament .

Data: ………… Semnătura

Declarație : Subsemnatul …………………….……………… declar că am întocmit prezentul proiect de
diplo mă/lucrare de disertație prin eforturi proprii, fără nici un ajutor extern, sub îndrumarea
conducătorului științific și pe baza bibliografiei indicate de acesta.

Data: ………… Semnătura

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

3

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

4

Cuprins

1. Informații generale
1.1. Potențialul și capacitatea hidroenergetică a României
1.2. Gradul de amenajare al potențialului hidroenergetic
1.3. Micropotențialul energetic
1.4. Piața energiei electrice produse
1.4.1. Oferta de energie electrică
1.4.2. Cererea de energie electrică
2. Energia si mediul
2.1. Formele de energie
2.2. Energie regenerabilă
2.2.1. Energia eoliană
2.2.2. Energia solară
2.2.3. Energia hidraulică
2.2.4. Energia geometrică
2.2.5. Energia de biomasă
2.3. Sistem energetic
3. Microhidrocentrale
3.1 Clasificarea MHC
3.2 Amenajările MHC
3.2.1 Construcții pentru reținerea apei
3.2.2 Derivații
3.2.3 Amenajări auxiliare

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

5

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

6

1. Informații generale

1.1 Potențialul și capacitatea hidroenergetică a României

România beneficiază de un potențial ridicat al resurselor hidroenergetice. Dintr -un total al potențialului
teoretic liniar de aproximativ 70,0 TWh/an, potențialul teoretic liniar al cursurilor de apă interioare este
de aproximativ 51,6 TWh/an, iar cel al Dunării (doar partea românească) este evaluat la cca.18,4
TWh/an.

Conform schemelor de amenajare complexă concepute înainte de 1990, potențialul hidroenergetic
tehnic amenajabil este de cca. 40,5 TWh/an, din care cca. 11,6 TWh/an revin Dunării, iar pe râurile
interioare se poate valorifica un potențial cca. 24,9 TWh/an prin centrale cu puteri instalate mai mari
de 3,6 MW, iar restul de 4,0 TWh/an în centrale mai mici.

Estimăril e actuale privind potențialul tehnico -economic amenajabil, diminuat în urma acestor
reglementări pentru protecția mediului, arată că, față de cei 40,5 TWh/an energie estimată în 1990, în
anul 2018 potențialul tehnico -economic amenajabi l s-a redus la circa 27,10 TWh.

1.2 Gradul de amenajare al potențialului hidroenergetic

Dacă se ia în considerare energia furnizată de centralele hidroelectrice în anul de vârf 2005, de 20,103
TWh și o raportăm la potențialul tehnic amenajabil de 33,8 TWh/an, rezul tă un grad de amenajare de
59,5%. Mai corect este însă a calcula gradul de amenajare al resurselor hidroenergetice luând în
considerare anul hidrologic mediu, când producția de energie hidroelectrica a fost estimate la 17.5TWh,
caz în care rezultă un grad de amenajare a potențialului hidroenergetic de cca 52%. În general se admite
că potențialul hidroenergetic al României este amenajat în proporție de 50%. Rezultă implicit că mai
este de utilizat un potențial de circa 16TWh/an energie hidroelectrica, care v a constitui în continuare
obiectul Strategiei Energetice a României.

1.3 Micropotențialul energetic

În cadrul Surselor Regenerabile de Energie (SRE), energia hidro deține cea mai mare pondere și este
considerată energia furnizată de unități hidroenergetice cu puterea instalată < 10 MW
(adică hidroenergie mică obținută În microhidrocentrale).

Micropotentialul este parte integrantă a potențialului energetic al României și dacă, până în prezent s –
a pus accent în special pe realizarea de central e hidroelectrice cu puteri > 10 MW, România va face
demersuri pentru valorificarea În continuare a micropotentialului pentru a răspunde cerințelor
Directivei Uniunii Europene privind sursele regenerabile de energie.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

7

În momentul de față există preocupări d e valorificare a micropotentialului hidroenergetic atât În țară
cât și la nivel internațional. În ceea ce privește România, s -au realizat diferite studii privind
micropotentialul hidroenergetic, sau construit centrale de mică putere și s -au reabilitat cele existente.

Micropotentialul tehnic amenajabil reprezintă puterea sau energia electrică care ar putea fi produsă
prin amenajarea hidroenergetica a cursurilor de apă cu potențial redus. Determinarea riguroasă a
micropotentialului tehnic amenajabil se face pe baza elaborării unor scheme de amenajare, care țîn
seama de condițiile locale (topografice, geologice, hidrologice, ecologice), situația cailor de
comunicație, cerințele de apă pentru alte folosințe, performanțele tehnice ale hidroagregatelor .
Micropote ntialul amenajat totalizat este de 380 de MHC și CHEMP puterea instalată de 501 MW și
energia medie de proiect 1504 GWh/an.

1.2 Piața energiei electrice produse

Sistemul de promovare a energiei electrice produsă din surse regenerabile de energie prin certificate
verzi instituit prin Legea nr. 220/2008, se aplică și pentru energia electrică produsă și livrat ă de către
hidrocentrale electrice cu puterea instalată mai mică de 10 MW.

Situația CV emise în anul 2018 pentru tranzacționare, pe tip de sursă re generabilă de energie, este
următoarea: 42 % producătorilor din surse fotovoltaice ,39 % producătorilor din surse eoliene, 14 %
producătorilor din surse hidroenergetice, și 5 % celor din biomasă.

Distribuția pe tip de sursă regenerabilă pentru certificate le verzi emise pentru tranzacționare este
următoarea: 5 791 844 CV pentru energia electrică produsă în centrale electrice care produc energie
electrică pe baza de energie eoliană; 2 123 833 CV pentru energia electrică produsă în centrale electrice
care pro duc energie electrică pe baza de energie hidraulică cu puteri instalate de cel mult 10 MW; 804
435 CV pentru energie electrică produsă în centrale pe biomasă, inclusiv gaz de fermentare a deșeurilor
și gaz de fermentare a nămolurilor din instalațiile de ep urare a apelor uzate; 6 325 095 CV pentru
energie electrică produsă în centrale electrice care produc energie electrică pe baza de energie solară.

Furnizorii de energie electrică sunt obligați să achiziționeze anual un număr de certificate verzi
echivalen t cu produsul dintre valoarea cotei obligatorii de achiziție de certificate verzi stabilite pentru
anul respectiv și cantitatea de energie electrică furnizată anual către consumatorii finali.

Numărul de CV pe care furnizorii/producătorii de energie electr ică sunt obligați să -l achiziționeze anual
pentru fiecare 1 MWh de energie electrică vândut consumatorilor finali se determină ca produs dintre
valoarea cotei anuale obligatorii de achiziție de certificate verzi stabilite pentru anul respectiv și
cantitate a de energie electrică facturată anual consumatorilor finali de către fiecare furnizor/producător
de energie electrică cu obligația de achiziție de certificate verzi.

Entitățile implicate în organizarea și funcționarea pieței de certificate verzi sunt: S. C OPCOM S.A, care
este administratorul pieței de certificate verzi, OTS – C.N. Transelectrica S.A., care emite în fiecare
luna certificate verzi producătorilor de E -SRE pentru energia livrată și operatorii de distribuție care

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

8

transmit lunar către OTS infor mații privind E -SRE livrată în rețea de producătorii de E -SRE racordați
la rețeaua pentru care dețin licență de distribuție.

La sfârșitul anului 2018 numărul producătorilor de E -SRE a fost de 766 , repartizați pe tipuri de surse
după cum urmează: 66 utili zează energie eoliană, 102 utilizează energie hidraulică în centrale electrice

cu putere instalata de cel mult 10 MW, 576 utilizează energie solară și 28 utilizează biomasă, inclusiv
gaz de fermentare a deșeurilor și gaz de fermentare a nămolurilor din i nstalațiile de epurare a apelor
uzate. La sfârșitul anului 2018 capacitatea instalată acreditată în unitățile de producție a E -SRE a fost
de 4785 MW.

Energia electrică realizată în anul 2018 în unitățile de producere a E -SRE a fost de 26.939 GWh
(valoare normalizată), din care 9.082 GWh a beneficiat de sistemul de promovare prin certificate verzi,
restul de 17.857 GWh a fost produs in centrale hidroelectrice cu putere instalată mai mare de 10 MW și
alte unități de producere a E -SRE care nu beneficiază de s chema de sprijin a condus la realizarea unei
ponderi de ESRE în totalul consumului final brut de energie electrică al României de 43,6%. De
asemenea, cantitatea de energie electrică de 9.082 GWh care a beneficiat de sistemul de promovare prin
certificate v erzi a condus la realizarea unei ponderi de 15% în totalul consumului final brut de energie
electrică al României.

1.2.1 Oferta de energie electrică

Cea mai mare parte a energiei electrice generate în România este furnizată de centralele
termoelectrice, având în vedere și resursele semnificative de cărbuni ale României. Extracția de
cărbuni beneficiază de subvenții până în anul 2010, în conformitate cu directivele comunitare
aplicabile.

Sectorul energetic din România dispune de o capacitate totală instalată de aproximativ 19.000
MW, cu urmatoarea structură: capacitate instalată în centralele termoelectrice de aproape 11.500
MW, în centralele hidroelectrice de aproape 6.300 MW și în centrala nuclearoelectrică de la Cernavodă
de peste 1.400 MW. Capacitatea instalată în centralele termoelectrice pe cărbune este
de aproape 7.000 MW și în centralele termoelectrice pe hidrocarburi de circa 4.500 MW.

Impactul asupra mediului este foarte ridicat pentru termocentrale, ceea ce creează premisele pentru o
mai mare at enție acordată variantei de generare nucleară sau din resurse regenerabile. România are o
singuă companie generatoare de energie nucleară, la Cernavodă , care opereazä in prezent douä
generatoare cu o capacitate instalată de 1,4 TW. Compania generatoare de energie hidroelectrică,
Hidroelectrica, are o capacitate instalatä de 6,3 TW.
În continuarea celor menționate la secțiunea anterioară, conform Programului Național de Dezvoltare
(PND), cele mai multe capacități de generare, circa 82% au fost instalate in p erioada 1970 -1980 si au
peste 25 de ani de functionare. De altfel, conform POS Competitivitate, doar 10% din capacitatea
instalată în termocentrale a fost modernizată în ultimii ani.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

9

Un element important în sprijinirea dezvoltării hidrocentralelor il repr ezintă creșterea securitații
energetice. Importurile de energie electrică în ultimii ani, ale României au reprezantat 40% din totalul
resurselor energetice.
În raportul de cerere -oferta pe piața internă de energie nu există probleme la momentul actual, în să
creșterile de capacitate sunt necesare datorită mai multor factori cum ar fii:

 Rata anuală de creștere a consumului prognozată pentru următoarea perioadă de timp este de 3%

 Fenomele meteo extreme pot induce o volalitate crescută a producției de energ ie electrică
România este departe de își valorifica, la potențial maxim, resursele de energie regenerabilă de care
dispune.

1.2.2 Cererea de energie electrică

Nivelul activității economice, descris cel mai adecvat de rată reală de creștere a PIB, este cel mai
relevant factor de prognoza a cererii viitoare de energie electricä. Relația dintre cele două variabile nu
este, totuși, liniară, existând și alți factori complementari, modificarea structurii producției interne
exprimată prin ratele relative de creștere a le sectoarelor intensive în energie și, respectiv, neintensive,
evoluția prețurilor la energie și combustibili, evoluția gradului de intensitate energetică a economiei,
ceea ce face că prognoza cererii de energie electricä să fie un proces dificil. Este su ficient sä
menționăm, în acest sens, faptul că rată de creștere reală a PIB -ului a depășit -o pe cea a consumului de
energie electrică în raport de 2:1 în ultima decadă.

Chiar și în condițiile unei reduceri semnificative a ritmului de creștere a consumului de energie
electrică pe termen scurt, prognozele guvernamentale indică un decalaj pe termen mediu între rată de
creștere a consumului, pe de o parte, producția de energie, pe celaltă parte.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

10

2. Energia si mediul

2.1. Formele de energie

Energia se găsește în natură sub formă de energie primară: energia combustibililor fosili, energie
hidraulică a apei, energia eoliană, energia geotermică, energia solară, energia nucleară. Aceste forme de
energie primară își au originea în energia nuclea ră, sau materia însăși.
Omul utilizează energia sub mai multe forme, diferite de forma în care se găsește energia în natură,
numite forme de energie utilă sau finală, ca: energia termică – căldura, energia luminoasă – lumina,
energia mecanică – lucru mecan ic. . Energia electrică este o formă de energie intermediară ușor de
transportat, și care ajută la procesul de transformare a energiei primare în energie finală.
Calități ale energiei electrice:
– toate formele de energie primară pot fi ușor convertite în energie electică
– energia electică este ușor de controlat și transportat
– este ușor de transformabilă în orice formă de energie.

Figura.2 .1 Structura unui lanț energetic

Din punct de vedere al sistemului fizic căruia îi aparține, există:
– energie hidrau lică, care, la rândul ei, poate proveni din energia potențială a căderilor de apă și
mareelor, sau din energia cinetică a valurilor;
– energie nucleară, care provine din energia nucleelor și din care o parte poate fi eliberată prin
fisiunea sau fuziunea lor;
– energie de zăcământ, care este energia internă a gazelor sub presiune acumulate deasupra
zăcămintelor de țiței;
– energie chimică, care este dat de potențialul electric al legăturii dintre atomii moleculelor,

– energie de deformație elastică, care este energ ia potențială datorită atracției dintre atomi;
– energie gravitațională, energia potențială în câmp gravitațional.
SURSE DE
ENERGIETEHNOLOGII DE
TRANSFORMARETEHONOLOGII
PENTRU SERVICIISERVICII PENTRU
OM

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

11

După sursa de proveniență, poate fi: energie stelară, solară, a combustibililor, hidraulică, eoliană,
geotermală, nucleară.
După faptul că urmează sau nu un ciclu se clasifică în:
 energie neregenerabilă,adică energia obținută din resurse epuizabile, cum sunt considerati
combustibilii fosili și cei nucleari;
 energie regenerabilă, prin care se înțelege energia obținută de la Soare, energie considerată
inepuizabilă, sub formă de energie electrică (conversie directă), termică (încălzire directă),
hidraulică, eoliană, sau cea provenită din biomasă. .

2.2. Energia regenerabilă

Energiile regenerabile sunt considerate în practică, energii le care provin din surse care se regenerează
de la sine în scurt timp, sau sunt surse inepuizabile. Energia regenerabilă se referă la forme de energie
produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Energia apelor
curgătoare, energia luminii solare, energia vântului, energia proceselor biologice și a căldurii
geotermale pot fi captate utilizând diferite procedee.

Sursele de energie nereînoibile includ energia nucleară și energia generată prin arderea combustibilil or
fosili, cum ar fi țițeiul, cărbunele și gazele naturale. Aceste surse sunt limitate la existența zăcămintelor
și sunt considerate negenerenabile.

Dintre sursele reg enerabile de energie fac parte:
 energia eoliană – energie de vânt
 energia solară
 energia apei:
 energia hidraulică, energia apelor curgătoare
 energia mareelor, energia flux/refluxului mărilor și oceanelor
 energie potențială osmotică
 energia geotermică, energie câștigată din căldura de adâncime a Pământului
 energie de biomasă: biodiesel, bioetanol, biogaz

Toate aceste forme de energie regenerebile sunt, în mod tehnic, valorificabile putând servi la generarea
curentului electric, producerea de apă calde, etc. Actualmente ele sunt în mod inegal valorificate, dar
există o tendință certă și concretă care arată că se investește insistent în această, re lativ nouă, ramură
energetică.

2.2.1 . Energia eoliană

Energia eoliană este energia vântului , o formă de energie regenerabilă . La început energia vântului era
transform ată în energie mecanică . Ea a fost folosită de la începuturile umanității ca mijloc de propulsie
pe apă pentru diverse ambarcațiuni iar ceva mai târziu ca energie pentru morile de vânt . Ele au evoluat

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

12

ca putere de la 25 -30 KW la început până la 1500 KW (anul 1988), devenind în același timp și loc de
depozitare a materialelor prelucrate. Turbinele eoliene moderne transformă energia vântului în energie
electrică producând între 50 -60 KW (diametre de elice începând cu 1m) -2-3MW putere (diametre de
60-100m), cele mai multe generând între 500 -1500 KW.

Energia eoliană este generată prin transfe rul 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 z one 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 produ ce 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. În puține zone ale
Pământului există vânturi având viteze constante de această valoare, deși vânturi mai puternice se pot
găsi la altitudine mai mare și în zonele oceanice.

Figura.2.2 Turbine eoliene

2.2.2 . Energia solară

Energia solară se utilizează pentru producerea energiei electrice pe mai multe filiere. Astfel în
heliocentrale se produce căldură și apoi abur prin evaporarea apei, în continuare producându -se energie
electrică pe calea clasică a centralelor termoelectri ce. Dar există și instalații fotovoltaice (FV) de
producere a energiei electrice, echipate cu fotocelule sau generatoare termoelectrice ori termoionice.
Energia solară este energia emisă de Soare, fiind o sursă de energie regenerabilă aceasta poate fi
folosită să:

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

13

 genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)
 genereze electricitate prin centrale termice solare (heliocentrale)
 încălzească clădiri, direct
 încălzească clădiri, prin pompe de căldură
 încălzească clădiri și să producă apă caldă de co nsum prin panouri solare termice

Instalațiile solare sunt de două tipuri: termice și fotovoltaice.

Figura.2. 3 Panou solar

2.2.3 . Energia geotermică

Energia geotermică este o formă de energie regenerabilă care se obține din căldura aflată în interiorul
Pamântului. Apa fierbinte și aburii, captați în zonele cu activitate vulcanică și tectonică, sunt utilizați
pentru încălzirea locuințelor și pentru producerea electricității.

Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite pentru transformarea puterii apei geotermale
în electricitate: uscat, flash și binar, depinzând după starea fluidului: vapori sau lichid, sau după
temperatura acestuia.
 centralele uscate au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizează abur din izvor ul
geotermal.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

14

 centralele flash sunt cele mai răspândite centrale de azi. Ele folosesc apa la temperaturi de 182
°C (364 °F) , injectând -o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață.
 centralele cu ciclu binar diferă față de primele două centrale, di ferența dintre acestea este; apa
sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina, respectiv generatorul electric, iar
apa folosită atinge temperat uri de până la 200 °C (400 °F).

Figura. 2.4 Centrală geotermală

2.2.4 . Energie hidraulică

Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apă) de a efectua un lucru mecanic la trecerea
dintr -o poziție dată în altă poziție (curgere). Datorită circuitului apei în natură, întreținut automat de
energia Soarelui, en ergia hidraulică este o formă de energie regenerabilă.

Energia hidraulică este o energie mecanică formată din energia potențială a apei dată de diferența de
nivel între lacul de acumulare și centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mișcare. Exp loatarea
acestei energii se face actualmente în hidrocentrale, care transformă energia potențială a apei în energie
cinetică. Aceasta e apoi captată cu ajutorul unor turbine hidraulice care acționează generatoare electrice
care în final o transformă în ene rgie electrică. Tot forme de energie hidraulică sunt și energia cinetică a
valurilor și a mareelor.

Hidrocentrale
O hidrocentrală utilizează amenajări ale râurilor sub formă de baraje, în scopul producerii energiei
electrice. Potențialul unei exploatări h idroelectrice depinde atât de cădere, cât și de debitul de apă
disponibil. Cu cât căderea și debitul disponibile sunt mai mari, cu atât se poate obține mai multă energie
electrică. Energia hidraulică este captată cu turbine.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

15

Microcentrale și picocentrale hidraulice
Prin microcentrală hidraulică se înțelege o hidrocentrală cu puterea instalată de 5 – 100 kW, iar o
picocentrală hidraulică are o putere instalată de 1 – 5 kW. O picocentrală poate alimenta un grup de câteva
case, iar o microcentrală o mică așezare.

Deoa rece consumul de curent electric are variații mari, pentru stabilizarea funcționării se pot folosi baterii
de acumulatori, care se încarcă în momentele de consum redus și asigură consumul în perioadele de vârf.
Datorită faptului că curentul de joasă tensiu ne produs de generatorul microcentralei nu poate fi transportat
convenabil la distanță, acumulatorii trebuie plasați lângă turbină. Este nevoie de toate componentele unei
hidrocentrale clasice – mai puțin barajul – adică sistemul de captare, conductele de aducțiune, turbina,
generatorul, acumulatori, regulatoare, invertoare care ridică tensiunea la 230 V, ca urmare costul unei
asemenea amenajări nu este mic și soluția este recomandabilă doar pentru zone izolate, care nu dispun
de linii electrice.

Microcen tralele se pot instala pe râuri relativ mici, dar, datorită fluctuațiilor sezoniere de debit ale
râurilor, în lipsa barajului debitul râului trebuie să fie considerabil mai mare decât cel prelevat pentru
microcentrală.

Pentru o putere de 1 kW trebuie pen tru o cădere de 100 m un debit de 1 l/s. În practică, datorită
randamentelor de transformare, este nevoie de un debit aproape dublu, randamentul uzual fiind puțin
peste 50 %.

Figura. 2.5 Hidrocentrală

2.2.5 Energie de biomasă

Energia înglo bată în biomasă se eliberează prin metode variate, și reprezintă procesul chimic de ardere
(transformare chimică în prezența oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic).

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

16

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură, inclusiv
substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și partea biodegradabilă a
deșeurilor industriale și urbane.

Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceast a include absolut toată
materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii.
Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului.

2.3. Sistem energetic

Sistemul energetic poate fi considerat ca un subsistem al mediului natural, de unde își extrage el toată
energia primară și cuprinde ansamblul activităților de producere și distribuție a energiei de toate
formele, organizate pe un anumit teritoriu.

Subsisteme ale sistemului energetic:

 Sistemul energetic al petrolului (SEP)
 Sistemul energetic al cărbunilor (SEC)
 Sistemul energetic al gazelor (SEG)
 Sistemul electoenergetic (SEE)

Concumatorii de energie pot fi de două tipuri: consumatori de energie primară și consumatori de
energie secundar ă.

Figura 2. 6 Structura energiei electrice după tipul de energie primară folosită

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

17

Energetica este o ramură a științei care se ocupă cu:

 studiul surselor și resurselor de energie din punct de vedere al potențialului lor energetic și al
importanței economice;
 studiul metodelor de transformare a energiei primare în alte forme de energie, utilizate de
către diferitele categorii de consumatori;
 studiul cererii de energie în ansamblu și pe diferitele forme d e energie;
 studiul proceselor de utilizare a energiei, mai ales în legătură cu utilizarea rațională a acesteia;
 studiul formării, dezvoltării, funcționării și exploatării sistemelor energetice.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

18

3. Microhidrocentrale

Conversia energiei hidraulice în ene rgie electrică nu este poluant ă ,presupune cheltuieli relativ mici de
întretinere, nu existã probleme legate de combustibil si constituie o solutie de lungă durat ă.

Centralele hidroelectrice au cele mai reduse costuri de exploatare s i cea mai mare duratã de viatã în
comparatie cu alte tipuri de centrale electrice. Existã o experientã de peste un secol în realizarea si
exploatarea CHE, ceea ce face ca ele sã atingã niveluri de performantã tehnicã si economicã foarte
ridicate.

Aceste surse de energie electrică contribuie la o mai complectă exploatare a resurselor hidraulice, și se
pretează foarte bine unei producții descentralizate a energiei electrice.

Microcentralele sunt considerate în general central hidroelectrice c u puteri instalate în jur de 10MW.
Deobicei această limită poate să difere chiar în limite largi de la o zonă la alta, de exemplu între 0,5 și
50MW, în funcție de capabilitatea, de amenajarea și exploatarea resurselor hidrotehnice.

Producția mondială anu ală de energie electrică obținută în MHC este estimată la aproximativ
100.000GWh. Microhidrocentralele sunt considerate parte din cadrul soluțiilor noi de producere a
energiei electrice, și se încadrează în categoria surselor regenerabile.

3.1 Clasificarea MH C

Clasificarea se poate face după căderea disponibilă pentru utilizare, determinată de tehnologia
posibilă pentru transformarea energiei hidraulice în energie mecanică, adică de turbinele hidraulice
(turbina hidraulică fiind o mașină hidraulică, a cărei caracteristici energetice sînt determinate de
legile hidraulicii), după tehnologia de utilizare a energiei hidraulice și după modul de încadrare în
SEN.

După căderea disponibilă pentru utilizare, se împart în următoarele categorii, cu mențiunea că nici
aceste limite nu sunt foarte rigide:

– MHC de mare cădere, avînd următoarele caracteristici principale:
– cădere: > 50 (… 2000) m
– debit instalat: mic
– echipare tipică cu turbine hidraulice de tip: Pelton, Turgo, Francis
– mod de utilizare: CHE de vîrf, grad de utilizare < 30 %
– MHC de cădere medie, avînd următoarele caracteristici principale:
– cădere: 15 -50 m
– debit instalat: mediu -mare
– echipare tipică cu turbine hidraulice de tip: Francis, Kaplan, Turgo, Bánki
– mod de utilizare: CHE de semivîrf sau de bază (grad de utilizare 30 -50 %)

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

19

– MHC de cădere mică, avînd următoarele caracteristici principale:
– cădere: < 15 m
– debit instalat: mare
– echipare tipică cu turbine hidraulice de tip: Kaplan, cu bulb, Bánki
– mod de utilizare: CHE de bază (grad de utilizare > 50 %)

După modul de încadrare în SEN, MHC se împart în două categorii:
– racordate la SEN
– locale sau insulare (izolate), neracordate la SEN

Figura 3.1 – cu deviaț ie

Figura 3. 2- fară deviaț ie

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

20

3.2 Amenajările MHC

3.2.1 Construcții pentru reținerea apei

Barajele sunt construcții hidrotehnice, amplasate transversal pe valea unui curs de apă, care obligă apa,
posedând energie hidraulică, să treacă spre hidroagregate. Barajele îndeplinesc unul sau mai multe din
următoarele roluri:
-ridicarea înălțimii apei în amonte de baraj și realizarea sau mărirea căderii de apă;
-devierea unui curs de apă sau a unei parți din debitul acesteia, atunci când aceasta nu se utilizează
integral;
-relizarea unei acumulări pentru regularizarea debitului;

Clasificarea barajelor:
 După scopul urmarit:
 baraje de acumulare de mare înălțime , care creează lacuri de acumulare de mare capacitate cu
scopul de a realiza regularizarea debitelor, atenuarea viiturilor, satisfacerea nevoilor de apă ale
consumatorilor in dustriali și agricoli (Bicaz, Vidraru -Argeș, Mărișelu -Someș, Vidra -Lotru, etc.)
 baraje de retenție (de derivație), de mică înălțime, care realizează ridicarea nivelului apei în
măsura necesară pentru ca apa să poată fi derivată pe o aducțiune (Oiești, Vad uri, Piatra Neamt,
etc.). Volumele de apă acumulate în lacurile create de aceste baraje sunt mici și nu permit
regularizări de durată.
 După materialul din care sunt executate executate:
 din lemn;
 din pământ (materiale locale);
 din anrocamente (materiale l ocale) și zidărie uscată;
 din zidărie din piatră;
 din beton sau beton armat;
 metalice fixe sau mobile;
 După modul în care preiau diversele solicitări și le transmit terenului de fundație:
 baraje de greutate: construcții masive din beton armat care transmi t terenului de fundație sarcinile
preluate din diversele încărcări cu ajutorul greutații proprii. Stabilitatea acestor baraje la
răsturnare și alunecare se asigură prin masa lor și prin forțele de frecare care iau naștere între baraj
și terenul de fundație , forțe care sunt direct proporționale cu greutatea barajului.
 baraje arcuite: baraje la care presiunea hidrostatică a apei (principala încărcare) este preluată de
către o membrană din beton, de grosime variabilă, curbată atât în plan orizontal cât și în p lan
vertical și care lucrează ca o structură complexă în spațiu. Transmiterea eforturilor către versanți
și trenului de fundație se face în plan orizontal prin intermediul arcelor, iar în plan vertical prin
cel al consolelor;
 baraje evidate și cu contrafor ți: baraje la care golurile provenite din lărgirea rosturilor devin mult
mai mari și care preiau presiunea apei din contraforți pe care se reazămă elementele de retenție
și care transmit sarcina terenului de fundație;

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

21

 baraje descompuse: – baraje alcătuite din elemente de retenție de diferite forme (plăcil, bolți,
cupole, etc), care preiau presiunea apei i,și din contraforți,, pe care se reazemă elementele de
retenție și care i transmit sarcina terenului de fundație.

Realizarea condițiilor funcționale: se are în vedere la alegerea soluțiilor iconstructive ale barajului și iîn
primul rând la alegerea amplasamentului acestuia. Astfel, rolul funcțional al barajelor indiferent de
tipul lor este:
 să realizeze cu minimum de cheltuieli condițiile de nivel și volum de apă idorite de
beneficiar;
 să permită tranzitarea din amonte în aval în condiții de siguranță a ă debitelor
maxime din perioadele de ape mari (prin deversoare);
 să preia și să transmită terenului de fundație sarcinile permanente și accidental e în
condiții de siguranță a stabilității construcției;
 să asigure golirea în timp relativ scurt a lacului de acumulare pentru necesități de
revizii sau reparații;
 să asigure stabilitatea construcției în cele mai defavorabile ipoteze de funcționare;
 să as igure impermeabilizarea cât mai bună a terenului de fundație ie și a cuvetei
lacului, pentru a nu se produce pierderi de apă din lac;
 să asigure funcționarea normală în orice moment a tuturor echipamentelor
hidromecanice cu care este prevăzut barajul hid

La proiectarea unui baraj este necesar luarea în considerare a tuturor eforturilor la care este supus
acesta, precum și caracteristicile solului pe care este amplasat. Se urmărește determinarea dimensiunilor
barajului (grosime, formă) și a materialelor de construcție astfel încât să reziste în bune condițiuni la
cele mai dificile solicitări.

Figura.3.3 Moduri de preluare a solicitărilor și de transmiterea lor fundației

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

22

3.2.2 Derivații

Prizele de apă reprezintă totalitatea construcțiilor și instalațiilor care servesc la introducerea în
aducțiune a debitului instalat. La prizele de folosință energetică, apa captată trebuie să fie lipsită de
debit solid , de impurități (frunze, crengi, plutitori), de za i și de gheață.
Prizele trebuie să îndeplinească următoarele funcții:
 să rețină plutitorii;
 să împiedice intrarea în aducțiune a aluviunilor târâte
 să asigure spălarea depunerilor;
 să permită reglarea debitului derivat

Canalele de aducțiune sunt constr ucții hidrotehnice care asigură transportul apei cu nivel liber, fiind
utilizate ca aducțiuni la centralele hidroelectrice, în domeniul alimentărilor cu apă, al irigațiilor, al
navigațiilor, etc. De multe ori funcțiile unui canal se cumulează, în sensul că este utilizat și pentru
producerea de energie și pentru alimentări cu apă apă, irigații etc.
Canalele se execută în săpătură sau în umplutură față de terenul natural, iar pentru reducerea pierderilor
se iau măsuri de căptușire și impermeabilizare.

Castelele de echilibru dispuse pe traseul derivațiilor sub presiune, la întâlnirea dintre conducta forțată și
aducțiune, au ca rol:
-amortizează oscilațiile hidrodinamice provenite de la regulatoarele turbinei;
-debitează suficientă apă în conducta forțată la pornirea turbinelor; ;
-să permită vizitarea galeriilor și să servească drept organ de racord în caz că centrala este
alimentată cu mai multe captări;

Figura 3.4 Scheme de amenajare a CHE în derivație

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

23

3.2.3 Amenajări auxiliare

Canalele de evacuare a apelor de viitură, îndeplinesc simultan mai multe funcțiuni:

– racordează curentul evacuat de ultima lucrare transversală din aval cu curentul din pârâul colector
– regularizează sau consolidează porțiunea din rețeaua hidrografică torențială unde este amplasat;
– evacuează dirijat (controlat) apele torențiale încărcate cu aluviuni, înlăturând pericolul inundațiilor și
protejând obiectivele periclitate;
– refac peisajul alterat de proces!e torențiale,înfrumusețând zona aferentă.

Scara de pești este o construcție hidrotehnică executată în porțiunea de separație a două zone, cu nivel
diferit, ale unui curs natural de apă, pentru a face posibilă trecerea peștilor din zona aval în zona
amonte. Scările de pești sunt constituie din jgh eaburi (scocuri), de zidărie sau de lemn, din bazine
așezate în scară.

3.3.3 Turbine hidraulice

Turbina hidraulică -transformă energia hidraulică în energie mecanică. Acestea au randamentele cele mai
ridicate (în comparație cu alte tipuri de turbine) și au urmatoarele caracteristici:

 prelucrează caderi cuprinse între 1m și 2400m și debite cuprinse între 0.1 m3 /s și 900m3/s
 sunt ma șini fiabile, cu durata de viață de peste 50 de ani
 au elasticitate î n funcționare în condiții de variație a debitului, puterii și turației
 pot fi pornite și încărcate la capacitate optimă într -un timp foarte scurt, de aceea sunt capabile să
facă servicii de sistem.

Elementul -cheie al centralei este turbina hidraulică. Pen tru echiparea MHC se folosesc mai multe tipuri
de turbine hidraulice. Turbinele hidraulice se împart în două mari categorii: cu acțiune sau de impuls și
cu reacțiune:

▪ turbine cu acțiune ( impuls ), transformă în stator întreaga cădere netă în înalțime cinet ică, pe
care o transformă în rotor în energie mecanică, iar presiunea la intrarea în cupele rotorului este
egală cu cea de la ieșire și anume presiunea atmosferică (ex. Banki, Pelton –turbine cu cupă).

▪ turbine cu reacțiune (cu suprapresiune), care primesc energia hidraulică preponderent potențială,
iar presiunea la intrarea în rotor este mai mică decât la ieșire (ex. Francis, Kaplan, Propeller –
elicoidal, axiale bulb, axial -concentrice).

Turbinele cu reacțiune sunt compuse din:

carcasă spirală (melc) – face legătura între vana de admisie și statorul turbinei

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

24

stator –distribuie debitul uniform pe periferia aparatului director
aparat director (distribuitor) – distribuie uniform debitul pe periferia rotorului și asigură unghiul
optim de intrare corectă a apei î n rotor
rotor -organ principal al turbinei, transformă puterea hidraulică în putere mecanică la arborele
pe care este montat rotorul (imprimă o mimă mișcare de rotație acestora)
aspiratorul -permite devierea curentului de apă din direcție orizontală în dir ecție verticală sau
invers; recuperează parte din energia cinetică a apei sporind randamentul turbinei; evacuează
apa spre canalul de fugă al centralei în condiți hidrodinamice optime.

Clasificarea după turația specifică a turbinei împarte turbinele în patru tipuri:ultralente, lente, normale și
rapide, fiecare tip de turbină având valorile ei maxime/minime de încadrare în aceste categorii.
Rapiditatea influențează forma palelor turbinelor.

După poziția axului, turbinele pot fi:

 cu ax vertical –turbina si generatorul sunt dispuse pe același ax în poziție verticală (pentru
gabarite mari, axul vertical asigură o suspendare static stabilă și o transmitere bună a forțelor la
fundația centralei; lagărele de ghidaj sunt mai simple, montarea și demontarea cu ajutorul
podului rulant este mai ușoară);
 cu ax orizontal – supravegherea este mai ușoară –echipamentele sunt la vedere, generatoarele cu
ax orizontal sunt mai ieftine; dispoziția orizontală permite amplasarea de turbine duble sau
gemene).

După ponderea zonei de curgere a apei pe circumferința rotorului, admisia apei poate fi:

 parțială, când curgerea apei se realizează printr -un singur punct sau mai multe puncte ale
circumferinței rotorului;
 totală, când curgerea apei se realizează în mod uniform pe înt reaga circumferință a rotorului.

După direcția de admisie a apei în rotor, se deosebesc următoarele tipuri de admisie:

 axială, după o direcție paralelă cu axa de rotație a turbinei;
 oblică;
 radială, după direcția razei;
 transversală, când unghiul dintre direcția de admisie și rază este de cel mult 45 ;
 tangențială, când unghiul format dintre direcția de admisie și tangentă este mai mic de 45 .

O categorie aparte o constituie turbina reversibilă sau turbina -pompă, o mașină hidraulică ce poate
lucra în reg im de turbină sau pompă prin inversarea sensului de rotație. Dacă la CHE cu acumulare cu
pompaj mari se utilizează și schema cu pompă și turbină separate, la MHC se utilizează turbina
reversibilă, soluția în ansamblu fiind mult mai ieftină.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

25

3.3.1 Turația specifică
Turația specifică, sau rapiditatea, reprezintă turația cu care s -ar roti turbine respectivă dacă ar funcționa
cu o cădere de 1 m și ar dezvolta o putere de 1 CP (=736 W). Ea se calculează cu formula:

La fiecare amenajare concretă, în funcți e de căderea nominală a apei și puterea estimată a se obține, din
acest tabel se poate alege tipul de turbine cel mai favorabil și se poate comanda turbina. Rapiditatea ei
este un parametru caracteristic care este dat de furnizorul turbinei.

Tabelu l.1 Date de performanță pentru turbine hidraulice

3.3.2 Turbinele Banki

Turbinele Banki sunt turbine cu acțiune care au curgere transversală. Sunt folosite pentru o gamă largă
de căderi, acoperind atât turbinele Kaplan, Francis cât și Pelton. Sunt potrivite în special pentru curgeri

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

26

cu debite mari și caderi mici. Pentru căderi mici, până la 50 m și amenajări de mai mică importanță, se
folosește tu rbina Banki.

Rotorul 1 este compus din două coroane circulare între care se găsesc palele 2, iar admisia apei în
turbină poate fi reglată cu ajutorul clapetei 3. Este singurul tip de turbină la care apa trece de două ori
printre palele rotorice.

Figura 3.5. Digrama turbinei
3.3.3 Turbine Bulb

Turbinele bulb, diferă de celelalte turbine cu reacțiune prin absența carcasei spirale, ceea ce simplifică
drumul apei prin turbină. Turbina bulb se compune dintr -un ajutaj convergent divergent, în al cărui
secțiune minimă este plasat rotorul 1, iar generatorul electric este amplasat în interiorul bulbului
capsu lat 2. Aparatul director 3 are rolul de a regla admisia și de închidere a turbinei.

Căderea maximă turbinată de o turbină Bulb este de 16,5 m (U.H.E. Argentat – Franța), iar puterea
maximă realizată este de 23 MW (U.H.E. Gerstheim – Franța). Aceste turbi ne sunt utilizate pentru căderi
mici, de maximum 16 m, iar în țara noastră sunt utilizate la uzina de la Porțile de Fier II și la cea de la
Turnu Măgurele – Nicopol.

Figura 3.6 Turbina bulb 1. rotor; 2. bulb capsulat; 3. aparat director

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

27

3.3.4 Turbine Dériaz

Turbina Dériaz, este tot o turbină cu reacțiune, utilizată pentru căderi între 30 și 120 m, care are rapiditatea
cuprinsă între 200 și 400. Deoarece viteza apei în rotor are două componente, una radială și una axială,
această turbină se ma i numește turbină diagonală .

Figura 3.7 Turbina Dériaz 1. carcasă spirală; 2. aparat director; 3. rotor; 4. aspirator; 5. arbore.

Elemetele componente ale unei astfel de turbine sunt aceleași ca și la turbina Francis diferind ca formă:
carcasa spirală 1, aparatul director 2, rotorul 3, aspiratorul 4 și arborele turbinei 5. Spre deosebire de
turbinele Francis, turbinele Dériaz au palele rotorice reglabile, ceea ce permite funcționarea cu randament
mare într -o gamă largă de puteri, sau poate funcționa și în regim de pompă, calitate care o face adecvată
pentru amenajări hidroenergetice cu acumulare prin pompaj. Căderea maximă turbionată de o turbină
Dériaz este de 113,4 m (U.H.E. Nikkogawa – Japonia) , cu tendințe de creștere până la 150 m, iar puterea
maximă obținută de o astfel de turbină este 77 MW (U.H.E. Buhtarminsk – Rusia).

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE PÂRÂUL ISOPUL
DE SUS

28