CAPITOLUL 1 ENERGIA ȘI ACTIVITATEA UMANĂ 3

CUPRINS

CAPITOLUL 1

ENERGIA ȘI ACTIVITATEA UMANĂ

În Agenda 21 adoptată la Rio de Janeiro în 1992, în cadrul Conferinței Națiunilor Unite privind Mediul și Dezvoltarea se afirmă că energia este esența dezvoltării sociale și economice, a îmbunătățirii calității vieții, dar toate sursele de energie trebuie folosite în modalități care să respecte atmosfera, sănătatea umană și mediul ca un întreg.

Ca atare, societatea umană trebuie să-și îmbunătățească relația sa cu natura și mediul înconjurător, recunoscând, în același timp, importanța pe care o au resursele naturale asupra dezvoltării economice, evoluției societății și a economiilor, în general.

1.1. Sfera de activitate a energeticii

Energetica este o știință tehnică interdisciplinară, care se ocupă cu studiul metodelor de inventariere și prognoză ale resurselor energetice, a metodelor de prognoză a necesarului de energie, cu metodele de conversie a energiei, dezvoltarea și funcționarea sistemelor de energie, inclusiv cu principiile de conducere ale acestor sisteme, cu metodele și principiile de optimizare a programelor (politicilor) energetice.

Sfera de activitate a energeticii cuprinde:

Energetica surselor noi de energie

Termoenergetica

Ecologia

Electroenergetica

Hidroenergetica

Energetica nucleară

Energetica industrială

Energetica agrară

Industria combustibililor

Energetica edilitară (comunală)

Energetica se caracterizează prin unitate, principii și metode proprii, după cum urmează:

a) Fundamentul material al dezvoltării energetice al unei țări îl reprezintă resursele energetice epuizabile și regenerabile;

b) Necesarul de energie se stabilește în funcție de ritmul, nivelul și structura dezvoltării societății și se corelează cu prognoza resurselor;

c) Balanța de combustibil a unei țări, inclusiv importul și exportul, trebuie să fie fundamentată economic pe baza celor mai actuale tehnici de optimizare;

d) Energetica reprezintă un complex sistem tehnic extins pe teritorii geografice întinse;

e) Fiabilitatea sistemelor de energie se asigură prin dimensionare a judicioasă a configurații lor, rezervelor și stocurilor;

f) Compatibilitatea sistemelor de energie cu mediul natural și social asigură o integrare armonioasă în natură și societate;

g) Interdependența caracterului sistemic al energeticii și a formelor organizatorice;

h) La o creștere cvasiliniară a producției de energie corespunde o creștere exponențială a volumului de informații înmagazinat în documentații tehnice și economice, care să asigure progresul tehnologic în energetică. Energetica viitorului va fi energetica noilor tehnologii;

i) Sistemele de energie sunt sisteme eterogene și se conformează legii entropiei;

j) Dezvoltarea sistemelor și subsistemelor amplifică fluxul de informații și interdependențe, ceea ce impune organizarea unui sistem suprapus informațional, ierarhic organizat și coordonat de un dispecer energetic național;

k) Dezvoltarea energetică a unei țări trebuie să se bazeze pe programe energetice fundamentate economic, care să țină seama de posibilitățile energetice, materii prime, implicațiile ecologice, nivel de dezvoltare, influența asupra transporturilor, a factorului timp, inclusiv a energiei, materiei prime și volumului de informații încorporate în fiecare program. Funcția de eficiență a programului se realizează prin aducerea la echivalență a programelor care se compară din punct de vedere economic, energetic, al fiabilității, ecologic, al consumului de materii prime, al volumului de informații pe care-l necesită.

Orice program energetic, pentru a fi realizat și făcut operațional, necesită un volum mare de materiale, de energie, apă, informație, iar industriile aferente ocupă suprafețe mari de teren și afectează mediul înconjurător.

Exprimând valoric toate aceste componente, pentru compararea variantelor se apelează la metode economice de comparație, dintre care cea mai utilizată este metoda cheltuielilor totale actualizate (CTA), alegându-se varianta care are cheltuielile actualizate minime:

CTA = optim (apă, aer, materie primă, energie, sol, informație)

1.2. Resurse energetice epuizabile și regenerabile

Resursele energetice reprezintă fundamentul material al politicii energetice a unei țări, premisa studiilor de dezvoltare energetică.

Excedentele sau deficitele de resurse energetice, conjugate cu necesitățile dezvoltării economice, trebuie să fundamenteze importurile sau exporturile de energie, o țară în curs de dezvoltare poate deveni într-un termen istoric scurt, dintr-o țară exportatoare o țară importatoare.

Ritmurile de creștere ale consumului de energie la scara economiei naționale trebuie să fie asigurate de resursele de energie primară (energia recuperată din natură) : cărbuni, țiței și derivatele sale, gaze naturale, energie hidraulică, lemn, uraniu natural. Energia sub formă naturală pentru a fi transformată în energie utilă (mecanică, chimică, lumină, căldură, etc.) trebuie să treacă prin următoarele trepte: extracție și îmbogățire, transformare în forme superioare în vederea transportului și consumului.

Având în vedere randamentele relativ scăzute ale proceselor de transformare, pierderile în domeniul transportului, cu toate progresele care s-au realizat în ultima perioadă, randamentul de utilizare al resurselor energetice este cuprins între 40-50%.

Disponibilitățile energetice ale omenirii sunt determinate de energia stocată în decursul evoluției planetei noastre sub formă de combustibili fosili (fotosinteza preistorică) sau combustibili nucleari și de energia regenerabilă (reînnoibilă), generată în flux continuu de soare (fig. 1.1.).

Fig.1.1. Schema fluxurilor de energie trecute și prezente

Conectarea marilor consumatori de energie la energiile stocate grăbește epuizarea acestor stocuri. Indiferent dacă termenul de epuizare este de ordinul deceniilor pentru hidrocarburi, sau de ordinul secolelor pentru cărbuni, la scara istoriei sunt termene scurte, care trebuie să determine căutări în vederea atragerii în cantități tot mai mari a energiilor regenerabile în circuitul economic.

Trecerea de la consumul de energie din stocuri la consumul de energie din surse energetice practic infinite trebuie să fie susținută de profunde inovări tehnologice, care să asigure o valorificare economică și fiabilă a energiilor regenerabile.

1.3. Dezvoltarea energetică actuală a societății

1.3.1. Scurt istoric al energiei

În perioada de început a omenirii singura sursă de energie, pe scară largă, de care omul putea să dispună, în afară de forța umană sau animală, era soarele, singurul care putea să furnizeze lumină și căldură. Descoperirea focului, utilizat pentru prepararea hranei, pentru încălzire în perioadele reci, precum și îmbunătățirea progresivă a tehnicilor de producere a uneltelor sau armelor, transmise din generație în generație, au permis oamenilor să descopere și alte mijloace mai ușor de folosit. Inventarea roții și utilizarea vântului pentru propulsia nave lor a permis unor popoare să cucerească și să ducă în sclavie alte populații, utilizate în esență ca sursă ieftină de energie pentru diverse lucrări, să descopere noi teritorii și, care în definitiv au servit la dezvoltarea a numeroase civilizații. Sistemele cu roată utilizând forța motrice a cursurilor de apă și a vântului au fost larg utilizate pentru pomparea apei, măcinarea grâului și prelucrarea materiilor prime necesare obținerii materialelor textile. Aceste sisteme au devenit astfel, alături de lemn și cărbune, principalele surse de energie ale antichității și a evului mediu.

Începutul secolului al 18-lea a fost marcat de descoperirea revoluționară a mașinii cu abur, care a permis practic realizarea tuturor tipurilor de lucrări mecanice și repetitive, oricare ar fi fost locul (pe uscat sau pe mare) sau climatul. Primele mașini cu abur aveau un randament foarte scăzut, pentru că nu utilizau în mod real decât mai puțin de 2% din energia folosită, restul de 98% fiind energie pierdută. Alt inconvenient al mașinii cu abur față de sistemele utilizând apa sau vântul este acela că mașina cu abur avea nevoie de combustibil pentru funcționare. Cu cât mașina era mai mare, cu atât ea consuma mai mult. Această constatare a fost cea care a dus la primele cercetări pentru conservarea energiei, conservarea fiind exprimată în creșterea randamentului.

Expansiunea satelor și orașelor facilitată de construcția de căi ferate, a dus la creșterea utilizării cărbunelui drept combustibil. Astfel, în 1900, adică în mai puțin de un secol, producția mondială de cărbune (estimată la 10 milioane tone în 1800) s-a mărit de 100 de ori.

Extracția petrolului a crescut odată cu inventarea motoarelor cu ardere internă și a dus la ameliorarea randamentului energetic a combustibililor fosili. Gazul natural, considerat la început ca un reziduu al extracției petroliere, a devenit ulterior foarte prețios pentru iluminat și încălzit.

Chiar dacă se cunoștea din antichitate comportarea particulelor încărcate cu electricitate, a trebuit să se ajungă la sfârșitul secolului al 19-1ea și să se inventeze motoarele electrice pentru ca electricitatea să fie utilizată la mașini și în locuințe. Această invenție, cuplată cu aceea a bateriilor reîncărcabile, a permis utilizatorului posibilitatea de a efectua diverse tipuri de lucrări absolut independent.

Secolul 20 a fost martorul unor impresionante schimbări tehnologice, dar și a unei creșteri exponențiale pe plan demografic și al consumului de energie. Cursa pentru productivitate industrială sau individuală, utilizarea automobilelor, avioanelor și navelor pentru transporturi, precum și cele două războaie mondiale au afectat sever rezervele de combustibili fosili. Este interesant deceniul 1960/1970 prin creșteri economice accentuate la care a contribuit și oferta mare de energie primară la prețuri avantajoase. Creșterea importantă a consumului de energie și participarea importantă a hidrocarburilor a determinat accentuarea dependenței de import a celor mai multe țări, îndeosebi a celor dezvoltate, de anumite zone ale globului.

Ultimii ani ai celui de-al treilea sfert al veacului XX sunt marcați de izbucnirea crizei petrolului din 1973/1974, însoțită de salturi mari ale prețurilor, recesiune economică, inflație și creșterea șomajului.

Deci, în al treilea sfert al veacului XX două fenomene energetice au avut efecte considerabile: boom-ul petrolier și criza petrolului. Este de remarcat că boom-ul a estompat problema fundamentală a energeticii și anume că se consumă prioritar hidrocarburi, resursă cu rezerve reduse și nu se acționează suficient pentru folosirea cărbunilor și a resurselor reînnoibile.

Criza petrolului din 1973/1974, explozivă prin modul spontan de apariție și a condițiilor care au declanșat-o (războiul arabo-israelian), a relevat dependența aprovizionărilor cu țiței a unei mari părți a lumii de un număr mic de țări, care prin voința lor unilaterală determină oferta și prețul. Țițeiul a devenit astfel o marfă specială, a cărei procurare este condiționată nu numai de legea cererii și a ofertei, ceea ce provoacă mari perturbări socio-economice.

Centralele hidroelectrice și producția de electricitate prin fisiune nucleară au adus un răspuns la creșterea cererii de energie electrică, acestea dublându-se practic la fiecare 10 ani și prețul energiei cunoscând o scădere constantă.

În cursul anilor 1970 și 1980 punctul de vedere general admis a fost că diminuarea prețului energiei s-a produs cu prețul degradării mediului înconjurător. Centralele nucleare de la Three Mile Island și de la Cernobîl au fost teatrul unor accidente grave, menținând convingerea generală că astfel de catastrofe sunt posibile.

1.3.2. Complexitatea factorilor lumii contemporane. Energia într-o lume în schimbare.

În lumea de astăzi omenirea este confruntată cu o triadă de probleme deosebit de

serioase:

creșterea economică;

consumul de energie și de resurse;

conservarea mediului ambiant.

OrigAstfel, în 1900, adică în mai puțin de un secol, producția mondială de cărbune (estimată la 10 milioane tone în 1800) s-a mărit de 100 de ori.

Extracția petrolului a crescut odată cu inventarea motoarelor cu ardere internă și a dus la ameliorarea randamentului energetic a combustibililor fosili. Gazul natural, considerat la început ca un reziduu al extracției petroliere, a devenit ulterior foarte prețios pentru iluminat și încălzit.

Chiar dacă se cunoștea din antichitate comportarea particulelor încărcate cu electricitate, a trebuit să se ajungă la sfârșitul secolului al 19-1ea și să se inventeze motoarele electrice pentru ca electricitatea să fie utilizată la mașini și în locuințe. Această invenție, cuplată cu aceea a bateriilor reîncărcabile, a permis utilizatorului posibilitatea de a efectua diverse tipuri de lucrări absolut independent.

Secolul 20 a fost martorul unor impresionante schimbări tehnologice, dar și a unei creșteri exponențiale pe plan demografic și al consumului de energie. Cursa pentru productivitate industrială sau individuală, utilizarea automobilelor, avioanelor și navelor pentru transporturi, precum și cele două războaie mondiale au afectat sever rezervele de combustibili fosili. Este interesant deceniul 1960/1970 prin creșteri economice accentuate la care a contribuit și oferta mare de energie primară la prețuri avantajoase. Creșterea importantă a consumului de energie și participarea importantă a hidrocarburilor a determinat accentuarea dependenței de import a celor mai multe țări, îndeosebi a celor dezvoltate, de anumite zone ale globului.

Ultimii ani ai celui de-al treilea sfert al veacului XX sunt marcați de izbucnirea crizei petrolului din 1973/1974, însoțită de salturi mari ale prețurilor, recesiune economică, inflație și creșterea șomajului.

Deci, în al treilea sfert al veacului XX două fenomene energetice au avut efecte considerabile: boom-ul petrolier și criza petrolului. Este de remarcat că boom-ul a estompat problema fundamentală a energeticii și anume că se consumă prioritar hidrocarburi, resursă cu rezerve reduse și nu se acționează suficient pentru folosirea cărbunilor și a resurselor reînnoibile.

Criza petrolului din 1973/1974, explozivă prin modul spontan de apariție și a condițiilor care au declanșat-o (războiul arabo-israelian), a relevat dependența aprovizionărilor cu țiței a unei mari părți a lumii de un număr mic de țări, care prin voința lor unilaterală determină oferta și prețul. Țițeiul a devenit astfel o marfă specială, a cărei procurare este condiționată nu numai de legea cererii și a ofertei, ceea ce provoacă mari perturbări socio-economice.

Centralele hidroelectrice și producția de electricitate prin fisiune nucleară au adus un răspuns la creșterea cererii de energie electrică, acestea dublându-se practic la fiecare 10 ani și prețul energiei cunoscând o scădere constantă.

În cursul anilor 1970 și 1980 punctul de vedere general admis a fost că diminuarea prețului energiei s-a produs cu prețul degradării mediului înconjurător. Centralele nucleare de la Three Mile Island și de la Cernobîl au fost teatrul unor accidente grave, menținând convingerea generală că astfel de catastrofe sunt posibile.

1.3.2. Complexitatea factorilor lumii contemporane. Energia într-o lume în schimbare.

În lumea de astăzi omenirea este confruntată cu o triadă de probleme deosebit de

serioase:

creșterea economică;

consumul de energie și de resurse;

conservarea mediului ambiant.

Originea acestor probleme a fost faptul că, după revoluția industrială, evoluția către

amplificarea resurselor și energiei a condus la :

producția de mare amploare;

consumul de mare amploare;

eliminarea de deșeuri de mare amploare .

Ignorarea în continuare a acestor caracteristici ale civilizației contemporane poate conduce la degradarea ireversibilă a umanității pe parcursul câtorva secole.

Pentru găsirea unei soluții este important ca scara de preocupare să fie internațională. Amploarea problemelor energetice ale lumii de astăzi și evoluția acestora în perspectiva anului 2020, au fost evaluate de Consiliul Mondial al Energiei. Astfel, în contextul creșterii populației globului de la 6 miliarde de oameni în prezent la circa 8 miliarde în anul 2020 și al unei dezvoltări economice globale cu un ritm anual de creștere de 1,6-2,4%, cererea de energie va înregistra o creștere globală cu 65-95% până în anul 2020 caracterizată prin următoarele date:

consumul zilnic de petrol din anul 2020 va ajunge la circa 90 milioane barili (l baril = 0,136 t), crescând cu circa 27 milioane barili/zi (producția OPEC în prezent);

extracția de cărbune se va dubla, atingând circa 7 mld.tone/an;

cererea anuală de gaze naturale va fi de peste 2 ori mai mare ca în prezent, ajungând la cca. 4000 mld. m3;

90% din creșterea capacității de generare a energiei va avea loc în țările în curs de dezvoltare, în special din Asia și America Latină;

țările în curs de dezvoltare care consumă azi 30% din energia totală a lumii vor consuma 50% în anul 2020 și vor produce până în același an mai mult CO2 prin arderea combustibilului fosil, decât a produs întreaga lume industrializată în 1990;

în anul 2020 circa 73% din rezervele de petrol ale lumii și 72% din rezervele de gaze naturale vor fi probabil concentrate în numai două zone majore: Orientul Mijlociu și Confederația Statelor Independente (fosta URSS).

În acest context situația generală a energiei în lume este de creștere a cererii, în special în Asia și America Latină, asociată cu producții corespunzătoare.

Asigurarea cu combustibili fosili a fost abundentă și relativ ieftină până la sfârșitul secolului XX. Astfel, petrolul costa în 1995 numai 30% din costul din anul 1980. În anul 2000 avut loc o nouă escaladare a prețului petrolului, noua criză petrolieră conducând la noi perturbări majore socio-economice. Prin urmare, scena aparent stabilă a asigurării cu combustibil ascunde o instabilitate de un potențial considerabil, piața petrolului fiind fragilă datorită factorilor politici și acțiunilor militare, așa cum criza petrolieră din toamna anului 2000 precum și cea din vara anului 2006 au demonstrat.

Rezervele de combustibili fosili (apreciate la cca. 40 de ani pentru petrol, 70 de ani pentru gaze naturale și cca. 250 de ani pentru cărbune) dau impresia de abundență.

Planificarea sistemelor energetice pentru secolul al XXI-lea va necesita, într-o proporție mai mare decât astăzi, resurse nefosile de energie (regenerabile și nucleare), complementare combustibililor fosili.

Rezervele de uraniu sunt considerate ca abundente. Rezervele totale de energie regenerabilă, exclusiv hidroenergia și biomasa, reprezintă circa 20% din consumul mondial actual de energie. Progresul foarte lent al dezvoltării și instalării, în special al energiei solare și eoliene din țările în curs de dezvoltare, se datorează costurilor ridicate și lipsei ajutorului guvernelor respective.

Se cunoaște faptul că sistemele energetice se pot schimba lent, proiectele energetice având, de regulă, termene lungi de realizare. În această situație, acțiunea de schimbare – în special pentru dezvoltarea și instalarea unor forme de energie regenerabilă (solară, biomasă, eoliană, etc.), cât și pentru revitalizarea dezvoltării în domeniul nuclear, prin care să se asigure complementaritate față de utilizarea energiei fosile, prevăzută a crește masiv în viitor – trebuie să înceapă acum.

Congresul Mondial al Energiei ținut la Tokio în 1995 a sesizat că omenirea este înclinată să mențină predominantă utilizarea combustibililor fosili pentru multe decenii ce vor urma și nu este entuziasmată de o dezvoltare nucleară imediată. Cu excepția progresului înregistrat în Asia, se consideră improbabil ca sectorul nuclear să crească semnificativ până când tehnologia nu dovedește că întregul ciclu al combustibilului, inclusiv tratarea deșeurilor nucleare, este inofensiv și acceptat public, și preferința nu se întoarce către o industrie care încă este marcată de sindromul Cernobîl.

Consumul anual mondial de energie primară, în anul 2020, defalcat pe grupări mari de state, este prezentat în fig.1.2. Se remarcă faptul că doar în zonele OECD, ex-URSS și CEE este stăpânită creșterea de energie primară, cu maximum 20-25% în 30 de ani. Lumea a treia este marcată de o creștere importantă a consumului, pentru a face față exploziei populației și eforturilor de ieșire din starea prezentă de sărăcie.

Consumul de energie din fig.1. 2. este exprimat în Gtep (giga tone echivalent petrol).

În privința structurii consumului global de energie primară combustibilii fosili vor acoperi circa % până în anul 2020 și probabil și după. Cel de-al 4-lea sfert, defalcat pe felii se compune din: hidro (6%), nuclear (5%), combustibili „tradiționali și necomerciali” în lumea a treia (bălegar și vreascuri) (10%), reînnoibile și „noi” (2%). Energia nucleară va avea o contribuție crescătoare la acoperirea consumului mondial de energie electrică, condiționat de atenuarea sindromului de respingere manifestat de opinia publică, în ciuda efectului ecologic benefic pe care îl are această energie, prin reducerea emisiilor de gaze producătoare ale efectului de seră.

Fig. 1.2.

Consumul anual de energie pe locuitor prezintă discrepanțe importante atât de la o țară sau regiune la alta, dar și față de media mondială (1,66 tep/loc. în 1990). Astfel, un locuitor din SUA sau Canada utilizează, în medie, de 20 de ori mai multă energie decât cel din Asia de sud-est și de aproape 5 ori mai multă decât media mondială.

Consumul de energie până în anul 2020 va fi determinat de trei factori principali:

a) un spor total al populației de aproape 3 miliarde, din care 90% în țări în curs de dezvoltare;

b) creșterea economică – odată cu dezvoltarea crește cota parte a consumului pentru transporturi, se reduce cea a consumului în industrie și crește cea afectată conversiei în energie electrică (dezvoltarea sporește gradul de electrificare);

c) eficiența cu care este folosită energia – urmărindu-se evoluția intensității energetice, pentru ca aceasta să se reducă doar ca urmare a unor acțiuni care să micșoreze consumul de energie, fără a afecta în vreun fel calitatea produselor sau serviciilor oferite consumatorilor.

CAPITOLUL 2

INSTALAȚII CLASICE DE TRANSFORMARE ȘI TRANSPORT A ENERGIEI

2.1. Energia primară și modul ei de transformare

Energia cea mai accesibilă omului este energia furnizată de natură, numită și energie primară. Deoarece energia primară nu se poate utiliza în locul, sub forma și în cantitatea existentă, a apărut necesitatea transformării, transportului și stocării ei, direct sau după transformări intermediare.

Asigurarea cu energie a consumatorilor a evoluat în timp pe două direcții principale:

de centralizare a producerii, transportului și distribuției energiei sub formă de sisteme energetice zonale, naționale, etc. (exemple: alimentare a cu energie electrică, cu gaze naturale, cu benzină, etc.)

de descentralizare a producerii, transportului și distribuției energiei prin realizarea de unități locale amplasate lângă consumatori (exemple: încălzirea locuințelor, alimentarea cu energie termică a întreprinderilor industriale, etc.)

Fig. 2.1.

În fig.2.1. se prezintă principalele forme de energie primară și posibilitățile lor de transformare în alte forme. Se constată că energia care ajunge la consumatori trece prin una sau mai multe transformări, datorită specificului diferitelor activități omenești.

Formele intermediare de energie cel mai mult folosite sunt energia termică, electrică și mecanică, deoarece până în prezent tehnologiile de conversie sunt mai accesibile și randamentele mai mari.

2.2. Transformarea energiei primare în energie electrică

Transformarea energiei primare în energie electrică a evoluat în direcția centralizării, realizându-se sisteme energetice în structura cărora intră mari centrale electrice de producere a energiei și rețele de transport și distribuție.

Centrala electrică este o instalație tehnologică în care se produce energie electrică și termică folosind energie primară.

2.2.1. Clasificarea centralelor electrice

Centralele electrice se pot clasifica din mai multe puncte de vedere. Cele mai reprezentative sunt:

a) După felul energiei primare folosite :

cu combustibili organici:

– CTE – centrale termoelectrice

– CET – centrale electrice de termoficare (de cogenerare)

– CDE – centrale cu motoare Diesel

– CTG – centrale cu turbine cu gaze

– GMHD – centrale cu generatoare magnetohidrodinamice

cu combustibili nucleari:

– CNE – centrale nuclearoelectrice

cu energie hidraulică:

– CHE – centrale hidroelectrice

– CMM – centrale mareo-motrice

cu energie eoliană:

– CEE – centrale electrice eoliene

cu energie termică a scoarței terestre, a mărilor și oceanelor:

– CGTE – centrale geotermoelectrice

cu energie solară:

– CES – centrale electrice solare

b) După procesul de transformare al energiei :

centrale electrice care folosesc energie termică pe care o transformă în energie mecanică și apoi în energie electrică, numite centrale termoelectrice: CTE, CET, CTG, CDE, CNE, CES

centrale electrice care folosesc energie termică pe care o transformă direct în energie electrică: GMHD

centrale electrice care folosesc energie mecanică primară pe care o transformă în energie mecanică și apoi în energie electrică: CHE, CMM, CEE

centrale electrice care folosesc energie termică primară pe care o transformă în energie mecanică și apoi în energie electrică: CGTE

c) După felul energiei pe care o produce:

centrale electrice care produc numai energie electrică: CTE, CNE, CTG, CDE, CHE, CMM, etc.

centrale electrice care produc și energie electrică și energie termică: CET, CNE, CTG cu termoficare, etc.

d) După modul de participare la acoperirea curbei de sarcină în sistemul energetic:

centrale electrice de bază (durata de utilizare 6000-7500 h/an)

centrale electrice de semibază (4000-6000 h/an)

centrale electrice de semivârf (2000-4000 h/an)

centrale electrice de vârf (sub 2000 h/an)

2.2.2. Centrale termoelectrice

Centralele termoelectrice produc energie electrică, sau energie electrică și termică, prin transformarea energiei termice în energie mecanică pe baza ciclurilor termice. Din această categorie fac parte: CTE, CET, CTG, CNE, CES, etc.

Lanțul transformărilor la care este supusă energia primară și instalațiile (mașinile termice) aferente din aceste centrale sunt prezentate în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Centrala termoelectrică cu condensație (CTE) este o centrală cu abur pentru producerea numai de energie electrică. Schema termică de principiu este prezentată în fig.2.2.

Fig. 2.2.

Prin arderea combustibilului în focarul cazanului C energia termică a gazelor de ardere se transferă apei, care se vaporizează producându-se abur ce înmagazinează căldura Q1. Aburul cu parametrii ridicați de presiune și temperatură se destinde în turbina T până la o presiune inferioară presiunii atmosferice (0,03-0,07 bar), energia termică a aburului transformându-se în energie mecanică. Aceasta se folosește pentru antrenarea generatorului electric G, la bornele căruia se obține energia electrică. În condensatorul Cd aburul destins în contact cu sursa rece (apa de răcire) se condensează cedând energia termică Q2 sursei reci. Pompa P retrimite condensul obținut în cazanul C. Randamentul de transformare al energiei termice în energie mecanică (randamentul termic al ciclului) este:

Acest randament are valori în domeniul 0,5-0,55, dar randamentul centralei electrice este de numai 0,39-0,43 intervenind și alte pierderi.

Centrala electrică de termoficare (CET) sau centrala de cogenerare, este o centrală termoelectrică în care se produce simultan energie electrică și energie termică. Aburul care se destinde în turbină este trimis parțial sau total la consumatori de energie termică. Prin acest procedeu randamentul de utilizare al energiei primare poate fi, teoretic, unitar. Dacă tot aburul evacuat din turbină este trimis la consumatori, conform schemei termice din fig.2.3., pierderea de energie termică Q2 la sursa rece a ciclului este transformată în căldură utilă.

Fig.2.3.

Eficiența maximă a termoficării se produce când tot aburul este trimis la consumatori. În funcție de tipul consumatorului, CET se clasifică în trei categorii:

CET industriale ce asigură alimentare a cu abur a consumatorilor industriali

CET urbane ce asigură energie termică pentru încălzirea locuințelor

CET mixte ce asigură cu energie termică atât consumatori industriali cât și urbani

Centrala nuclearoelectrică (CNE) este principial identică cu o CTE sau CET, sursa caldă constituind-o reactorul nuclear. Schemele de principiu ale CNE pot fi cu unul, două, sau trei circuite. Spre exemplificare, în fig.2.4. este prezentată schema unei CNE cu două circuite. Agentul de răcire al reactorului (apă sau apă grea sub presiune) de tip PWR sau PHWR este izolat de agentul energetic (apa). Energia termică este transferată în circuitul secundar prin intermediul unui schimbător de căldură numit generator de abur. În acest mod pericolul contaminării radioactive în circuitul secundar este mic.

Fig.2.4.

Centrala termoelectrică cu turbine cu gaze (CTG) este o centrală care transformă energia termică în energie mecanică cu ajutorul turbinelor cu gaze. Ele pot fi cu circuit deschis (ciclul se închide în atmosferă), sau în circuit închis (turbinele cu gaze având sursă rece proprie). Investiția specifică este cu 30-35% mai mică decât cea a centralelor termoelectrice cu turbine cu abur. Au o mare manevrabilitate și se folosesc pentru acoperirea vârfurilor de sarcină în sistemul energetic.

Centrale Diesel electrice (CDE) sunt centrale electrice echipate cu motoare Diesel. Se folosesc în general pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori izolați de sistemul energetic, pentru alimentarea de siguranță pe platforme industriale și pentru alimentarea serviciilor proprii la CNE. Au puteri unitare mici (max. 50 MW).

2.2.3. Centrale hidroelectrice

Centralele hidroelectrice transformă energia potențială și cinetică a apei în energie electrică, valorificând astfel cel mai simplu sistem de transformare. Centralele hidroelectrice se clasifică în :

CHE cu căderi naturale: CHE pe firul apei;

CHE în derivație

CMM mareomotrice

CHE cu căderi artificiale (cu acumulare prin pompare CHEAP)

În sistemul energetic CHE au următoarea destinație:

acoperirea vârfului de sarcină;

participarea la reglajul frecvenței;

constituie o rezervă economică de avarie.

Principalele caracteristici ale CHE sunt:

au pornire rapidă și viteză mare de încărcare;

au posibilitatea de a stoca în mod indirect energia electrică;

au randamente foarte ridicate: 0,82 – 0,9;

investiția specifică este comparabilă cu cea a centrale lor termoelectrice cu combustibili inferiori, dacă se adaugă la acestea costul transportului și al deschiderii de mine.

CAPITOLUL 3

IMPACTUL SISTEMELOR ENERGETICE ASUPRA MEDIULUI ÎNCONJURĂTOR

3.1. Generalități despre mediu și ecologie

Dezvoltarea societății umane a determinat și determină în fiecare etapă apariția și dezvoltarea acelor științe care pot fi capabile să răspundă întrebărilor și provocărilor momentului.

Problematica deosebit de complexă și acută a crizei ecologice din ultimele decenii a dat impuls, dezvoltării accelerate a două științe relativ noi, fiecare dintre ele având obiective și preocupări specifice, dar interdependente:

– știința mediului (ambientica)

– ecologia.

Interdependența dintre ele creează confuzie, mulți crezând că ecologia se ocupă cu studiul mediului, ca ansamblu de factori (forțe) care intervine în viața organismelor vii.

Dar, în realitate, știința mediului studiază structura mediului, ca sistem unitar, parametrii săi, subdiviziunile teritoriale și tipurile de mediu, iar ecologia pune în evidență legile după care se organizează și funcționează sistemele biologice supraindividuale și mai ales cele mixte, de tip viață x mediu.

Ecologia nu are ca obiect de studiu nici mediul, nici lumea vie, ci relația de interacțiune dintre mediu și lumea vie, principiile, regulile, legile care o guvernează, consecințele acestor interacțiuni, atât pentru mediu cât și pentru lumea vie.

Fără a cunoaște aceste două științe-știința mediului și ecologia-nu se poate discuta despre protecția mediului.

Cum am putea defini simplu protecția mediului?

Protecția mediului=ocrotire+conservare.

În ecologie se face diferență între cei doi termeni frecvent folosiți: mediul și mediul înconjurător.

Mediul reprezintă totalitatea condițiilor de climă și relief în care trăiesc organismele.

Mediul înconjurător reprezintă totalitatea factorilor naturali și a celor creați de om, care, în strânsă interacțiune, asigură menținerea echilibrului ecologic, determină condițiile de viață pentru om și cele de dezvoltare a societății.

Factorii naturali ai mediului înconjurător sunt: apa, aerul, solul, organismele vegetale și animale, precum și procesele și fenomenele naturale generate de interacțiunea lor.

Calitatea factorilor de mediu constă în compoziția lor chimică naturală, optimă pentru asigurarea vieții.

Ocrotirea mediului înconjurător înseamnă protecția acestuia prin acțiunile legiferate, care scot din incidența omului speciile rare, pe cale de dispariție, precum și anumite spații geografice cu mare valoare naturală, declarate monumente ale naturii.

Conservarea mediului înconjurător constă în utilizarea rațională și eficientă a resurselor mediului,adoptarea celor mai potrivite forme și procese tehnologice, agrozootehnice sau silvice, lucrări pentru limitarea și prevenirea efectelor naturale (inundații, alunecări de teren, eroziune accelerată).

Mediul general de nivel global; subdiviziuni teritoriale, tipuri de mediu.

În sens larg, general, prin mediu înțelegem ambianța rezultată din interacțiunea ansamblului de energii și substanțe care influențează direct sau indirect, pozitiv sau negativ, viața unui organism viu (mediu eficient sau individual). Substanțele, ca și energiile, fiecare prin natura și concentrația sa, reprezintă forțe care determină schimburi în viața organismului viu, schimbări a căror intensitate, amploare și direcție depinde de interacțiunea dintre ele, adică de mediul – ambianța – pe care o formează împreună.

Totodată, natura, concentrația, ca și efectul fiecărei substanțe și energii – parametrii ambianței mediului individual – suferă schimbări în viitor, provocate de prezența și actualitatea vitală a organismului viu implicat.

La nivel planetar funcționează mediul general de nivel planetar, ambianța rezultată de interacțiunea tuturor substanțelor și energiilor care se întrepătrund spațial și interacționează la suprafața planetei noastre, în limitele orizontale și verticale în care este răspândită viața, de care depinde însăși răspândirea, concentrația substanței organice vii și diversitatea sa genetică și ecologică.

Mediul, indiferent de scara de reprezentare, funcționează ca un sistem unitar, caracterizat prin integralitate, adică acea trăsătură fundamentală a sistemelor, care le permite să-și păstreze funcțiile chiar dacă, în timp, se schimbă și își modifică parametrii funcționali și structurali, datorită caracterului deschis.

Funcțiile mediului sunt sumar exprimate prin serviciile aduse vieții, iar cuantumul de servicii și calitatea lor depind de starea (“sănătatea”) mediului.

Mediul, deși pare lipsit de consistență este un sistem complex, practic infinit, care are, însă o structură și organizare interioară bine definită, coerentă și concretă.

Componentele mediului, pot fi clasificate după originea și natura lor, pe planuri de structură ale mediului, nouă la număr, din care opt naturale și unul antropic.

Distingem astfel, următoarele planuri de structură ale mediului general:

a – mediul cosmic sau planul cosmic, în care sunt grupați toți factorii de mediu care provin de la alte planete.

b – mediul geofizic cuprinde așa numitele forțe tehnice, care își au originea în geosferele profunde ale planetei, energii și substanțe care se propagă lent sau ajung brusc la suprafața planetei.

c – mediul geochimic care cuprinde ansamblul combinațiilor chimice organice din învelișul extern al planetei.

d – mediul orografic, adică ansamblul formelor de relief terestru și subacvatic, precum și toate caracteristicile acestuia.

e – mediul hidrografic, cuprinde apa de pe planetă în toate cele trei stări fizice.

f – mediul edafic, configurat în spațiul terestru prin prezența, răspândirea, tipologia, proprietățile și starea solurilor sau pământurilor fertile.

g – mediul biocenotic, cuprinzând toate biocenozele terestre și acvatice, sistemele lor (fitocenoze si zoocenoze), componentele acestora( populații de plante si animale), care își formează și modelează mediul propriu și funcționează ca factori ai mediului general și individual pentru întreaga lume vie.

h – mediul biochimic, alcătuit din ansamblul substanțelor eliminate în mediul geochimic de către organismele vii, ca produși reziduali ai metabolismului, numiți și metaboliți sau ergoni. Fiecare metabolit eliminat reprezintă un factor de mediu și un mijloc de transformare a mediului geochimic inițial în unul nou, biogeochimic, cu o altă configurație.

i – mediul antropic este unul complex, alcătuit atât din populația umană a planetei(efectivul,răspândirea,obiceiurile sale,modul său de locuire și viață), cât și din structurile tehnice sau create de om în biosferă, activitatea sa economică, socială și culturală.

Factorii, din toate planurile de structură se întrepătrund spațial pe toată suprafața planetei, în raporturi și concentrații diferite și interacționează; rezultanta acestei interacțiuni complexe este mediul – ambianța de nivel global.

Caracterul, ca și particularitățile informaționale ale mediului, imprimate de structurile biotice, îi imprimă capacitate de reglare și autoreglare, limitate, însă, de caracterul limitat al planetei.

Ecologia are ca unitate de bază structurală și funcțională ecosistemul.

De altfel, ecosistemul este considerat unitate teritorială, dar și structural funcțională a biosferei.

Ca atare, ecosistemul este ansamblul rezultat din interacțiunea unui fragment de spațiu cu mediu relativ omogen (biotop) și comunitatea vie de populații din acel spațiu (biocenoza).

Componentele din cele două subsisteme, prin complexitatea interacțiunilor lor, participă la organizarea unui flux unitar de substanță, energie și informație, ceea ce face ca întregul ansamblu să funcționeze ca un tot unitar.

Un ecosistem natural este echilibrat, când condițiile noi depășesc limitele între care oscilează schimbările obișnuite, echilibrul dinamic al ecosistemelor este rupt, de cele mai multe ori, reversibil și cu efecte imprevizibile.

Catastrofele naturale și mai ales activitatea umană produc ecosistemelor cele mai profunde tulburări. Progresul tehnic aduce cu sine – alături de atâtea minunate realizări – numeroase neajunsuri, precum și o multitudine de substanțe cu caracter poluant, care amenință cu distrugerea mediului înconjurător. Prin substanță cu caracter poluant (substanță poluantă) se înțelege orice substanță rezultată din procese chimice, fizice și biologice, care răspândită în mediul ambiant, dăunează organismelor vii, bunurilor materiale, operelor de artă, peisajului. Poluantul este deci o substanță solidă, lichidă, gazoasă sau sub formă de energie (radiație electromagnetică, termică, ionizantă, fonică sau vibrații) care, introdusă în mediu, modifică echilibrul componenților acestuia și a organismelor vii și aduce, totodată, daune bunurilor materiale.

Cuantificarea efectelor activității umane și a proceselor naturale asupra mediului a sănătății și securității omului, precum și a bunurilor de orice fel, se realizează prin evaluarea impactului asupra mediului.

Sursele de poluare sunt multiple. În funcție de acțiunea și proveniența poluanților, sursele de poluare pot fi:

continue, cu caracter permanent;

discontinue, temporară sau temporară mobilă;

accidentale;

organizate;

neorganizate.

Există și alte clasificări ale surselor de poluare, funcție și de factorul de mediu care este poluat (apă, aer, sol).

Dar atenție deosebită se acordă surselor de poluare cu caracter permanent; acestea sunt foarte diversificate. Astfel, fabricile de îngrășăminte chimice emit, importante cantități de oxizi de sulf, azot, acizi ai fosforului, fabricile de sodă emit clor, fabricile de aluminiu emit flor, fabricile de ciment emană praf, rafinăriile emană hidrocarburi și SO2, combinatele de metalurgie neferoasă emit oxizi de sulf, oxizi de azot, compuși ai metalelor grele, etc. Gazele emanate pe coșurile de fum ale instalațiilor de ardere conțin importante cantități de oxizi de sulf, oxizi de azot, monoxid și dioxid de carbon, praf de cenusă, etc. Chiar și prin coșurile de fum ale imobilelor de locuit sunt emise importante substanțe poluante. Amploarea și primejdia acestor emisii se explică, pe de o parte, prin aceea că emisiile de fum se fac la mică înălțime și deci dispersia lor în aer este slabă, dar sunt mai afectate organismele și obiectele de la suprafața solului, iar pe de altă parte prin conținutul relativ ridicat de hidrocarburi grele și gudroane, explicabil prin temperaturile mici la care se desfășoară procesele de ardere.

La toate acestea se adaugă noxele evacuate în aer odată cu gazele de eșapament ale autovehiculelor și anume: oxizii de azot, monoxid și dioxid de carbon, acid clorhidric și bromhidric, aldehide, acid sulfuric, acid azotic, compuși ai plumbului etc. În multe regiuni, cantitatea acestora este destul de mare și depășește cu mult pe cea emisă de instalațiile de ardere staționară.

Astfel, pentru aprecierea prezenței noxelor emise în mediu există o Scară a impactului asupra mediului ambiant și a răspândirii substanțelor poluante, scară redată în tabelul 3.1. Conform acestei scări influența factorilor poluanți se încadrează în cinci categorii, funcție de extinderea în spațiu.

Tabelul 3.1.

Prioritatea imediată a fost acordată, în momentul de față, rezolvării problemelor urbane și regionale, deoarece, acestea sunt cele mai stringente și acute.

Fig.3.1.

Energia este un atribut al societății umane. Consumul de energie este determinat de trei factori interactivi :

populația, care are nevoie de energie pentru asigurarea hranei, a microclimatului locuinței, a bunurilor de consum și de folosință îndelungată, a deplasării, etc;

nivelul de dezvoltare al societății și calitatea vieții;

eficiența consumului de energie .

Luând în considerare al doilea principiu al termodinamicii, nu se poate vorbi de un „consum de energie”, ci de un transfer al acesteia (conversie) de la un potențial ridicat la un potențial coborât. Această conversie este însoțită aproape întotdeauna de o modificare de stare a materiei, cu eliberarea unor componente nocive, cu efect ecologic negativ.

Societatea a devenit conștientă de aceste efecte negative relativ târziu, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, odată cu majorarea continuă a consumurilor de energie primară.

Etapa de conversie propriu-zisă a energiei primare în alte forme de energie se caracterizează printr-o intensitate deosebită a efectelor produse asupra mediului ambiant. În cele ce urmează se prezintă riscurile ambientale asociate diverselor sisteme energetice. Se poate defini noțiunea de risc ambiental (fr. risque environnemental), ca posibilitatea unei amenințări sau a unei degradări a mediului ambiant. Această noțiune conține atât probabilitatea survenirii unui incident, cât și probabilitatea unei consecințe sau a unei pierderi pentru mediul ambiant (vezi anexa nr. 4). Pentru evaluarea unui risc trebuie identificate toate aspectele problematicii unui proces și toate pericolele potențiale care pot apărea la interacțiunea între mediu și procesul respectiv, iar apoi, studiate consecințele potențiale ale acestor interacțiuni.

3.2. Impactul combustibililor fosili asupra mediului ambiant

Combustibilii fosili sunt substanțe naturale care s-au format în urma unui proces de fosilizare a organismelor vegetale și animale. După milioane de ani, o presiune mare, căldura și absența oxigenului au făcut din resturile în descompunere materii care pot suferi procese de ardere: cărbune, petrol, gaze naturale.

Arderea este procesul chimic de combinare a două substanțe – combustibil și oxidant – care are loc cu degajre de căldură, provocând o creștere bruscă a temperaturii amestecului substanțelor aflate în reacție. Oxidant, poate fi orice substanță care conține și care poate degaja atomi de oxigen în stare liberă.

Deci, prin noțiunea de combustibil fosil se înțelege orice substanță care conține și poate degaja liber elemente carburante în stare atomică. Din punct de vedere energetic, pentru ca o substanță să fie folosită drept combustibil, aceasta trebuie să îndeplinească anumite condiții:

– să se combine exotermic cu oxigenul din aer, iar degajarea specifică de căldură să fie cât mai mare;

– să se găsească în cantități suficiente accesibile unei exploatări economice și să nu aibă o utilizare superioară arderii (de ex. în petrochimie);

– să-și mențină constante în timp prorietățile fizico-chimice și tehnologice, pentru a putea fi prelucrată;

– să conțină, în cantități foarte reduse, substanțe precum sulful sau vanadiu, care, prin ardere produc gaze cu acțiune nocivă asupra pereților metalici.

Combustibilii fosili se clasifică după mai multe criterii. De exemplu:

– după starea de agregare se deosebesc combustibili: solizi, lichizi și gazoși;

– după proveniență combustibilii pot fi: naturali și artificiali;

– după puterea calorică combustibilii fosili se pot grupa în: superiori, medii și inferiori.

În compoziția unui combustibil fosil intră:

masa combustibilă (partea care nu este legată direct de balast, fiind compusă din: C, H, N, O, S);

masa minerală necombustibilă (provine din substanțe minerale, sulfați, oxizi, carbonați, săruri, oxizi metalici etc);

umiditatea (cantitatea totală de apă din combustibil).

3.2.1. Combustibilii solizi. Cărbunele.

Din categoria combustibililor solizi cei mai utilizați în procesele energetice sunt cărbunii, iar dintre aceștia, cărbunele brun și huilele; lemnele sunt folosite numai pentru scopuri de încălzire locală.

Cărbunele brun cuprinde mai multe grupe, funcție de vârsta geologică, și anume: brun lemnos (BL) numit și lignit, brun mat (BM), brun pământos (BP), brun smâlos (BS), brun huilos (BH).

Huilele se întâlnesc sub formă de huilă cu flacără lungă (HL), huilă pentru gaz (HG), huilă pentru cocs (HC), huilă slabă sau semigrasă (HS), huilă antrocitoasă (H/A).

Antracitul (A) este cel mai vechi cărbune natural; el nu se utilizează în scopul energetice și are o putere calorifică apropiată de cea a combustibilului convențional.

Caracteristicile tehnice și energetice principale ale cărbunilor sunt:

materiile volatile (V) – respectiv cantitatea totală de gaze formate în procesul de transformare termică a masei combustibile (determinate prin încălzire timp de 7 minute, la o temperatură de cca 8150C);

cenușa (Ai) provine din masa minerală rămasă după arderea combustibilului;

temperatura de curgere a cenușii – temperatura la care corpul de probă curge pe placă și influențează sistemul de evacuare;

vâscozitatea zgurii – sau rezistența pe care o opune deplasării particulelor în timpul curgerii și care influențează evacuarea lichidă;

balastul – partea din combustibil care nu produce căldură prin ardere;

puterea calorică inferioară [Hi(Kj/Kg)] – cantitatea de căldură degajată prin arderea unității de combustibil, fără ca vaporii de apă să se condenseze; se calculează funcție de conținutul procentual de carbon, hidrogen, oxigen, sulf și umiditate, la starea inițială;

cenușa raportabilă – aceasta influențează tipul de grătar și modul de ardere;

rezistența la stocare – reprezintă timpul în care cărbunele se degradează (se fărâmițează), până la mărunțirea lui completă.

Această caracteristică influențează timpul de stocare.

Extragerea cărbunelui se face din mine subterane sau de suprafață, activitate care antrenează bulversarea a mari suprafețe de teren din subteran sau de la suprafață și un impact ecologic major asupra plantelor, animalelor, însă și asupra oamenilor. Materialul necesar pentru extracție, forajul și transportul pot contribui la formarea de substanțe chimice periculoase, așa cum sunt „noroiul” de foraj și produsele derivate din petrol, care contaminează solul. Metanul, un gaz asociat extracției miniere subterane, poate provoca explozii în mine.

Cel mai puternic impact îl regăsim în cazul arderii combustibililor fosili, iar dintre aceștia, cărbunele atrage cele mai numeroase consecințe negative în privința emisiilor de noxe în atmosferă și a poluării solului.

Impactul centralelor termoelectrice asupra mediului înconjurător este arătat în fig.3.3.

Fig.3.3.

Elementele de impact asupra mediului ale unei CTE cu cărbune sunt:

producerea de CO2 cu efecte asupra climatului (efectul de seră);

poluarea atmosferică prin evacuarea gazelor de ardere purtând praf (cenușă), SO2 și NOx, produse inerente arderii combustibililor fosili; generare de ploi acide cu efecte asupra florei și faunei;

încălzirea cursurilor de apă care servesc pentru răcirea termodinamică a centrale lor, până la limita poluării termice;

descărcarea în emisari (ape de suprafață) a unor soluții chimice diluate, putând conduce la o poluare chimică;

reducerea locală a radiației solare datorită opacității fumului și a nebulozității artificiale create;

poluarea fonică în zonă;

impactul vizual datorat elementelor de construcție mari(coșuri de fum, turnuri de răcire, linii electrice aeriene, conducte de termoficare pe estacade);

ocuparea terenului cu depozite de cenușă;

antrenarea de praf de la gospodăria de combustibil și din depozitul de zgură și de cenușă.

Pe lângă aceasta, utilizarea cărbunelui pentru producerea de energie electrică mai prezintă un risc ambiental combinat: iradiere și contaminare radioactivă. Cărbunele prezintă urme de elemente naturale radioactive, cum sunt uraniul, toriul și produsele lor de dezintegrare, în special radiu și radon. Chiar dacă aceste elemente sunt prezente în cantități extrem de scăzute, există riscul iradierii și contaminării radioactive pentru mineri și pentru mediul ambiant.

Tehnologiile zise de cărbune curat sunt o soluție posibilă pentru ameliorarea din punct de vedere al mediului, al toleranței cărbunelui atât ca sursă de energie, cât și pentru creșterea eficienței economice a acestei resurse energetice. Aceste tehnologii acoperă o nouă generație de procese pentru producerea energiei electrice și de combustibili pornind de la cărbune, vizând creșterea randamentului energetic și menținând la cel mai scăzut nivel impactul asupra mediului al utilizării acestei materii prime. Este vorba de tehnologii avansate de combustie, de gazeificare și de emisii controlate prin reducere catalitică selectivă.

3.2.2. Combustibilii lichizi. Petrolul.

Combustibilii lichizi sunt amestecuri de hidrocarburi lichide și compuși ai acestora cu oxigenul, sulful sau azotul, care se obțin prin distilarea fracționată sau prin dizolvare din țiței (combustibil lichid natural) din șisturi bituminoase.

Ei se împart în:

– benzine, amestecuri de hidrocarburi care fierb la temperaturi cuprinse între 300C și 2050C și se folosesc la motoarele cu aprindere prin scânteie;

– petroluri, amestecuri de hidrocarburi care fierb la temperaturi cuprinse între 1500C și 2800C (de ex. petrol lampant, petrol pentru tractor, pentru reactor);

– motorine, amestecuri compexe de hidrocarburi mai grele, care fierb de la 2000C până la 3800C; se folosesc la motoarele Diesel;

– păcuri, amestecuri de hidrocarburi grele care fierb la temperaturi cuprinse între 3000C și 5000C; la temperatura mediului ambiant au consistență vâscoasă, culoare neagră, tendință de oxidare (asfaltizare), cel mai frecvent utilizate, dar după o încălzire prealabilă, în instalațiile de ardere;

– combustibil lichid ușor (de calorifer) – amestec de produse petroliere (de obicei motorină și păcură), folosit la instalația de ardere cu o capacitate redusă.

Păcura – este cel mai utilizat combustibil lichid folosit în instalațiile de ardere ale generatoarelor cu abur energetice.

Dintre caracteristicile energetice ale combustibililor lichizi amintim: vâscozitatea, temperatura (punctul) de congelare, temperatura de inflamabilitate, compoziția elementară, conținutul în impurități mecanice, conținutul în vanadiu, conținutul în sulf, puterea calorifică inferioară.

Petrolul (țițeiul) este un amestec de hidrocarburi formate prin depozitarea plantelor microscopice și al microorganismelor marine moarte în bazine sedimentare sub mări, sau în apropierea acestora. Procesele geologice care au condus la formarea petrolului au durat milioane de ani. Petrolul brut este extras din subsol prin pompaj și apoi transformat prin distilare (rafinare) într-un ansamblu de combustibili lichizi sau gazoși: păcură, motorină, benzină, kerosen, etc.).

În ritmul actual de consum, se estimează că rezervele petroliere se vor epuiza în 40-50 de ani. Chiar dacă se vor lua măsuri de conservare și se va reduce ritmul consumului de petrol pe cap de locuitor, rapida creștere demografică nu va face decât să crească viteza cu care se epuizează rezervele petroliere.

În afara utilizării sale pentru producerea de energie electrică, prin ardere în cazanele termocentralelor, petrolul este esențial pentru transporturile publice și industriale, cât și pentru industria petrochimică. Odată pompat, petrolul brut prezintă câteva riscuri ambientale. Extracția și transportul petrolului și a produselor derivate, pe cale terestră sau maritimă, prezintă în permanență un risc de scurgeri (scăpări) accidentale și de maree negre, cu stricăciunile pe care acestea le pot cauza mediului. Platformele de foraj marin și petrolierele au fost în trecut la originea deversării multor tone de petrol, care au ucis păsări și au pus în pericol alte specii vii marine sau terestre. Se menționează de asemenea practica iresponsabilă de utilizare a apei mării pentru curățarea reziduurilor din petroliere, care afectează grav mediul pentru mult timp, întrucât hidrocarburile au nevoie de perioade îndelungate pentru a se scinda în substanțe mai puțin dăunătoare. Impactul scăpărilor și deversărilor accidentale este important întrucât petele de petrol plutesc adesea în lungul coastelor și perturbă anumite ecosisteme mai fragile.

Arderea petrolului (păcurii) și a produselor sale derivate (benzină, motorină) a contribuit enorm în trecut la creșterea poluării prin metale grele (benzina cu plumb) și contribuie încă și astăzi la generarea de gaze cu efect de seră, chiar dacă echiparea autovehiculelor cu filtre catalitice a permis reducerea emisiilor de gaze toxice cum sunt monoxidul de carbon, oxizii de azot și hidrocarburile nearse.

3.2.3. Combustibilii gazoși.

Sunt amestecuri de gaze combustibile, oxigen, azot, vapori de apă.

Gazul natural este combustibilul fosil a cărui ardere este cea mai curată. EI este un amestec compus în principal din metan cu urme de alte hidrocarburi gazoase și este extras în majoritatea cazurilor din zăcăminte de gaze uscate (90%) care nu conțin petrol. Gazul este transportat de la zăcăminte, prin conducte sub presiune, direct la consumatorii urbani sau industriali. După o filtrare prealabilă, pentru eliminarea impurităților și umidității, gazul este utilizat pentru încălzire și pentru gătit, având o putere calorică ridicată și pentru că arderea sa generează mai puține gaze cu efect de seră, comparativ cu petrolul și cărbunele.

Gazul petrolier lichefiat (GPL) este un reziduu al zăcămintelor petroliere conținând un amestec de propan și alte hidrocarburi gazoase dizolvate în petrolul brut. După separarea de petrolul lichid și stocarea sub presiune în cisterne metalice, el este condus până la clienții particulari, unde este folosit pentru încălzire și pentru gătit. În afara problemelor de ardere, prezentate mai sus, se menționează și riscul emisiilor accidentale de gaz în atmosferă și pericolul de explozie.

Caracteristicile energetice principale ale combustibililor gazoși sunt: compoziția volumetrică, densitatea, puterea calorifică inferioară, temperatura de aprindere.

În tabelul 3.1. se prezintă compoziția unor gaze naturale libere din Ardeal.

Tabelul 3.1.

Compoziția unor gaze naturale din Ardeal

Gazul natural din Ardeal are caracteristici foarte apropiate de cele ale gazului metan pur, motiv pentru care, de cele mai multe ori este cunoscut sub această denumire. Gazul metan este incolor și inodor, dar din motive de securitate se odorizează cu mercaptan.

3.2.4. Acumularea de dioxid de carbon în atmosferă; fenomenul fizic al efectului de seră

Emisia de dioxid de carbon este o consecință inerentă a arderii. În ultimele două secole, ca urmare a creșterii populației, industrializării și folosirii pe scară largă a combustibililor fosili, omenirea a contribuit la producerea de CO2 și la modificarea lentă a echilibrului dintre generarea naturală de CO2, prin procese biologice și capacitatea de absorbție a ecosistemului mondial.

În condițiile de azi, prin ansamblul activităților umane se trimite în atmosferă o cantitate de circa 20-22 miliarde tone CO2 anual, corespunzător extracției și descompunerii prin ardere a combustibililor fosili, ale căror rezerve se diminuează în același interval de timp cu echivalentul a 7,5 miliarde tone petrol. După vaporii de apă, repartizați neuniform în atmosferă, compușii gazoși ai carbonului, respectiv CO2, au cea mai puternică influență asupra climei. Moleculele de carbon au capacitatea de a absorbi radiația emisă de pământ în spectrul infraroșu, aceasta având ca efect încălzirea straturilor inferioare ale atmosferei și creând așa-zisul efect de seră.

În figurile 3.4 și 3.5 se prezintă efectul de seră, precum și contribuția gazelor de seră la încălzirea globală a Pământului.

Gazul carbonic CO2 nu constituie o noxă în sine, ci unul dintre constituenții naturali ai Pământului, iar prezența sa este sinonimă cu cea a materiei organice. EI este stocat intim prin legături biochimice și biofizice, în alcătuirea regnului vegetal și animal, absorbindu-se sau eliminându-se conform ciclului metabolic al vieții. Creșterea medie a CO2 în atmosferă în perioada 1950-2000 este de +0,4%.

În lipsa urmelor de gaz carbonic din atmosferă, temperatura medie a planetei ar fi de -18°C, față de temperatura medie anuală la sol, care este + 15°C.

În legătură cu dinamica dioxidului de carbon sunt de reținut următoarele:

durata medie de staționare în atmosferă a moleculelor de CO2 până la absorbția lor în ciclul biologic este de 2-4 ani;

în prezent, creșterea concentrației de CO2 are un ritm lent, cu o rată de circa 0,4% pe an;

pe baza măsurătorilor și a calculelor se deduce că, în urma exploziei demografice și a industrializării, în ultimii 150 de ani a avut loc o creștere medie a temperaturii de 0,5-0,6°C; astfel s-a ridicat nivelul oceanului planetar cu 10 cm;

dacă se menține creșterea consumului de energie conform tendințelor din trecut, concomitent cu mărirea populației globului de la 6 mld. locuitori la 9-10 mld. peste 50 de ani, se prognozează o creștere a temperaturii medii cu 2-5°C (o cifră alarmantă);

modificarea temperaturii la suprafața pământului ar conduce la creșterea nivelului mării cu până la un metru, modificându-se geografia lumii, prin acoperirea cu luciu de apă a insulelor cu relief coborât, sau micșorarea suprafețelor acoperite cu gheață (kryosferă); s-ar modifica regimul pluviometric și eolian, cu consecințe greu previzibile asupra distribuției termice între ecuator și poli, atrăgând schimbări în harta zonelor de vegetație și deșertice;

În fața acestor riscuri de schimbare ireversibilă a climei pe Terra s-au inițiat ample cercetări de modelare a dinamicii fenomenului și programe pentru combaterea efectului de seră, având următoarele direcții:

demararea acțiunii cu măsuri simple, care reclamă investiții nepretențioase;

plasarea prin cooperare internațională a fondurilor acolo unde efectul reducerii CO2 este maxim;

dezvoltarea și asigurarea, prin măsuri incitante financiar, a acelor resurse de energie care produc puțin CO2, precum și a celor regenerabile;

îmbunătățirea eficienței energetice, ca mijloc de a obține aceleași servicii de utilizare a energiei, dar apelându-se la mai puține resurse;

introducerea pârghiilor financiare, inclusiv a unei taxe pentru emisia de CO2, cu valoare progresivă în timp, până la dublarea valorii combustibilului fosil; aceasta va împinge forțele pieței să promoveze alte surse, devenite competitive;

alocarea preferențială a fondurilor de finanțare și scăderea impozitelor pentru toate proiectele ce urmăresc reducerea consumului de combustibil în sfera utilizării.

O plafonare a emisiilor de CO2 este posibilă în perioada 2000-2010 numai în economiile țărilor bogate, care pot suporta costul creșterii eficienței energetice sau al apelării la alte surse.

Aplatizarea pe plan mondial, a creșterii emisiei de CO2 va fi resimțită abia după anul 2030, iar revenirea concentrațiilor la valorile înregistrate în prezent va putea avea loc doar după anul 2050. Succesul acestei acțiuni depinde de următorii factori:

acceptul omenirii pentru folosirea pe scară largă a energiei din surse nucleare;

intervenția masivă a surselor regenerabile în balanța consumurilor, prin creșterea competitivității acestora în raport cu sursele fosile;

valorificarea prin cooperare internațională a potențialului hidroenergetic, încă neexploatat, din zonele Africii, Americii Latine și Asiei, adică tocmai acolo unde expansiunea economică presează asupra surselor de energie.

Lumea științifică este preocupată de asemenea de dezvoltarea mijloacelor de reținere și captare a CO2 rezultat din arderea combustibililor fosili. Procedee fizice și chimice de captare a CO2 înainte de ieșirea gazelor de ardere la coș, urmate de concentrarea și lichefierea lor prin comprimare, sunt posibile, afectând însă grav eficiența producerii energiei electrice, respectiv costul acesteia.

3.3. Impactul energiei nucleare asupra mediului ambiant

Energia nucleară este obținută prin fisiunea uraniului 235, realizată într-un reactor nuclear. Reacția, menținută sub control strict, eliberează o mare cantitate de energie, un număr de 2-3 neutroni, două fragmente de fisiune și radiații:

Fragmentele de fisiune F1 și F2 sunt izotopi instabili ai elementelor de la mijlocul tabelului lui Mendeleev și se dezintegrează emițând la rândul lor radiații și . Întrucât numărul de neutroni rezultați din fisiune este 2-3, apare posibilitatea practică de a întreține în mod neîntrerupt și constant reacția de fisiune, având o frecvență a fisiunilor cu intensitate a dorită (reacție în lanț). Energia degajată în reactor este folosită pentru producerea aburului, care acționează o turbină, cuplată cu un generator electric (vezi schemele centralelor nuclearoelectrice – cap.2.2.2.). Dacă se compară combustibilii, uraniul generează până la de 3 milioane de ori mai multă electricitate decât arderea unui volum echivalent de cărbune. În Europa, în funcție de țară, ponderea energiei nucleare și a resurselor regenerabile (reînnoibile) la producerea energiei electrice poate varia între 0% și 80% (fig.3.6.)

Fig.3.6.

Uraniul 235 utilizat drept combustibil nuclear este un izotop rar, conținut în minereul de uraniu natural (cca. 0,7% din acesta). În ritmul actual de utilizare, rezervele mondiale de uraniu vor dura mai puțin de o sută de ani. De aceea combustibilul nuclear poate fi considerat ca o sursă de energie ne-regenerabiIă.

În viitorul apropiat soluția fuziunii nucleare ar putea fi interesantă: doi atomi mici de hidrogen se combină pentru a forma un atom mai mare, cel de heliu, generând în același timp o cantitate considerabilă de energie. Chiar dacă această reacție a fost demonstrată concret ca fiind posibilă de realizat (aplicațiile militare ale bombei cu hidrogen), nici o instalație industrială pentru producerea de energie electrică bazată pe fuziune n-a fost creată, din cauza problemelor tehnologice care se pun pentru menținerea sistemului la o temperatură controlată. Aceste instalații nu se vor realiza înainte de 2050, astfel încât tehnologia nucleară actuală va trebui să continue producerea de energie electrică încă mult timp.

Printre riscurile prezentate de folosirea energiei nucleare pentru producerea de energie electrică se menționează:

riscul contaminării radioactive legate de tratarea minereului de uraniu natural (pentru o tonă de uraniu utilizabil în reactor se obțin circa 500 tone deșeuri slab radioactive);

riscurile legate de dezafectarea centralelor nuclearoelectrice la terminarea duratei de viață;

riscurile legate de stocarea uraniului utilizat, care poate persista timp de mii de ani;

accidente nucleare (scurgeri radioactive) minore sau importante, în centrale.

Ponderea energiei nucleare în balanța totală de energie va depinde în viitor de politica urmată de guverne, care vor trebui să identifice praguri de securitate pentru centralele nucleare și să găsească mijloace de eliminare a deșeurilor, acceptate de populație.

Centralele nuclearoelectrice se apropie cel mai mult de conceptul de centrală „curată” din punct de vedere ecologic. Practic, această filieră energetică se caracterizează prin absența totală a emisiilor de CO2, praf, SO2, NOx sau a altor poluanți atmosferici.

În același timp însă, CNE necesită măsuri speciale deosebit de stricte, în ceea ce privește manipularea produselor rezultate din procesarea combustibilului nuclear. Aceste produse reprezintă un pericol potențial deosebit de mare pentru biosferă, prin poluarea radioactivă pe care o pot declanșa.

În CNE apar două categorii principale de substanțe radioactive:

produse rezultate în urma procesului de fisiune a combustibilului;

produse devenite radio active prin staționarea în câmpul de radiație.

Tratarea combustibilului uzat reprezintă o problemă delicată din punct de vedere atât tehnologic, cât și socio-politic. Ea se bazează pe acceptarea de către societate și de către factorii politici a unui sistem deosebit de complex, ce cuprinde mijloace de transport adecvate, fabrici de prelucrare și spații de depozitare (temporară sau definitivă) a combustibilului uzat.

Produsele devenite radioactive prin staționare în câmpul de radiație necesită aceeași abordare responsabilă ca și în cazul combustibilului uzat.

Totuși, la fel ca în orice proces tehnologic industrial, cu toate măsurile de siguranță impuse, apar o serie de scăpări de elemente radioactive în mediul înconjurător. Ele sunt supuse unui control permanent, obligatoriu, și pun în discuție autorizația de funcționare a unității energetice, fiind plafonate printr-o valoare maximă autorizată.

3.4. Impactul sistemelor de energie regenerabilă asupra mediului ambiant

Începând cu secolul XX, știința a avansat foarte mult, fiind dezvoltate, în toate domeniile, aparate și diferite tehnologii menite să ajute omul. În paralel și populația globului a crescut într-un ritm alert. În aceste împrejurări, nevoia de energie a crescut foarte mult, în comparație cu secolul XIX. Așadar, oamenii de știință au ajuns la concluzia că, multe din resursele de energie actuale sunt în curs de epuizare într-un viitor nu prea îndepărtat.

Oamenii au început să cerceteze și să caute noi resurse de energie și modul în care acestea pot fi valorificate încă de pe acum. Astfel, în urma multor studii a început să fie tot mai des utilizat termenul de „energie regenerabilă” sau „energie neconvențională”.

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din pricese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vântului, a apelor curgătoare, a proceselor biologice și a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee.

Dintre sursele regenerabile de energie fac parte: energia derivată din biomasă(biodiesel, bioetanol, biogaz), energia geotermică, energia apei(hidraulică și a mareelor), energia solară, energia eoliană.

Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric, a apei calde, etc.

Investițiile globale anuale în energia regenerabilă au crescut în ultimii ani de la 39 miliarde dolari, în 2005, la 55 miliarde dolari, în 2006. În anul 2007 investițiile au atins un nivel de 100 miliarde dolari.

Conform Directivei 2003/30/CE a Uniunii Europene, statele membre trebuie să amestece treptat combustibilul tradițional utilizat în transport cu biocombustibil, astfrl încât până în 2010, biodieselul să reprezinte 5,75% din motorina de pe piață, urmând ca, în 2020,ponderea să crească la 20%.

Utilizarea biomasei, a energiei geotermale, a energiei hidraulice, a energiei solare și eoliene, precum și a energiei valurilor, depinde de fluxul de energie generat de natură, de căldura emanată de centrul pământului, de cursurile de apă, de soare, de mișcarea perpetuă a lunii. Aceste surse de energie fiind independente de scara evolutivă a timpului sunt cunoscute sub numele generic de surse de energie regenerabilă (sau reînnoibilă).

Din punct de vedere economic, comparativ cu energia obținută cu ajutorul combustibililor fosili și a energiei nucleare, costul diferitelor surse de energie regenerabilă pare mai oneros (vezi anexa nr.3), datorită metodelor de producere, a unei cereri slabe ale pieței și echipamentelor de vârf necesare. Totodată, dacă se ține cont de costul total, la care trebuie să se adauge stricăciunile ecologice ocazionate de folosirea combustibililor fosili și a energiei nucleare, în raport cu avantajele, de exemplu un impact scăzut al surselor de energie regenerabilă asupra mediului, se poate spune că tendința dezvoltării și aplicării acestora din urmă prezintă, neândoelnic, un avantaj în optica unei dezvoltări economice durabile.

Este convenabil să se promoveze sursele de energie și practicile care sunt pozitive pentru mediul ambiant și să se intensifice eforturile pentru a gestiona emisiile poluante generate de producerea de energie. Chiar dacă unele surse de energie regenerabilă sunt exploatate de mult timp (hidroenergia, de exemplu), este esențial să se atragă atenția constructorilor, consumatorilor, guvernanților și investitorilor și asupra celorlaltor surse de energie regenerabilă, astfel încât ponderea energiei electrice produse grație surselor regenerabile (fig.3.7.) să poată crește în viitorul apropiat.

Fig.3.7.

Guvernele vor trebui să ia măsuri în domeniile fiscalității, a subvențiilor și a reglementărilor, care nu numai că le vor ajuta să-și atingă obiectivele în materie de securitate energetică și mediu, dar vor contribui de asemenea la promovarea progresului tehnic și la dezvoltarea economică.

3.4.1. Biomasa

Biomasa acoperă un evantai larg de filiere de producție cu numeroase tipuri de resurse,

un anumit număr de tehnologii de conversie și trei produse energetice finale:

Căldură

Energie electrică

Combustibili lichizi pentru transport

Ea utilizează:

Plantele oleaginoase (rapița, floarea soarelui, soia)

Plantele cu zahăr și amidon (sfecla de zahăr, cereale, sorgul dulce)

Biomasa solidă (lemnul, paiele, turba)

Biomasa umedă (deșeuri organice, bălegarul)

Contrar altor resurse energetice, utilizarea biomasei are două avantaje: pe de o parte se produce energie, iar pe de altă parte se scapă de deșeuri, care reprezintă un risc potențial pentru mediu.

a) Producția de căldură

Arderea lemnului pentru a produce căldură este unul din principalele moduri de a genera bioenergie. În funcție de volum se pot utiliza mai multe sisteme: sobele cu lemne, casnice, care utilizează bușteni sau granule; cazane care ard talaș; cazane mari, capabile să ardă o gamă largă de combustibili, de la deșeuri de lemn până la combustibil extras din gunoaie.

b) Energie electrică, sau cogenerare de căldură și energie electrică

Arderea este principala opțiune exploatată în prezent în acest domeniu, însă apar noi tehnologii: gazeificarea (tratarea termică a biomasei, care permite obținerea unui amestec de gaze ce pot fi utilizate pentru generarea de energie); piroliza (degradarea termică a lemnului, care este transformat în lichid, biouleiul); fermentarea anaerobă (proces biologic care convertește biomasa în biogaz, în principal metan și CO2; cogenerarea, similară celei aplicate combustibililor fosili pentru creșterea eficienței energetice globale, ajungându-se la un randament global de 80-90%, față de 30-40% în cazul unei centrale termoelectrice clasice. Utilizarea deșeurilor urbane pentru a genera energie electrică și căldură este tot mai mult acceptată ca o manieră importantă de a reduce costul colectării deșeurilor, constituind totodată o strategie interesantă pentru o dezvoltare urbană durabilă. Astfel este posibil să se transforme gunoiul menajer în biogaz, în vaste întreprinderi industriale de producere a metanului (metanizare – ca la Seine – Saint Denis, în Franța) în scopul de a reduce cât mai mult cantitatea de deșeuri și de a utiliza o parte din deșeurile menajere cu putere calorică mai mare, combinate cu combustibili tradiționali, pentru cogenerarea de căldură și energie electrică. Totuși, trebuie menționat că utilizarea deșeurilor urbane pentru cogenerarea de căldură și energie electrică prezintă și riscuri și inconveniente, ceea ce face această metodă puțin atrăgătoare. Compostarea deșeurilor urbane comportă diverse riscuri și prezintă conotații socioculturale negative, cum ar fi potențialul de transmitere a bolilor și a agenților patogeni; ea presupune de asemenea și un cost suplimentar pentru transportul materiilor prime și a produselor finale, costuri salariale pentru colectarea și trierea deșeurilor, precum și degradarea calității vieții în vecinătatea întreprinderilor de tratare.

c) Biocombustibilii lichizi

Uleiurile vegetale, esterii metilici și biodiesel-ul pot fi utilizate în motoarele automobilelor, fie în stare pură, fie în amestec cu motorină. Etanolul (un biocombustibil lichid produs prin fermentarea materiilor prime pe bază de sfeclă, urmată de o distilare) poate fi folosit în motoarele pe benzină. Se pot obține, de asemenea, biocombustibili lichizi pornind de la biogaz îmbogățit (metan) și se dezvoltă în prezent producerea lor din materii prime pe bază de lemn.

În UE se pune tot mai mult accent pe obținerea de biocombustibili lichizi din semințele unor plante de cultură, dar mai ales din semințele de rapiță (Brassica napus L. ssp. Oleifera DC).

Valoarea energetică a uleiului de rapiță și a semințelor în general este foarte ridicată. La o producție de 3,2 t/ha semințe, rezultă 1,4 t ulei/ha, cu 1302*107 calorii – valoare energetică și un total de 1845*107 calorii /ha. Este considerat o sursă alternativă de energie – biocarburant pentru motoarele Diesel, fie ca atare sau de ester metilic, în cadrul eforturilor globale de diminuare a consumului combustibililor fosili în curs de epuizare și a efectului „de seră” intensificat prin arderea acestora.

Diesterul – produsul tehnic pe bază de ester metilic – rapiță, realizat în Austria, Germania, Franța, Italia are performanțe tehnice superioare de combustibil, este biodegradabil, nu este toxic pentru organismele acvatice, emite puțin fum prin ardere, nu degajă oxizi de sulf, responsabili de ploile acide, nu conține hidrocarburi aromatice, dar emite oxizi de azot.

Pentru România se propune crearea unui sistem integrat de producere a biocombustibilului, care să includă și diesterul metilic de rapiță, astfel încât să se asigure fiecare formă o utilizare mai eficientă a energiei, acompaniată de protecția mediului.

Uleiul de rapiță este un lubrifiant al sistemelor mecanice, oferind o mai buna protecție la uzură, cu un impact mai redus asupra mediului, comparativ cu lubrifianții minerali, fiind mai puțin volatil decât aceștia.

Dacă biomasa se gestionează de manieră durabilă, arderea ei nu produce aceleași efecte ca cele ale combustibililor fosili: vegetalele suplimentare recoltate ca sursă viitoare de biomasă consumă dioxid de carbon prin procesul de fotosinteză, astfel că, global, emisiile de CO2 sunt mai mici în cursul procesului de ardere, față de arderea combustibililor fosili.

Biomasa, ca sursă de energie, are următoarele avantaje:

Componentele sale sunt foarte ușor de procurat;

Securitatea aprovizionării este garantată (poate fi stocată în cantități mari);

Tehnologia ei contribuie la crearea de locuri de muncă stabile, în special în regiunile rurale;

Oferă bune oportunități de a exporta tehnologii de dezvoltare și know-how (savoir-faire);

Utilizarea ei contribuie la atenuarea emisiilor de CO2 și la reducerea altor emis ii, de exemplu SOx.

Totuși, vegetalele sunt foarte puțin eficiente în ceea ce privește conversia energiei solare în biomasă și este necesar să se consacre suprafețe considerabile de terenuri cultivate pentru a obține același randament energetic. Conform unor estimări, ar trebui circa 600 ha de vegetale recoltate pentru a obține 1 MW într-o centrală electrică.

3.4.2. Energia geotermică

Energia geotermică reprezintă căldura existentă în pământ. În mod obișnuit, sub scoarța terestră, la fiecare 30 m temperatura medie crește cu un grad, astfel încât căldura medie emanată este de 58 MW/km2. Apare deci posibilitatea de a folosi o parte a acestei energii în special în primii 5000 m ai scoarței terestre, în porțiunile cu înalt potențial geotermic.

În diferite puncte de pe suprafața pământului, în special în regiunile vulcanice, apare apa fierbinte, aburul, sau gaze vulcanice.

Din cauza structurii diferențiate a scoarței terestre, în prezent există doar câteva regiuni pe pământ care oferă posibilități de exploatare.

Apa încălzită prin geotermie circulă printr-un schimbător de căldură, apoi este utilizată pentru încălzire urbană sau industrială, sau pentru încălzirea serelor. Căldura obținută prin geotermie, sub formă de abur, poate fi utilizată indirect pentru generarea de energie electrică în centrale geotermale. Italia, Franța (Guadelupa, Reunion), Grecia, Portugalia (Azore) și Austria generează electricitate prin acest procedeu. Când apa fierbinte nu vine direct la suprafață, ea trebuie exploatată cu ajutorul puțurilor. Forările de puțuri necesită metode geologice și petrografice speciale și măsuri deosebite de izolație datorită presiunii și temperaturii ridicate, precum și a substanțelor chimice dăunătoare purtate de abur.

Un mare potențial termic îl oferă diferite varietăți de roci fierbinți. În acest caz, metoda de utilizare este oferită de schimbul de căldură folosind apa care este pompată la adâncimea necesară și apoi adusă la suprafață prin puțurile de pompare.

Cea mai simplă metodă este însă directa utilizare a izvoarelor fierbinți. Exemplul clasic în acest sens îl constituie Islanda. Din 1928 casele din Reykjavik sunt încălzite cu izvoare termale. Germania, Franța și Italia au echipat de asemenea un număr de cartiere de locuințe cu sisteme de încălzire prin geotermie.

O modalitate nouă de utilizare o reprezintă pompele de căldură. Acestea permit reducerea consumului de energie electrică, pentru că pot produce căldură, frig sau ambele forme de energie. Un fluid circulă printr-o rețea subterană de țevi, unde este încălzit de temperatura solului, apoi în locuință el restituie căldura prin intermediul unui schimbător. Vara procesul poate fi inversat pentru răcirea locuinței.

Cele mai dese utilizări ale pompei de căldură sunt cele pentru climatizare, preparare apă caldă de consum sau industrială, încălzirea spații lor de locuit, sau diferite aplicații industriale cum ar fi: uscarea materialelor poroase, vaporizarea produselor volatile, sterilizarea, concentrarea soluțiilor, etc.

Se constată, deci, că nivelul termic la utilizator nu are valori foarte ridicate, ele situându-se în jurul valorilor de 50 … 90°C. Ca surse de căldură de potențial coborât se pot valorifica cantitățile de căldură ce pot fi preluate din mediul ambiant (energia termică a apelor de suprafață, de adâncime, geotermală, solară sau a solului) precum și cele deșeu rezultate din diferite procese industriale sau domestice (ape de răcire, flote calde uzate, condensat impurificat, apele menajere după tratarea lor în instalațiile de epurare, etc.).

Dintre pompele de căldură enumerate mai sus s-au dezvoltat în mod special cele cu absorbție și cele cu compresie mecanică de vapori.

Schema unei pompe de căldură cu compresie mecanică de vapori este indicată în fig.3.8., cu următoarele elemente principale componente:

– Compresorul C, în care vaporii de agent frigorific se comprimă și își ridică temperatura, pe seama lucrului mecanic primit de la motorul M

– Condensatorul Cd, în care are loc condensarea vaporilor comprimați și cedarea căldurii latente utilizatorului A

– Ventilul de laminare VL (care în schema reală înlocuiește detentorul), care are rolul de a reduce din nou presiunea la cea din vaporizator în vederea asigurării capacității de preluarea căldurii la temperatura mai coborâtă

– Vaporizatorul Vp, în care agentul frigorific preia căldura de la resursa recuperabilă de potențial coborât (de exemplu apa unui râu, sau apa freatică, sau căldura solului, etc.) și se vaporizează, asigurând premisele reluării ciclului (după trecerea prealabilă prin separatorul de picături Sp).

Fig.3.8.

În prezent sectorul pompelor de căldură este în expansiune în Europa de Nord (în principal Suedia) și Europa Centrală (Austria, Germania).

În țara noastră există resurse geotermice în zona Oradea – Băile Felix și zona Crișului Repede, unde temperatura apei ajunge la 80-90°C și la o presiune de 15 bar. Rezervele din această zonă se estimează la cca. 76 mil.m3 anual. La o folosire cu un randament de numai 10% s-ar putea economisi energia echivalentă a 270000 t lignit pe an.

3.4.3. Hidroenergia

De secole apa este utilizată pentru acționarea sistemelor mecanice, iar în zilele noastre este larg utlizată pentru producerea de energie electrică în centrale hidroelectrice (vezi cap. 2.2.3.). O centrală se servește de puterea unei căderi de apă. Cu cât apa are o energie potențială mai ridicată (cade de la înălțime mai mare), cu atât se poate produce mai multă energie electrică. O mare hidrocentrală se compune dintr-un baraj, care închide un lac de acumulare, de unde se reglează debitul de apă care va acționa turbinele hidraulice. Lacurile de acumulare construite pentru centralele hidroelectrice pot fi dăunătoare pentru mediu: cursurile de apă din aval seacă, ducând la pierderea de terenuri agricole productive. Barajele distrug habitatul specii lor sălbatice, modifică speciile vegetale și animale ale ecosistemelor și blochează migrația peștilor.

Hidroenergia este o sursă de energie regenerabilă, care în Uniunea Europeană asigură aproape 84% din electricitatea produsă de energiile regenerabile și 13% din producția totală de energie electrică.

Marile centrale hidroelectrice au ajuns la maturitate pe plan tehnic și sunt deja bine exploatate. Este convenabil mai curând să li se acorde atenție microhidrocentralelor cu o capacitate sub 10 MW, care oferă un potențial remarcabil, până acum neexploatat, astfel încât aportul hidroenergeticii de mică anvergură ar trebui să fie semnificativ pentru acoperirea viitoarelor nevoi energetice. O mică instalație hidroenergetică are un impact neglijabil asupra mediului, comparativ cu o mare hidrocentrală, întrucât microhidrocentrala nu are nevoie de lac de acumulare, o parte din cursul râului fiind deviat pentru acționarea turbinelor, iar restul apei continuând să curgă prin albia râului, ceea ce permite ca procesele acvatice să se desfășoare neperturbat.

3.4.4. Energia solară

a) Potențialul radiațiilor solare

Soarele este la originea tuturor formelor de energie pe care le-au descoperit și de care s-au servit oamenii. Energia solară se poate transforma în alte forme de energie: mecanică, termică sau electrică.

Particularitățile și dificultățile de folosire a acestei energii sunt:

resursă inepuizabilă, nepoluantă și disponibilă, practic, pe tot globul;

resursă difuză, variabilă după anotimp și nebulozitate și intermitentă (cu alternanțe noapte/zi);

decalajul între însorire (cea mai puternică în timpul verii) și cererea de căldură pentru încălzire (cea mai puternică în timpul iernii);

slaba densitate energetică (900 kWh/m2 la nord – 1600 kWh/m2 la sud)

b) Captarea și concentrare a radiației solare

Energia solară poate fi valorificată prin colectarea acestei energii cu ajutorul captatoarelor solare și prin utilizarea celulelor solare.

Captatorul solar este un convertor heliotermic, al cărui scop este convertirea energiei solare în căldură. Captatoarele solare pot fi utilizate cu concentrarea sau fără concentrarea radiației solare.

Captatoarele fără concentrarea radiației au ca domeniu de aplicație instalațiile cu temperaturi moderate (sub 1000C peste temperatura ambiantă), cum sunt:

instalații solare de încălzire a apei menajere;

instalații de încălzire și climatizare a clădirilor;

instalații de uscare;

instalații de distilare a apei .

În cele mai multe cazuri suprafața absorbantă este plană și captatoarele respective sunt denumite „captatoare plane” (mai există captatoare cilindrice, semicilindrice, etc.). În fig.3.9. este reprezentat schematic un captator plan tipic.

Fig.3.9.

Părțile sale principale sunt:

suprafața neagră absorbantă a radiației solare, înzestrată cu mijloace de transfer a energiei absorbite către un fluid purtător de căldură;

una sau mai multe suprafețe transparente pentru radiația solară (geamuri), așezate deasupra suprafeței absorbante, care are rolul de a reduce pierderile de căldură prin convecție și radiație către mediul ambiant;

izolația termică a suprafeței absorbante, prevăzută pentru a reduce pierderile de căldură prin conducție;

carcasa.

În esență, funcționarea captatorului plan se bazează pe încălzirea suprafeței absorbante sub acțiunea radiației solare directe sau difuze. Căldura este transmisă fluidului aflat în contact termic – direct sau indirect – cu suprafața absorbantă; apoi, prin circularea acestui fluid, căldura este transportată spre alte elemente ale instalației în care este integrat captatorul. Drept fluid purtător de căldură se folosește, în mod curent, apa sau aerul.

Captatoarele cu concentrarea radiației utilizează sisteme optice bazate pe reflexie sau refracție pentru a mări densitatea fluxului de radiație care cade pe suprafața de captare a receptorului. Concentratoarele de radiație cele mai cunoscute sunt oglinzile concave (sferice sau parabolice) și lentilele convergente.

Oglinzile concentratoare se realizează din aluminiu sau sticlă metalizată, dintr-o singură piesă, sau din mai multe oglinzi plane orientate corespunzător. De exemplu, cu oglinzile cilindro-parabolice (fig.3.10.) se obțin concentrări de până la 10.

Fig.3.10.

Schimbarea înclinării captatorului se face periodic, chiar numai odată pe lună. Domeniul lui de temperaturi este de 100 – 230°C, putând fi folosit pentru condiționarea aerului, producerea aburului tehnologic, pomparea apei, producerea de energie electrică prin ciclu termodinamic cu vapori de apă.

Fig.3.11.

Concentratorul sferic fix cu receptor mobil este format dintr-o parte a unei oglinzi sferice plasată în poziție staționară în fața soarelui și dintr-un colector liniar care urmărește soarele printr-o mișcare de pivotare (fig.3.11.).

După încercările pe prototipuri se estimează că acest tip de concentrator sferic va putea fi utilizat pentru producerea energiei electrice pe cale solară pentru puteri de la 10 la 100 MW cu un cost mai scăzut decât al centralelor nuclearoelectrice.

c) Conversia energiei solare în energie termică destinată încălzirii

Încălzirea solară a apei la temperaturi relativ scăzute (sub 100°C), în scopuri menajere sau industriale, constituie un domeniu în care energia solară a cunoscut cea mai extinsă utilizare în ultimii 35 de ani. Actualmente, mai multe milioane de încălzitoare solare de apă funcționează în peste 12 țări: Japonia, Australia, Israel, Franța, SUA, Maroc, ș.a.

Fig.3.12.

Fig.3.13.

Elementele de bază ale unei instalații solare de încălzire a apei (fig.3.12.) sunt captatorul solar 1 și unitatea (rezervorul) de stocare termică 2.

Circulația apei între captator și rezervorul de stocare se poate realiza fie natural (fără pompă), prin termosifon, fie forțat, cu o pompă de circulație 3.

Climatizarea locuințelor cu ajutorul energiei solare se poate realiza în sistem pasiv sau activ. În fig.3.13. se prezintă schița unui sistem pasiv de încălzire solară experimentat la Odeillo (Franța). Sistemul utilizează un perete vertical masiv de beton 1, orientat spre sud, care este vopsit în negru și este acoperit cu două geamuri 2. Grosimea peretelui este de cca. 20 cm., iar spațiul dintre geamuri și perete este de 10-20 cm. Peretele îndeplinește atât funcțiunile captatorului, cât și pe cele ale unității de stocare. Orificiile practicate în partea inferioară și cea superioară a peretelui permit circulația aerului prin spațiul dintre geamuri și perete, și prin încăpere. Această circulație are loc prin convecție naturală (termosifon), nefiind necesare ventilatoare. Energia auxiliară este asigurată cu ajutorul unor încălzitoare electrice montate în încăpere. În timpul sezonului cald sistemul poate fi modificat pentru a permite climatizarea încăperii. Pentru aceasta se obturează orificiul din partea superioară a peretelui; aerul cald din interior este trimis spre exterior, realizându-se o ventilație naturală prin admisia în încăpere a aerului rece.

Există și aplicații industriale ale energiei termice obținute prin conversia energiei solare, cum sunt:

cuptoarele solare;

pompe solare;

instalații frigorifice solare;

instalații solare de uscare.

d) Centrale electrice solare

Centralele electrice solare se bazează pe conversia energiei solare în energie termică, care este utilizată într-un ciclu termodinamic.

În 1976, pentru prima dată în istoria energeticii, o centrală electrică solară, cea de la Odeillo, în munții Pirinei – Franța, a debitat energie electrică pe o rețea națională de distribuție. În fig.3.14. se prezintă schema unei centrale electrice solare cu captatoare (oglinzi) cilindro-parabolice. Ceea ce în figură apare schematizat ca o singură oglindă 1, reprezintă de fapt un câmp de oglinzi cilindro-parabolice, care pot fi distribuite cu diverse orientări și diverse mișcări (E-V, N-S, etc.). Factorul de concentrare al radiației solare, realizat în receptoarele concentratoare de radiație 2, este de 25-30, agentul termic primar 3 având o temperatură medie de 200-220°C. Transferul căldurii între fluidul primar și cel secundar (apă – abur) se realizează în cazanul acumulator de căldură 4.

Fig.3.14.

Este experimentată o gamă mare de sisteme, cu diverse tipuri de captatoare și de receptoare de radiație solară.

e) Energia solară fotovoltaică

Conversia directă a energiei solare în energie electrică bazată pe efectul fotovoltaic constituie unul din mijloacele cele mai atractive de a utiliza energia solară, datorită valorilor ridicate ale puterii specifice produse, siguranței în funcționare și întreținerii ușoare. Utilizări cunoscute sunt ceasurile, radiourile și unele calculatoare de buzunar fotovoltaice. Dezavantajele actuale ale sistemului sunt costul ridicat (vezi anexa nr. 3) și dificultatea de a stoca mari cantități de energie electrică în scopul utilizării ulterioare, în comparație cu relativa ușurință de a stoca căldură.

Celulele solare – celule fotovoltaice, au fost utilizate până nu demult ca surse de energie doar în aplicațiile spațiale. Pentru aplicații terestre singurele sisteme de putere, de conversie directă, comercial disponibile, sunt cele bazate pe celule cu siliciu monocristalin și pe celule cu sulfură de cadmiu.

Sistemele fotovoltaice pot fi autonome, sau conectate la rețeaua electrică. Un modul de celule fotovoltaice se compune din 40 de celule; 10 astfel de module sunt montate pe panouri fotovoltaice, care pot măsura câțiva metri lățime. Pentru a asigura alimentarea cu energie electrică a unei case sunt necesare 10-20 de module, care pot fi amplasate pe acoperiș. Racordând sistemul de captatori solari la rețeaua locală de electricitate, este posibil să se vândă energia electrică excedentară societății publice de distribuție. Noaptea sistemul se alimentează din rețeaua locală de electricitate. În locurile izolate, unde nu este posibil un sistem racordat la rețea, se pot utiliza baterii de acumulatoare pentru stocarea curentului. În acest caz este necesară supradimensionarea instalației solare fotovoltaice în scopul obținerii unei cantități suficiente de electricitate în perioadele însorite, atât pentru alimentare a consumatorilor casnici, cât și pentru stocarea unei părți în bateriile de acumulatoare. Noaptea sistemul se comută pe baterii.

Germania este lider european în materie de energie fotovoltaică (80% din sistemele din Europa, racordate la rețeaua electrică): în 2002 ea era dotată cu o putere instalată totală de 278 MW, din care 92% era racordată la rețea. Germania este urmată de, Italia, Spania, Franța și Austria.

Din punct de vedere al mediului, tehnologia fotovoltaică de producere a electricității prezintă un important avantaj față de tehnologiile clasice cu combustibili fosili: nu au nici o emisie de CO2 sau de alți poluanți în timpul funcționării. În același timp, trebuie ameliorată durata de viață a celulelor solare (15 – 20 de ani în prezent), îmbunătățirea randamentului lor (în prezent acesta fiind de circa 15%), iar pentru ca soluția să devină interesantă economic, reducerea costului acestor celule (de 5 ori).

Principala problemă de mediu pusă de sistemele fotovoltaice este legată de utilizarea, în timpul procesului de fabricație, de compuși toxici, cum sunt sulfura de cadmiu și arsenura de galiu. Aceste substanțe chimice nu sunt biodegradabile, sunt foarte toxice și remanența lor în mediul ambiant poate dura secole; de aceea depozitarea captatorilor scoși din funcțiune poate prezenta un pericol ecologic major. Acest inconvenient ar putea fi suprimat prin utilizarea de celule fotovoltaice pe bază de siliciu, mai ieftine, mai ușor de fabricat și cu un randament mai mare.

3.4.5. Energia eoliană

Fig.3.15. Câmp eolian

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată de puterea vântului. Vântul se formează deoarece Soarele nu încălzește Pământul uniform, fapt care creează mișcări de aer. Energia cinetică din vânt poate fi folosită pentru a roti niște turbine, care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine pot produce 5 MW, deși aceasta necesită o viteză a vîntului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 km/oră. Puține zone de pe Pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai mari și în zone oceanice.

Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi,și, turbine noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creștere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste 25 % din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice. Se crede că potențialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată în prezent. Acest nivel de exploatare ar necesita ca, 12,7% din suprafața Pământului (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de turbine, presupunând că un kilometru pătrat de teren ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătățirea randamentului turbinelor și a soluțiilor tehnice utilizate.

Trebuie menționat că, între anii 1999 și 2006, producția energiei eoliene a crescut, practic, de cinci ori, ajungând, ca, în unele țări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ:Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

În luna aprilie 2008, capacitatea fermelor eoliene din lume era de 100.000 MW, reprezentând 1,3% din consumul global de energie electrică.

Puterea care poate fi captată de un aerogenerator este proporțională cu suprafața S [m2] a palelor sale lovite de vânt și cu viteza vântului w [m / s]:

Datorită caracterului aleatoriu al vitezei vântului și, în consecință, a variațiilor de viteză ale rotorului aeroturbinei, este practic imposibilă funcționarea interconectată a generatoarelor electroeoliene a căror frecvență nu este constantă (independentă de viteza de rotație). De aceea, utilizarea instalațiilor autonome de putere mică, ținând seama de investiția specifică redusă și de cheltuielile de exploatare mici, constituie o soluție recomandabilă în zone inaccesibile, pentru consumatori locali, pentru irigații și desecări, etc.

Pentru a funcționa la frecvența industrială este necesară utilizarea unor sisteme modulatoare trifazate prin care frecvența se poate menține constantă la valoarea dorită (50 Hz) cu tensiunea reglabilă. Asemenea dispozitive au fost deja proiectate, dar sunt încă foarte costisitoare.

Puterea turbinelor eoliene produse variază de la câțiva Watt până la 5 MW (prototip). Cele mai mari capacități instalate le au Germania (12001 MW în 2002, acoperind 4,7% din nevoile de energie electrică), Spania (4830 MW), Danemarca (2880 MW, acoperind 20% din nevoile de energie electrică). În Germania, puterea medie a turbinelor era în 2002 de 1,4 MW, iar în unele cazuri înălțimea turnurilor și diametrul rotoarelor depășea 100m.

Considerăm că este bine să se amintească și părțile componente ale unei turbine eoliene, precum și funcționarea acesteia.

Părțile componente ale unei turbine

pale-forma și concepția lor este esențială pentru a asigura forța de rotație necesară. Acest design este propriu fiecărui tip de generator electric;

nacela- conține generatorul electric asigurând și o protecție mecanică;

pilon- asigură structura de susținere și rezistență a asamblului superior;

fundație- asigură rezistența mecanică a generatorului eolian.

Fig.3.16.

Fig.3.17.

Funcționarea unei turbine eoliene

Sistemul se bazează pe un principiu simplu. Vântul pune în mișcare palele care, la rândul lor acționează generatorul electric. Sistemul mecanic are în componență și un multiplicator de viteză care acționează direct axul central al generatorului electric. Curentul electric obținut este, fie transmis spre înmagazinare în baterii și folosit apoi cu ajutorul unui invertor DC-AC (în cazul turbinelor de mică capacitate), fie livrat direct rețelei de curent alternativ (AC) spre distribuitori.

Fig.3.18.

Energia eoliană în România

Conform Programului privind strategia energetică a României, în 2010 țara noastră va trebui să asigure din surse regenerabile 33 % din consumul intern brut, cota urmând să ajungă la 35% în 2015 și la 38% în anul 2020.

Prezentăm, în continuare, o hartă a României cu potențial energetic eolian.

Fig.3.19.

Conform unui studiu PHARE, potențialul eolian al României este de circa 14 000 MW putere instalată, respectiv 23 000 GWh, producție de energie electrică pe an. Acesta este potențialul total. Considerând doar potențialul tehnic și economic amenajabil, de circa 2500 MW, producția de energie electrică corespunzătoare ar fi de aproximativ 6000GWh pe an, ceea ce ar însemna 11% din producția totală de energie electrică a țării noastre.

Pentru a întelege semnificația cifrelor de mai sus consideram că este necesar să subliniem câteva lucruri:

6000 GWh se pot obține prin aderarea a 6,5 milioane tone de cărbune, 1,5 miliarde m3 de gaz sau 1,2 milioane tone păcură;

6000 GWh = 1 200 000 tone păcură = 300 000 000 $ anual, altfel spus o reducere a imporurilor de păcură cu peste 1,2 milioane tone și o economie anuală de peste 300 milioane de dolari.

6000 GWh energie electrică produsă în termocentrale pe cărbune, duc la eliminarea în atmosferă a peste 7 milioane tone bioxid de carbon. Prin producerea aceleiași cantități de energie în centralele eoliene emisiile de bioxid de carbon ar fi zero.

6000 GWh energie electrică produsă în centrale eoliene ar duce la crearea unui număr de peste 7.500 locuri de muncă permanente și cel puțin încă pe atât locuri de muncă temporare. În Germania, făcând comparație între numărul de locuri de muncă din domeniul energiei eoliene și cel al energiei nucleare, raportul este de 10 la 1 în favoarea energiei eoliene. Aceeași unitate energetică creează de 10 ori mai multe locuri de muncă.

Prin reducerea emisiilor de CO2 se pot obține avantaje economice consistente. În momentul de față, dată fiind importanța deosebită pe plan european a măsurilor de protejare a mediului, există o piață pe care se tranzacționează unități de emisii de CO2 , mai exact spus, de reducere a emisiilor de CO2. Prețul pe tonă de reducere de CO2 a ajuns la un moment dat la valoarea de 30 euro, stabilizându-se ulterior la circa 20 euro/tonă de CO2. Se estimează,însă, o creștere la tranzacționarea până la 40 euro/tonă sau chiar mai mult. Sunt analiști care estimează că prețul pe tona de CO2 va ajunge la 100 euro în 2012.

Prin comercializarea emisiilor de CO2 , România ar putea obține peste 150 milioane euro anual. Emisiile de CO2 asociate sectorului energetic au o importanță foarte mare , fiind răspunzătoare pentru mai mult de 50% din efectul cumulat al emisiilor de gaze cu efect de seră, emisii al căror efect principal este cel al modificărilor climatice.

Investițiile necesare în domeniul energiei eoliene sunt de circa 1 milion euro/MW instslat. O capacitate instalată de 100 MW presupune o investiție de circa 100 milioane euro. Deși pare o cifră mare este de reținut faptul că investiția s-ar putea amortiza în aproximativ 7 ani, termen extrem de rezonabil pentru o investiție energetică.

Riscurile ambientale sunt legate de zgomotul produs, afectarea peisajului de către parcurile eoliene, pericolul pentru păsări, interferența cu transmisiile electromagnetice. Apropierea de zonele locuite este un factor de care trebuie să se țină seama pentru acceptarea instalațiilor eoliene de către populație.

3.4.6. Energia valurilor și a mareelor

Valurile mărilor și oceanelor, mareele, sunt o sursă permanentă de energie total nepoluantă și gratuită. O altă posibilitate rezultă din conversia în energie electrică a diferenței de temperatură dintre apa de la suprafață a mărilor calde și cea de la adâncime.

De asemenea, la vărsarea fluviilor în mare, prin amestecarea apei dulci cu cea sărată, se risipește o cantitate enormă de energie, care s-ar putea recupera prin osmoză.

Aceste procedee au fost puțin utilizate, în principal, din cauza costului ridicat al instalațiilor necesare.

Dificultățile actuale legate de utilizarea energiei valurilor sunt:

valurile oceanice au dispersie mare și este greu să se concentreze energia în mod eficient, întrucât aceasta are o densitate scăzută;

mărimea valurilor are o fluctuație mare datorită vremii, ceea ce face dificilă generarea unei energii constante și stabile;

valurile oceanice sunt neuniforme, cuprinzând valuri de diferite înălțimi și lungimi, venind din direcții diferite;

construirea și întreținerea instalațiilor din largul oceanului este mai dificilă decât a celor de pe țărm.

Principiul de funcționare al centralei acționate de valuri (fig.3.15.) este următorul:

Când frecvența de oscilație a unei coloane cilindrice plutitoare (flotorul) coincide cu frecvența valurilor, aceasta va intra în rezonanță și va oscila pe verticală cu o înălțime de câteva ori mai mare decât înălțimea valurilor. Prin aceasta se imprimă o forță de rotație unei elici atașate la partea inferioară a flotorului. În timp ce flotorul se mișcă în sus și în jos, elicea se rotește întrun singur sens, datorită pasului ei variabil comandat automat. Energia valurilor poate fi transformată în energie electrică prin cuplarea unui generator electric la arborele elicei, prin intermediul unui angrenaj multiplicator și al unui volant.

Fig.3.20.

Danemarca a abordat un program special „Programul danez pentru exploatarea energiei valurilor” vizând să dezvolte mijloace economice și fiabile de conversie a energiei valurilor.

Țările situate în vecinătatea oceanelor și mărilor deschise pot valorifica energia mareelor prin realizarea centralelor mareomotrice. În Uniunea Europeană numai coastele maritime ale Franței și ale Marii Britanii au maree suficient de mari pentru a face interesantă o astfel de centrală.

Mareele – oscilațiile periodice ale nivelului mărilor și oceanelor deschise datorită atracției lunii și soarelui – dezvoltă o putere de ordinul a 109 MW, dar partea tehnic amenajabilă din această putere este mică și implică investiții foarte mari.

Un număr limitat de locuri din lume au o amplitudine suficientă a mareelor pentru a justifica construirea unei centrale.

Prima realizare importantă în domeniu este centrala mareomotrice Rance, din Franța, cu o putere de 240 MW (24×10 MW) pusă în funcțiune în 1966. Pentru utilizarea energiei mareelor s-a construit un dig, care, închizând un golf creează un bazin de acumulare (fig.3.16.).

Vanele permit umplerea bazinului la flux, iar o galerie în care se montează turbina hidraulică asigură golirea bazinului la reflux, producând forța motrice (sistem cu simplu efect).

O problemă deosebită a acestor centrale o reprezintă variația puterii produse, funcție de periodicitatea mareelor.

Riscurile ambientale sunt legate de fluctuațiile nivelului apei, care modifică curenții, transportul și depozitele de sedimente, fapt ce afectează biodiversitatea ecosistemului.

Pentru moment, aceste energii nu par suficient de mature în termeni tehnologiei și ai oportunității pieței.

Fig.3.21.

CAPITOLUL 4

RISCURILE AMBIENTALE ASOCIATE TRANSPORTULUI

4.1. Transportul combustibililor energetici

Cu excepția unui mic număr de cazuri când energia este disponibilă local, uzinele de tratare a combustibililor aprovizionează utilizatorii (de exemplu centralele termoelectrice, sau centralele nuclearoelectrice) mai apropiați sau mai îndepărtați cu diverse mijloace de transport.

De fiecare dată când combustibilul este deplasat sau tratat, operația generează deșeuri. Petrolul, cărbunele și uraniul trec prin mai multe etape de rafinare și de tratare, care utilizează energie și produc deșeuri. Odată aceste operații terminate, combustibilul este transportat până la destinația prevăzută.

În ultimii ani riscurile scurgerilor și a mareelor negre în timpul transportului au crescut din cauza intensificării traficului pe rutele maritime ale lumii. Chiar dacă ar fi preferabilă utilizarea rețelelor de oleoducte pentru transportul petrolului, acest lucru nu este întotdeauna fezabil, astfel încât transportul maritim va fi viabil multe zile și de-acum încolo. Reducerea consumului de petrol este una dintre manierele posibile de reducere a factorilor de risc și a impactului negativ asupra mediului.

În pofida existenței unor reglementări foarte clare pentru puritatea aerului, care stabilesc normele de emisie a poluanților datorați utilizării energiei, poluarea aerului datorată utilizării combustibililor fosili rămâne unul din impacturile majore ale producției asupra mediului înconjurător. Arderea cărbunelui, a hidrocarburilor și a gazului va polua aerul prin emisiile de particule, de CO2, de oxizi de azot (NOx) și în unele situații de oxizi de sulf. În afara efectului de seră, de reîncălzire globală a planetei, a ploilor acide și a altor efecte deja menționate, trebuie semnalat că această poluare aduce un risc crescut de apariție a tot felul de afecțiuni acute sau cronice în materie de sănătate publică. Diverse studii de specialitate au pus în evidență legătura dintre poluarea prin emisii de particule, suficient de fine pentru a fi inhalate, și afecțiunile cele mai grave, în special cancerul pulmonar și alte patologii cardio-pulmonare.

4.2. Transportul energiei electrice

Principalele tipuri de poluări pe care rețelele electrice le au asupra mediului înconjurător sunt:

Poluare vizuală – deteriorarea peisajului;

Poluare sonoră – zgomote produse de funcționarea sau de vibrarea conductoarelor rețelelor electrice și în special a transformatoarelor; zgomote produse de fenomenul corona la liniile de înaltă și foarte înaltă tensiune (descărcări autonome și incomplete concentrate în jurul elementelor aflate sub tensiune);

Poluare electromagnetică – efecte sonore și luminoase ale efectului corona; perturbări radio și ale emisiunilor de televiziune; câmpul electric; efecte asupra ființe lor umane;

Poluare psihică și pericole de accidente – teama provocată de apropierea de rețelele electrice și de efectele vizuale și sonore ale acestora; accidente, cazuri mortale;

Poluare ecologică – ocuparea terenurilor; defrișarea pădurilor; protecția naturii și a peisajului; influența asupra instalațiilor și construcțiilor.

Limitarea efectelor negative ale poluării vizuale produse de liniile electrice aeriene (LEA) se poate face prin estetica stâlpilor, prin camuflarea LEA cu zone împădurite și prin folosirea denivelărilor terenului. Miniaturizarea posturilor de transformare, înglobarea lor în construcțiile pe care le deservesc, mascarea stațiilor de transformare și conexiuni prin plantații de pomi, precum și miniaturizarea aparatajului de comutație primară (separatoare, întreruptoare, etc.) sunt alte măsuri de limitare a poluării vizuale. În privința poluării electromagnetice, pentru a menține nivelul perturbațiilor în mediul ambiant sub nivelul admisibil (nivel de compatibilitate) este necesară cunoașterea acestor perturbații, monitorizarea lor și adoptarea de măsuri eficiente pentru limitarea lor.

4.3. Transportul mărfurilor și pasagerilor

Transporturile constituie unul din sectoarele principale de utilizare a energiei și de poluare a mediului urban.

Eficiența energetică a transportului, cu precădere a celui interurban, este scăzută.

Ea atinge cel mult 20% și din această cauză cantitatea de carburant folosită pentru automobile reprezintă o cotă sensibilă în consumul de energie primară al locuitorilor din aglomerațiile orășenești. În țările cu transport auto individual dezvoltat, consumul de energie primară pentru deplasarea în interiorul orașelor poate să se ridice până la 30% din consumul de combustibil pentru încălzirea locuințelor și la peste 10% din ansamblul surselor de energie primară în societatea respectivă.

În SUA transportul auto reprezintă 20% din consumul de energie primară, din care jumătate este folosit în interiorul orașelor.

Motoarele cu ardere internă cu aprindere prin scânteie, sau cele Diesel, sunt caracterizate prin temperaturi ridicate în camerele de combustie, de excese de aer de ardere mari (peste 2, în general) și de durate extrem de reduse ale combustiei (în medie, 1/100 secunde). În aceste condiții, principalele emisii de noxe care apar sunt următoarele:

oxizi de azot (NOx), care pot atinge 50-70% din oxizii de azot emiși pe raza localităților;

compuși organici volatili, datorați arderilor incomplete și evacuărilor de hidrocarburi nearse;

oxid de carbon;

fum, cu particule carbonizate de funingine; acesta apare în special la motoarele Diesel (cu autoaprindere) având sistemul de injecție al motorinei uzat și decalibrat și pulverizare proastă a carburantului în cilindri; fumul apare mai ales în momentele de demarare;

dioxid de sulf, în funcție de conținutul de sulf din carburantul folosit;

dioxid de carbon, direct proporțional cu cantitate a de carburant folosită.

Emisiile de noxe din transporturile rutiere urbane au un caracter ciclic, cu periodicitate zilnică și săptămânală și depind de densitatea traficului (fluid, puțin fluid, foarte congestionat).

Un program important pentru reducerea poluării ar putea consta în:

implementarea unui sistem cu senzori pentru controlul poluării produse de vehiculele aflate în mișcare, cu posibilitatea eliminării acestora din fluxul în deplasare;

îmbunătățirea vehiculelor învechite, în sensul reducerii noxelor eliminate în mediul ambiant;

cumpărarea vehiculelor vechi de către autorități și casarea acestora.

Soluții pentru tipurile și categoriile de motoare termice existente.

Se estimează că reducerea consumului de carburant prin ameliorări constructive poate micșora emisia de CO2 cu cel puțin 20-30%. În SUA se estimează că emisiile de noxe ale motoarelor „curate” cu carburanți petrolieri pot fi reduse cu peste 90%. O soluție este descurajarea transportului cu tracțiune Diesel în mediul urban, datorită consecințelor negative ale funcționării acestor motoare în stare rece, la mers în gol și cu încărcări frecvente și brutale, specifice rulării în oraș. O altă soluție este folosirea de benzină cu caracteristici ameliorate, denumită „curată”. Această benzină „reformulată” va conține o cantitate suplimentară de oxigen (2%), limitând emisia de hidrocarburi incomplet arse și CO. Se are în vedere și limitarea circulației în funcție de tipul autovehiculelor și de felul transportului, respectiv de existența sau nu a instalațiilor catalizatoare pentru reducerea oxizilor de azot la eșapamente.

Dioxidul de azot, concentrat la sol, se transformă sub acțiunea radiațiilor solare ultraviolete, mai ales în timpul verii, în oxid de azot, iar oxigenul eliberat produce, prin combinarea cu moleculele de O2 din aer, O3, adică ozon. Efectul secundar al concentrării de ozon este „smogg-ul” atmosferic ce se acumulează ca o calotă peste oraș, cu numeroase consecințe negative pentru sănătate, în principal afecțiuni respiratorii.

Alte măsuri pentru reducerea poluării sunt:

utilizarea în măsură cât mai mare a transportului public în comun și promovarea transportului în comun electric;

reglementarea transportului de aprovizionare comercială în afara perioadelor de aglomerație și vârf;

exigența în privința autorizării circulației fiecărui vehicul în interiorul orașelor, în funcție de nivelul de emisii produse de vehiculul respectiv și controlul periodic al acestuia;

reglementarea cât mai corectă a circulației urbane pentru a asigura fluența și durata minimă a staționării, fără supraaglomerări;

crearea unei proceduri pentru avertizare a și alertarea populației în caz de depășire a pragurilor critice a concentrațiilor de oxizi de azot și compuși organici volatili (cancerigeni), în punctele critice, îndeosebi la intersecții;

crearea unor artere fluente de rocadă pentru fluxul circulației de tranzit, astfel încât circulația în oraș să se reducă la strictul necesar.

Soluții alternative de sisteme de tracțiune și de carburanți pentru autovehicule sunt:

a) automobilele electrice, care limitează emisia de noxe cu circa 95%, dar au raza de acțiune limitată (circa 150 km), cost de achiziție și de întreținere ridicat;

b) vehicule hibride, cu tracțiune electrică pentru circulația în oraș, dotate cu motor auxiliar de mică putere pentru circulația în exterior;

c) folosirea de carburanți din biomasă, metanol sau etanol, sau din prelucrarea chimică a metanului, respectiv a cărbunelui;

d) folosirea de „carburanți curați”, producând exclusiv CO2 și vapori de apă, precum gaz metan comprimat (GNC), propan sau butan, deci gaze din petrol lichefiate (GPL). Soluția este limitată la autovehicule cu o alimentare centralizată (autovehicule publice).

Contaminarea mediului cu derivați de plumb a crescut odată cu dezvoltarea industrială și în particular datorită utilizării benzinei cu plumb. În prezent, circa 60 de țări au eliminat benzina cu plumb și aproape 85% din benzina comercializată este fără plumb.

Vehiculele electrice, zise „vehicule cu emisii zero” sunt obiectul cercetărilor pentru ameliorarea performanțelor, iar pe plan ecologic problemele puse încă de plumbul și cadmiul utilizate la bateriile de acumulatori urmează să se atenueze pe măsura folosirii noilor generații de baterii și a reciclării bateriilor vechi. O altă problemă de mediu a vehiculelor electrice este aceea a transferului de emisii. În sens strict, un vehicul electric nu este veritabil cu emisii zero, decât dacă electricitatea utilizată pentru reîncărcarea bateriilor provine direct de la o sursă de electricitate curată și reînnoibilă. În caz contrar, dacă electricitatea este produsă într-o centrală tradițională, problema emisiilor este transferată la nivelul centralei.

CAPITOLUL 5

CONSERVAREA ENERGIEI. EFICIENȚĂ ENERGETICĂ

5.1. Conceptul de conservare a energiei

Obiectivul central al politicii de conservare a energiei este obținerea aceluiași efect util cu consumuri reduse de energie.

Pentru eliminarea unor confuzii și interpretări greșite trebuie făcută precizarea că nu există nici o legătură între politica de conservare a energiei și o politică de austeritate energetică, sau de sacrificiu impus unor categorii de consumatori prin limitarea sau întreruperea alimentării cu energie în anumite perioade de timp.

Conceptele de bază ale conservării energiei, care stau la baza activității complexe de management al energiei sunt:

a) economisirea energiei, adică măsuri sau rezultate ale acțiunilor întreprinse de producătorii și utilizatorii de energie pentru a evita risipa (de exemplu: limitarea mersului în gol al utilajelor, evitarea supraîncălzirii spațiilor de locuit, etc.);

b) utilizarea rațională a energiei, adică utilizarea energiei de către consumatori în modul cel mai potrivit pentru realizarea obiectivelor, cu luarea în considerare a restricțiilor sociale, politice, financiare, ecologice, etc. (de exemplu: încălzirea prin sisteme de producere combinată de energie electrică și căldură – cogenerare);

c) substituirea unor forme de energie și procese prin altele mai bine adaptate, adică măsuri ce se referă la schimbări făcute deliberat ca parte a unei politici energetice, în afara motivelor economice, tehnologice sau ecologice (de exemplu: substituirea gazului natural cu praful de cărbune la furnalele metalurgice sau la cuptoarele de ciment).

Considerată în trecut ca un răspuns la creșterea prețului energiei, astăzi conservarea energiei a primit un sens nou: este vorba de reducerea impactului asupra mediului al utilizării energiei. Consumând mai puțină energie pentru a obține aceleași servicii se economisește de asemenea și costul necesar pentru repararea stricăciunilor deja făcute mediului înconjurător.

5.2. Principalele componente ale politicilor pentru eficiența energetică

Eficiența energetică este una dintre direcțiile principale ale restructurării economice, pentru că:

reduce consumurile ineficiente;

contribuie la creșterea competitivității produselor;

reduce importul de resurse primare;

reduce impactul asupra mediului ambiant.

Politica pentru eficiență energetică trebuie să reprezinte o componentă de bază a politicii în domeniul energiei, a fiecărei țări. În ultimele decade, se constată la nivel internațional o orientare a politicii energetice spre cererea (consumul) de energie.

Politicile energetice orientate spre consum se bazează pe conceptul de utilizare rațională a energiei. Aceasta presupune implementarea acelor măsuri, în instalațiile utilizatoare de energie, care sunt eficiente economic și deci care conduc la costuri cu energia mai scăzute atât pentru consumatori, cât și pentru societate, în ansamblu.

Promovarea creșterii eficienței în utilizarea energiei se poate realiza prin:

a) politica pentru eficiență energetică, desfășurată prin implicarea statului, care poate apela la următoarele instrumente:

informare și conștientizare;

educație energetică;

reglementări și acorduri (înțelegeri) voluntare;

instrumente economice și financiare;

cercetare, dezvoltare și proiecte demonstrative;

participarea furnizorilor de energie, a autorităților locale.

b) funcționarea pieței pentru eficiență energetică, în care proiectele pentru creșterea eficienței sunt activități profitabile – afaceri, desfășurate de participanții la această piață:

guvernul;

consumatorii de energie;

organizațiile pentru eficiență energetică;

furnizorii de energie;

furnizorii de echipamente;

companiile de servicii energetice;

instituții financiare.

Informarea și conștientizarea se realizează prin:

Informarea generală, care este o soluție foarte utilă pentru a conștientiza consumatorul în sensul utilizării eficiente a energiei; această informare se asociază, de regulă, cu alte instrumente;

Informarea asupra caracteristicilor de consum, poate fi mai eficientă și se realizează prin analize (audituri) energetice la consumatori, măsurarea și urmărirea consumului de energie;

Etichetarea energetică a aparatelor și echipamentelor consumatoare de energie, care are drept scop principal informarea cumpărătorilor asupra consumurilor energetice, în condiții standard, pentru a putea estima valorile facturilor energetice și a putea decide prin prisma acestor costuri, investiția care trebuie făcută în momentul cumpărării.

Educația energetică are un rol deosebit de important în contextul trecerii unei societăți de la o economie centralizată la o economie de piață bazată pe inițiativă deoarece trebuie să producă „șocul” necesar schimbării de mentalități, de comportament și, ceea ce este foarte important, trebuie să compenseze efectul negativ al unor acțiuni desfășurate anterior, conform unor directive prestabilite. Educația energetică trebuie desfășurată în două direcții principale:

către specialiștii din sectorul energetic prin cursuri de instruire energetică în cadrul structurilor existente de formare profesională, cursuri care să fie adresate factorilor de decizie, planificatorilor, producătorilor de echipamente și aparate;

către utilizatorii de energie, prin informări și acțiuni de promovare a eficienței energetice.

Reglementările și întelegerile voluntare sunt instrumente cu impact mai mare, concretizate sub forma standardelor pentru creșterea eficienței energetice a echipamentelor și aparatelor, eficiența energetică a clădirilor (în domeniul eficienței termice), a sectorului transporturi (în domeniul utilizării combustibililor). Scopul acestor standarde este să elimine, în timp, de pe piață produsele cu eficiență energetică redusă. Exemple de standarde: pentru izolarea termică a clădirilor noi, pentru aparate electrocasnice, etc.

Înțelegerile voluntare se fac, de regulă, între industrie și guvern, pentru reducerea emisiilor de CO2 în sectorul energetic, sau reducerea consumului de combustibil la autoturismele noi, etc.

Instrumentele economice și financiare asigură fonduri pentru investiții în proiecte de eficiență energetică, care sunt eficiente economic, dar care nu s-ar fi realizat de către consumatori spontan, nestimulat.

Aceste instrumente, care sunt utilizate în majoritatea țărilor industrializate, cuprind:

prețurile la energie;

sisteme de taxe și subvenții;

donații guvernamentale;

scheme de finanțare moderne: fonduri cu destinație specială pentru eficiența energetică, fonduri regenerabile, leasing, finanțare prin terți, înțelegeri join-venture.

5.3. Intensitatea energetică

Odată cu reorientarea politicii energetice spre o opțiune conservativă se impune și o reconsiderare a indicatorilor de performanță prin care se evaluează situația unei țări și progresele realizate în aplicarea politicii de tip nou.

Se constată în acest sens o scădere a importanței indicatorilor cantitativi, cum sunt producția (consumul) de energie pe locuitor, sau rata de creștere a producției (consumului) de energie, precum și orientarea spre indicatori calitativi exprimați în unități fizice, cum este consumul specific (tcc/unitatea de produs), sau exprimați valoric, cum este intensitatea energetică.

Intensitatea energetică este raportul între consumul intern brut, sau consumul final energetic și produsul intern brut (PIB).

Spre deosebire de consumul specific, utilizarea intensității energetice prezintă avantajele:

numitorul exprimat valoric permite calculul acestui indicator atât la nivel macroeconomic (național), cât și la nivel microeconomic, în întreprinderi cu o varietate mare de produse (de exemplu: industria textilă, industria alimentară), unde consumul specific pentru fiecare tip de produs este greu de calculat și nerelevant;

numitorul exprimat valoric permite luarea în considerare și a unor factori cum sunt rata de schimb, puterea de cumpărare, etc. și ca atare, acest indicator este relevant nu numai pentru performanța procesului tehnologic, dar și pentru dezvoltarea economică generală.

Indicatorul intensitate energetică trebuie privit totuși cu prudență (vezi fig.5.1. comparația intensității energetice în câteva țări, în 1990). O comparație corectă trebuie făcută între țări cu structură economică similară. Astfel, deși intensitatea energetică a României este de 2-2,5 ori mai mare decât a țărilor din Uniunea Europeană, această comparație nu reflectă nivelul tehnologic scăzut al economiei românești și, în special al industriei, ci mai ales, diferența de structură macroeconomică.

Astfel, România produce 50% din PIB în industrie, în timp ce țările comunitare numai 30-35%. Ca urmare, structura macroeconomică a României este energointensivă prin concepție și nu neapărat neperformantă tehnologic. Opțiunea politică pentru o astfel de structură macroeconomică a fost specifică țărilor CAER bazate pe dezvoltarea industriei grele.

Fig.5.1.

5.4. Efecte pozitive la nivelul societății ale aplicării politicilor de utilizare eficientă a energiei

Creșterea eficienței energetice are efecte benefice economice, financiare și strategice, care se pot grupa în beneficii la nivelul societății, a fumizorilor de energie și a consumatorilor de energie.

Beneficiile la nivelul societății sunt:

reducerea cantității de resurse primare de energie utilizate;

reducerea importului de resurse primare de energie;

creșterea competitivității produselor;

reducerea impactului negativ asupra mediului înconjurător;

dezvoltarea pieței de echipamente și tehnologii eficiente energetic;

crearea de noi locuri de muncă;

îmbunătățirea condițiilor de viață;

creșterea siguranței în aprovizionarea cu resurse primare și respectiv, cu energie;

creșterea calității serviciilor, în condiții de competitivitate.

La nivelul unei locuințe, de exemplu, dacă se compară consumul între o locuință standard cu una care-și optimizează utilizarea energiei, este posibilă o reducere a consumului de 35-40% pe an. De aceea ar fi de luat în considerare elaborarea unui plan pentru conservarea energiei, care să vizeze reducerea necesarului de energie, cu respectarea mediului, prin următoarele măsuri (avantajoase financiar):

izolarea pereților, plafonului și înlocuirea ferestrelor cu dublu vitraj cu unele având geamuri termoizolante și etanșe la infiltrațiile de aer;

izolarea conductelor de apă caldă;

reglarea cazanului și a boilerului la „cald” în loc de „foarte cald”;

montarea de termostate reglabile pe calorifere;

utilizarea de becuri economice în loc de cele convenționale, cu incandescență;

utilizarea de metode de substituire a aerului condiționat, de exemplu prin ventilatoare în toată locuința, răcorire prin evaporare, perdele la ferestre și perdele de arbori pentru umbră;

utilizarea de produse reflectoare în amestec cu vopseaua tencuielii exterioare a pereților, care păstrează căldura în interior iarna și o reflectă vara;

sensibilizarea copiilor pentru ecologie și grija față de mediu.

Conservarea energiei este un important mijloc de reducere a riscurilor ambientale și a atenuării impactului sectorului energetic asupra mediului. Economia de energie este în fapt un mijloc de respectare a acordurilor internaționale asupra reducerii emisiilor de CO2, în speță Protocolul de la Kyoto.

CAPITOLUL 6

DREPTUL MEDIULUI ȘI „DREPTUL” ENERGIEI

Deși la început de drum, „dreptul” energiei cuprinde o serie de norme care se referă și la diferite aspecte privind protecția mediului.

Principala diferență dintre cele două domenii – energia și mediul – rezidă din aceea că „dreptul” energiei urmărește, cu precădere exploatarea surselor de energie, pe când dreptul mediului are ca principal obiectiv stabilirea raporturilor privind protecția, conservarea și dezvoltarea/ameliorarea mediului.

Cele două domenii sunt în mod evident și legate, deoarece economisirea energiei, utilizarea sa eficientă și promovarea surselor de energii regenerabile, reprezintă modalități de protejare a surselor naturale și de utilizare rațională și durabilă a acestora.

Instrumentele utilizate în dreptul mediului, dar și al energiei sunt: dispoziții legislative, în special directive fixând norme de calitate de mediu (niveluri de poluare), norme aplicabile procedurilor industriale (norme de emisii, de concepție, de exploatare), norme aplicabile produselor (limite de concentrație sau de emisie pentru un produs dat), programe de acțiune în favoarea protecției mediului, programe de ajutor financiar.

6.1. Considerații privind energiile regenerabile

Termenul de energie regenerabilă este folosit, în mod uzual pentru a desemna o sursă de energie a cărei utilizare nu produce epuizarea definitivă a resursei sale.

Astfel se face distincția față de energia neregenerabilă, a cărei principală sursă o reprezintă combustibilii fosili, cu rezerve finite și continuu epuizate.

Un alt termen des utilizat îl reprezintă „energia verde” sau nepoluantă; el este folosit pentru a nuanța semnificația termenului de „energie regenerabilă”.

Pentru ca o sursă de energie să fie încadrată în categoria regenerabilă, trebuie să se țină cont de criteriul conform căruia, sursa respectivă poate sau nu fi utilizată fără a-și epuiza rezervele.

În prezent, problema clasificării tipurilor de energie în categoria de „energie verde” constituie subiectul unor aprinse dezbateri.

Pe plan internațional, unul dintre exemplele semnificative ale importanței acordate energiilor regenerabile îl constituie Protocolul de la Kyoto, ratificat și de România prin Legea nr. 3/2001.

Un alt exemplu îl reprezintă Directiva privind promovarea energiilor produse din surse regenerabile de energie pe piața internă de energie a U.E.

Promovarea surselor regenerabile de energie este recunoscută ca măsură prioritară, deoarece exploatarea acestor surse contribuie la protecția mediului, dezvoltarea durabilă, asigurarea securității alimentării cu energie și la posibilitatea îndeplinirii țintelor de reducere a emisiilor cu efect de seră, asumate conform Protocolului de la Kyoto.

Directiva 77/2001/EC solicită statelor membre să stabilească indicative pentru consumul de energie electrică generată din surse regenerabile, în vederea asigurării pe termen mediu a unei penetrări mai accentuate pe piața internă de energie electrică a energiei produse din surse regenerabile.

Un aspect particular al „dreptului” energiei regenerabile este cel legat de noțiunea „drepturi pentru nepoluare”, adică drepturi atribuite pentru generarea de energii din surse regenerabile, aparte de drepturile pentru producerea fizică de energie electrică.

În cadrul rețelelor interconectate la nivelul consumatorului nu se poate identifica dacă și în ce proporție energie respectivă a fost produsă prin arderea combustibililor fosili sau prin utilizarea unor surse regenerabile. Deci, compararea de energie regenerabilă sau „verde” nu este o tranzacție atât de simplă, ca în cazul comparării unui produs distinct, identificabil. În acest sens, au fost concepute pe plan internațional, variate tipuri de „drepturi verzi”.

6.2. Politica UE în sectorul energiei

Principalele directive ale politicii din sectorul energiei în cadrul Uniunii Europene sunt:

liberalizarea sectorului și

reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră.

În contextul liberalizării pieței sunt asigurate premisele apariției pe piață a energiilor regenerabile (cadrul legislativ), dar în termeni practici, penetrarea pe piață este dificilă datorită lipsei de competitivitate, care caracterizează producerea de energie regenerabilă.

În baza angajamentelor asumate conform Protocolului de la Kyoto, UE are o țintă a reducerii emisiilor de gaze cu efect de seră cu 8% față de nivelul de referință al anului 1990, în perioada 2008-2010. În acest sens un rol important îl are dezvoltarea surselor de energiei regenerabilă. Comisia Europeană a estimat ca până în anul următor (2010) 21,1% din consumul de energie internă trebuie să fie acoperit din surse de energie regenerabilă. În acest scop se impune adoptarea unor strategii ambițioase în domeniul energiilor regenerabile la nivelul tuturor statelor membre.

Suportul politic pentru energiile regenerabile a fost justificat și prin alte argumente, cum ar fi:

– beneficiile de mediu, sub aspectul reducerii poluării aerului la nivel local;

– crearea unor locuri de muncă în zone rurale și izolate;

– reducerea dependenței de importul de energie;

– crearea unor oportunități de export pentru industriile naționale.

În cadrul politicilor din domeniul energiilor regenerabile se disting patru categorii de instrumente: economice, de reglementare, de informare, voluntare.

Instrumentele politice aplicate în sectorul energiilor regenerabile variază de la un stat membru la altul, funcție de dependența de resurse energetice, dar și de modificările politice.

6.3. Certificatele „verzi” comercializabile

Ideea certificatelor „verzi” comercializabile a apărut la începutul anilor ’90, în SUA. În Europa primul sistem a fost creat în Olanda, în 1988, apoi treptat și alte state europene au început să-și dezvolte sisteme similare.

În 1999 s-a conturat o inițiativă a industriei energiei electrice, respectiv aceea de a promova utilizarea certificatelor „verzi” comercializabile în Europa: Sistemul Certificatelor de Energie Regenerabilă (Renewable Energy Certificate System) – RECS. La ora actuală organizația include companii de energie, organizații de mediu și autorități publice și are ca obiectiv crearea unei piețe internaționale pentru certificatele „verzi” care să funcționeze în baza unor reguli proprii.

6.3.1. Piața certificatelor verzi

Piața certificatelor verzi se bazează pe două instrumente politice tradiționale:

– o cotă de energie (voluntară sau obligatorie);

– un mecanism de certificare.

Scopul este – pe de o parte – de a crea o cerere pentru energie electrică produsă din surse regenerabile (cote), iar pe de altă parte, o ofertă garantată de alimentare cu energie electrică din surse regenerabile (certificatele).

Instrumentul, în esență, se bazează pe mecanismul de reglare de tip comandă (cota) și control (certificarea), elementul de noutate constând în adăugarea unui mecanism de piață, care să guverneze relația dintre operatorii cărora li se acordă certificate.

Piața certificatelor verzi este complet separată de piața fizică de energie, iar prețul certificatelor este ca atare dependent de cererea și oferta, specifice pentru certificate, nu de prețul electricității pe piața spot.

Deci, certificatele servesc atât ca sursă suplimentară de venituri, cât și ca dovadă de îndeplinire a cotei. În acest fel producătorii de energie obțin certificate „verzi” pentru cantitatea de energie regenerabilă pe care o generează și sunt abilitați să le vândă pe piața certificatelor verzi.

Pe de altă parte, legea impune cote de certificate verzi pentru o anumită categorie de agenți implicați: consumatorii finali (Danemarca), furnizorii de energie (Belgia, Marea Britanie), administratorii de rețea (Belgia), producătorii de energie (Italia). Respectivilor agenți li se solicită să cumpere un anumit număr de certificate pentru a-și îndeplini cota.

Sistemul poate funcționa și în absența impunerii cotelor legale, cum este cazul Olandei, unde cererea se bazează pe două elemente:

– o cerere voluntară de certificate din partea furnizorilor de energie, în conformitate cu un angajament colectiv pentru energie regenerabilă;

– cererea consumatorilor finali, care beneficiază de o reducere a taxelor, dacă, consumă energie regenerabilă.

Sistemul poate fi sugestiv ilustrat printr-un exemplu: o turbină eoliană produce energie regenerabilă. La contor, energia regenerabilă este separată în două „produse”:

– energia electrică fizică;

– certificatul pentru mediu.

Energia fizică produsă din surse regenerabile este introdusă în rețeaua de distribuție, unde nu se mai poate distinge de energia produsă din surse conveționale. Energia fizică este vândută de proprietarul turbinei eoliene, ca și în cazul energiei produse de toate celelalte instalații tradiționale pentru generarea energiei electrice, la un preț fixat prin contracte bilaterale sau pe piața spot. Certificatul verde, care exprimă o cuantificare a beneficiilor de mediu ale energiei generate din surse regenerabile se poate tranzacționa complet independent de piața fizică a energiei.

CAPITOLUL 7

LIMITAREA EMISIILOR DE NOXE ÎN ATMOSFERĂ

7.1. Măsuri legislative pentru protecția mediului

Temerile legate de stratul de ozon, efectul de seră și ploile acide au devenit subiect de interes public de-abia în ultimii treizeci de ani.

Primul factor poluant este industria, cu o mențiune specială pentru centralele termoelectrice. Concentrarea unor unități de conversie de mare capacitate în zone cu arie relativ restrânsă contribuie la atingerea unor emisii considerabile de agenți poluanți. Probleme delicate apar și în cursul procesului de dispersie în atmosferă a noxelor, astfel încât nivelul de emisie se impune să fie menținut în limite acceptabile.

Al doilea factor poluant major este reprezentat de transporturi. În mediul urban, transportul rutier reprezintă principala sursă a emisiilor de NOX.

Poluarea mediului a devenit o problemă social-economică contemporană, care a luat proporții de așa manieră, încât s-a impus adoptarea de măsuri legislative pentru limitarea acțiunilor ei nocive.

La Conferința Națiunilor Unite privind Mediul și Dezvoltarea, care a avut loc la Rio de Janeiro în 1992 s-a adoptat „Declarația de la Rio” în care se precizează că singura cale pentru o dezvoltare economică pe termen lung a omenirii este protejarea mediului, care trebuie să facă obiectul unui echitabil parteneriat, atât între guvernele țărilor, cât și între sectoare importante ale societății. Printre principiile de la Rio sunt:

Oamenii au dreptul să trăiască și să muncească într-un mediu sănătos, în armonie cu natura;

Națiunile vor trebui să coopereze pentru conservarea, protejarea și restabilirea sănătății și integrității ecosistemelor;

Poluatorul trebuie să suporte costul poluării;

Națiunile trebuie să se anunțe una pe cealaltă în cazul dezastrelor naturale sau a activităților care ar putea produce un impact transfrontieră;

Națiunile trebuie să elaboreze legi de mediu și să-și dezvolte legislația națională privind datoria față de victimele poluării.

În România protecția și conservarea mediului înconjurător constituie o problemă de interes național. Se semnalează Legea Protecției Mediului nr. l37 din 29.12.1995 cu referire generală la următoarele activități care sunt supuse procedurii de evaluare a impactului asupra mediului pentru eliberarea acordului și/sau autorizației de mediu: transporturi, energie (producție, transport și stocare), construcții hidrotehnice, eliminarea deșeurilor și a ambalajelor, apărarea națională, sport, turism, agrement, industrie, alte lucrări sau instalații.

Protecția mediului ambiant și a resurselor naturale este un factor important în stabilirea și derularea programelor de restructurare și dezvoltare economică. Armonizarea legislației naționale cu cea internațională trebuie să fie ideea centrală a dezvoltării cadrului legislativ. Ordinul nr. 462/1993 elaborat de Ministerul Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului (MAPPM) fixează „Norme de limitare a emisiilor de poluanți pentru instalațiile de ardere”.

Laboratorul de poluare și protecție a mediului din ICEMENERG a conceput o metodologie de elaborare a studiilor și analizelor de impact (audit) pentru termocentrale, care a primit avizul favorabil al MAPPM. O analiză de impact asupra mediului (audit) conține în principiu următoarele:

Prezentarea în detaliu a obiectivului auditat (flux tehnologic, producție);

Date referitoare la amplasament, vecinătăți, surse antropice și naturale de poluare învecinate;

Situația mediului din punct de vedere ecologic;

Identificarea aportului termocentralei la poluarea factorilor de mediu;

Materii prime utilizate, reactivi utilizați, substanțe cu caracter poluant;

Zgomot și vibrații, probleme de protecție a muncii și de sănătate profesională;

Potențial de periculozitate a obiectivului, planuri de urgență;

Evaluarea impactului obiectivului asupra mediului;

Recomandări de remediere a stărilor cu potențial ridicat de impact asupra mediului;

Recomandări pentru viitoarea analiză de impact și propuneri asupra fixării duratei acesteia (2, 3, sau 5 ani).

7.2. Supravegherea emisiilor

Supravegherea emisiilor necesită aparate care să măsoare și să înregistreze continuu și/sau intermitent concentrația noxelor în gazele de ardere.

Aparatele de măsură trebuie etalonate de instituții competente, la intervale de 3 ani pentru CTE având puteri mai mari de 300 MW, respectiv la 5 ani pentru celelalte.

Pentru supravegherea emisiilor la CTE cu puteri mai mari de 50 MW sunt necesare aparate și instalații care să poată măsura în gazele de ardere uscate, sau umede:

Debitul (apă sau abur), în t/h;

Emisia de praf, în mg/mN3;

Emisia de SO2, în mg/ mN3;

Emisia de NOx, în mg/ mN3;

Emisia de CO, în mg/ mN3;

Concentrația de CO2, în %;

Concentrația de (O2), în %.

Pentru supravegherea emisiilor se impune raportarea lor la concentrații volumice de bază ale oxigenului în fum, OB, conform tabelului 7.1.

Tabelul 7.1.

Recalcularea valorilor măsurate CM ale concentrației noxelor gazoase se face ținându-se seama că etalonarea aparatelor s-a făcut pentru valoarea de referință de 0°C pe de o parte, dar și de situațiile când valorile măsurate ale concentrației oxigenului în gazele de ardere OM=(O2) sunt diferite de cele indicate în tabelul 7.1., notate cu OB.

Relația de recurență este:

Recalcularea emisiilor sub formă de praf trebuie să ia în considerare, în afară de concentrația de oxigen, și temperatura de funcționare la care s-au făcut măsurătorile, deoarece instalațiile de determinare a concentrației de praf măsoară conținutul de praf pentru 1 m3 de gaz, în condițiile reale de funcționare și nu în cele normale.

Relația de calcul este:

în care: CM este valoarea măsurată a concentrației de praf, în ;

t este temperatura la care s-a măsurat concentrația.

7.3. Calculul emisiei de noxe produse în instalațiile de ardere

7.3.1. Generalități

Principalele emisii de poluanți evacuate la coșurile de fum ale cazanelor de abur și apă caldă sunt emisiile de SO2 și NOx (cu efecte sinergice la scară regională), emisiile de pulberi – cenușă zburătoare (cu efecte la scară locală) și emisiile de CO2 (cu efecte la scară globală).

Determinarea corectă a emisiilor de poluanți se realizează pe baza măsurătorilor efectuate cu aparatură specializată. În situația în care nu se dispune de această aparatură, pentru postevaluări pe diferite perioade de timp, inclusiv pentru întocmirea inventarelor și a rapoartelor statistice, pentru verificări ale încadrării în norme, precum și pentru elaborarea unor prognoze, evaluarea emisiilor se face conform „Metodologie de evaluare operativă a emisiilor de SO2, NOx, pulberi (cenușă zburătoare) și CO2 din centralele termice și termoelectrice”, indicativ PE -1001/1994. Metodologia poate fi aplicată și de alte unități interesate care nu dispun de metodologii proprii, fiind în concordanță cu cea folosită în prezent în țările Uniunii Europene. Metoda se bazează pe utilizarea factorilor de emisie.

Cantitatea de poluant evacuat în atmosferă se determină cu relații de forma:

unde:

Factorul de emisie reprezintă cantitatea de poluant evacuat în atmosferă, raportată la unitatea de căldură introdusă cu combustibilul în cazan.

În cazul utilizării mai multor tipuri de combustibil, cantitatea de poluant se determină prin însumarea cantităților calculate pentru fiecare dintre aceștia.

7.3.2. Modele de calcul pentru factorii de emisie pentru fiecare poluant

Poluant SO2

unde:

Observație:

La calculele de prognoză se recomandă folosirea următoarelor valori pentru concentrațiile de sulf în combustibil (S %):

– lignit: 1,15

– huile mixte și șlam (inclusiv din import): 2,15

– păcură din țară: 1

– păcură din import: 3

Valori recomandate pentru r:

– lignit: 0,2

– huilă: 0,05

– păcură și gaze: 0

Poluant NOx

Factorii de emisie pentru acest poluant sunt prezentați în tabelul următor:

*Se determină prin produsul dintre debitul de combustibil introdus în cazan (kg/s sau Nm3/s) și puterea calorifică inferioară a combustibilului (MJ/kg sau MJ/ Nm3).

Observație:

Valorile prezentate în tabelul anterior corespund pentru o sarcină a cazanului de 100%. În cazul funcționării cazanului la sarcini parțiale se utilizează următoarea corecție:

unde:

– factorul de emisie la sarcina X%;

– factorul de emisie la sarcina 100%;

– L sarcina cazanului, cuprinsă între 50% și 100%;

– a coeficient în funcție de tipul combustibilului, având următoarele valori:

– Cărbune pulverizat: 0,85

– Păcură: 0,75

– Gaze naturale: 0,5

Poluant pulberi (cenușă zburătoare):

unde:

Observație:

În postcalcul, se vor folosi valori medii efectiv rezultate din exploatare pentru elementele care intră în formulă.

La calcule de prognoză se recomandă utilizarea următoarelor valori:

– Lignit: A=40%

– Huilă din țară: A=30%

– Huilă din import: A=20%

– X=15%

– Y=97-99%

Emisia de particule la arderea păcurii se neglijează dar pentru calcule riguroase se poate considera A = 0,1%, care se evacuează integral la coș.

Poluant CO2

Factorii de emisie pentru CO2 sunt cei adoptați în prezent în țările Comunității Economice Europene și sunt prezentați în tabelul următor:

Valorile din tabelul anterior pot fi folosite în calculele de prognoză. Pentru calcule mai exacte se utilizează formula următoare:

unde:

7.3.3. Verificarea încadrării în norme

Concentrația poluantului în gazele evacuate se calculează astfel:

unde:

Valoarea lui c astfel obținută se compară cu valoarea de referință precizată în Ordinul Ministerului Apelor, Pădurilor și Protecției Mediului nr. 462/01.07.1993 pentru aprobarea Condițiilor tehnice privind protecția atmosferică și Normelor metodologice privind determinarea emisiilor de poluanți atmosferici produși de surse staționare – Anexa 2 Norme de limitare a emisiilor de poluanți pentru instalațiile de ardere.

La calcule de prognoză c poate fi determinat astfel:

unde:

poate avea următoarele valori:

– lignit: 480

– huilă: 380

– păcură: 290

– gaze naturale: 320

7.4. Reducerea emisiilor de praf

7.4.1. Bilanțul material al cenușii

În cazul arderii combustibililor solizi, gazele rezultate conțin importante cantități de cenușă. Concentrația acesteia în gazele de ardere depinde în principal de conținutul de cenușă A [kg/kg] al combustibilului și de tehnologia de ardere. Nu este posibilă separarea unei cantități mai mari de cenușă în focarele cu arderea cărbunelui în stare de praf și evacuarea cenușii în stare pulverulentă. Pentru a realiza un grad mai mare de reținere a cenușii în focar se apelează, atunci când este posibil din punct de vedere tehnic și rentabil din punct de vedere economic, la procedeul evacuării cenușii în stare lichidă.

Fig. 7.1.

În fig. 7.1. s-a reprezentat schematic traseul cenușii într-un cazan de abur cu arderea cărbunelui în stare pulverizată. Se remarcă gradul ridicat de antrenare a cenușii de către gazele de ardere, din focar: xa = 0,85 – 0,95.

În tabelul 7.2. sunt prezentate valorile uzuale ale gradului de antrenare a cenușii xa pentru diferite tipuri de focare, în funcție de tehnologia de ardere și de natura combustibilului folosit.

Tabelul 7.2.

7.4.2. Instalații pentru desprăfuirea gazelor de ardere

Particulele solide conținute în gazele de ardere se compun din cenușa zburătoare, cocs zburător și funingine. Comportarea particulelor din norul de praf depinde de o mulțime de factori, și anume:

diametrul particulelor;

forma particulelor;

viteza de sedimentare;

proprietăți fizice (electrice, de aderență, de solubilitate) ale particulelor concentrația prafului în mediul gazos.

Alegerea tipului constructiv și dimensionarea instalațiilor de desprăfuire trebuie să se realizeze în funcție de acești factori.

Amestecurile bifazice praf – gaz sunt instabile și tind să se separe, în timp, în cele două componente (faze). Factorii activi principali care provoacă această instabilitate sunt:

forța gravitațională, sub acțiunea căreia particulele soli de se separă repede în fluide aflate în repaus;

mișcarea browniană, datorită căreia particulele mici au tendința să coaguleze, formând particule mai mari și să accelereze astfel procesul de sedimentare;

forța de inerție, care conduce la separarea fazei solide din faza gazoasă, ori de câte ori apar variații de viteză, ca mărime și sens;

câmpul electric, sub acțiunea particulele de praf se încarcă electric și pot fi astfel separate din curentul de gaze, cu ajutorul unor separatoare, ce au polaritate electrică de sens opus.

Instalațiile folosite pentru descenușarea gazelor de ardere se împart, în consecință, în patru grupe mari:

separatoare pe bază de forțe masice, numite filtre mecanice uscate, gravitaționale (cicloane);

separatoare umede, numite filtre mecanice umede;

separatoare electrice, numite filtre electrostatice;

separatoare cu medii filtrante, numite filtre mecanice totale (tip sac).

În tabelul 7.3. sunt trecute în revistă instalațiile folosite pentru reducerea emisiilor de praf.

Tabelul 7.3.

7.4.3. Electrofiltre

De maximă importanță sunt filtrele electrostatice, care prin performanțele lor permit să se mențină emisia de cenușă la coș în limite acceptabile.

Electrofiltrele prezintă, față de alte soluții tehnice, următoarele avantaje:

consum specific de energie electrică redus, între 0,05 și 0,5 kWh/1000m3 gaz epurat;

rezistență hidraulică foarte mică, cuprinsă între 20 și 150 Pa;

grad înalt de desprăfuire;

posibilitatea de automatizare completă a procesului de desprăfuire;

construcție relativ simplă, relativ ușor de reparat și exploatat.

Electrofiltrul funcționează pe principiul ionizării gazelor într-un câmp electric obținut prin aplicarea unei tensiuni continue de cca. 30-70 kV între un sistem de electrozi (fig.7.2.).

Filtrul se compune dintr-un număr de electrozi constituiți din fire subțiri, legați la polaritatea negativă, numiți electrozi de ionizare sau corona 1, și un sistem de suprafețe legate la pământ, respectiv la polaritatea pozitivă, formând electrozii de depunere a cenușii 2. Printre electrozi circulă gazele de ardere în direcție orizontală. Electrozii de ionizare se construiesc cu diametru mic, cu muchii vii și vârfuri, pentru a produce în jurul lor o descărcare cât mai intensă.

Fig. 7.2.

Legarea lor la polaritatea negativă urmărește același scop, întrucât mobilitatea ionilor negativi este mai mare și efectul corona mai intens. Particulele de cenușă se încarcă cu sarcini electrice și sunt supuse unor forțe în câmpul electric, care le deplasează spre electrozii de depunere. Curățirea cenușii depuse pe electrozii de depunere este făcută prin scuturarea lor la intervale de timp cu ajutorul unor ciocănele mecanice. Puterea instalată a unui electrofiltru este de 20-100 kW.

Principalele părți componente ale unui electrofiltru sunt:

carcasa;

scheletul de susținere;

echipamentul interior, care cuprinde electrozii de ionizare (emisie) și de depunere, inclusiv anexele acestora;

echipamentul de înaltă tensiune.

S-a dezvoltat o gamă largă de soluții constructive, clasificate după următoarele criterii:

1. Direcția de trecere a mediului bifazic, după care se deosebesc:

electrofiltre orizontale;

electrofiltre verticale.

2. Starea depunerilor separate, după care se deosebesc:

electrofiltre uscate, caz în care particulele separate au aspect de praf uscat;

electrofiltre umede, caz în care particulele separate sunt în stare lichidă sau sub formă de șlam.

3. Geometria sistemelor de electrozi, după care se deosebesc:

electrofiltre cu sistem plan de electrozi, cele mai răspândite; ele echipează electrofiltrele orizontale;

electrofiltre cu sistem concentric de electrozi, care se aplică în electrofiltrele verticale;

electrofiltre cu sistem mixt de electrozi.

4. Numărul de câmpuri electrice, după care se deosebesc:

electrofiltre cu un singur câmp, cu utilizare restrânsă datorită fiabilității reduse și a unui grad de separare mai mic;

electrofiltre cu două câmpuri;

electrofiltre cu mai multe câmpuri.

5. Utilizarea unor sisteme de separare suplimentară, după care se deosebesc:

electrofiltre simple;

electrofiltre combinate, precedate de un separator mecanic.

7.5. Reducerea emisiilor de oxizi de sulf și de azot

a) Măsuri de reducere a concentrației de SO2 în gazele de ardere evacuate la coș:

Procedee ce acționează asupra combustibilului, care se aplică la toate categoriile de combustibili: gazoși, lichizi sau solizi; eficiența desulfurării poate atinge 99% în cazul combustibililor gazoși; la combustibilii lichizi se face o tratare chimică în timpul procesului de rafinare, care duce însă la o creștere a prețului cu aproximativ 30%;

Procedee ce acționează asupra produselor de combustie, cum sunt desulfurarea în focar în timpul arderii folosind diverși aditivi (cel mai folosit este dolomita CaCO3 + MgCO3) și desulfurarea gazelor de ardere după ieșirea din cazan prin pulverizare de Ca(OH)2 sau CaO în gazele de ardere; eficiența acestor procedee este de 60-85%;

b) Măsuri de reducere a emisiilor de oxizi de azot

Producția de NOx în timpul proceselor de combustie este direct legată de temperatură și de excesul de oxigen. Pentru reducerea acestor emisii sunt vizate două categorii de măsuri :

Acțiuni în timpul arderii: ardere în mai multe trepte, cu exces redus de oxigen și recircularea în focar a gazelor de ardere pentru a limita temperatura flăcării;

Acțiuni asupra gazelor de ardere: reducere catalitică sau necatalitică utilizând ca substanță activă amoniacul (sau ureea), iar drept catalizator oxidul de titan. Eficiența poate ajunge la 70-90%.

Limitările privind emisiile de praf, SO2 și NOx sunt tot mai severe pentru instalațiile de ardere industrială, inclusiv cele din CTE. În tabelul 7.4. sunt prezentate limitele de emisii intrate în vigoare în cadrul Comunității Europene începând cu 1 ianuarie 1999. Ele vor afecta doar instalațiile puse în funcțiune după această dată. În paranteze sunt prezentate comparativ nivelurile admisibile aflate în vigoare înainte de 1999.

Tabelul 7.4.

Respectarea acestor măsuri implică, în mod obligatoriu, generalizarea unor procedee de înaltă eficiență vizând filtrarea gazelor de ardere. Costurile deosebit de ridicate aferente acestor măsuri pot descuraja pe viitor utilizarea cărbunelui și a păcurii grele în instalațiile de mare capacitate, în favoarea gazului natural.

CAPITOLUL 8

MANAGEMENTUL DEȘEURILOR ÎN DOMENIUL ENERGIEI

8.1. Aspecte de reglementare în domeniul managementului deșeurilor

Producerea deșeurilor în România, în mod deosebit a celor industriale, a fost direct influențată de lungul proces de restructurare început în economie în anul 1990, cu diferitele sale perioade marcate de declin (1990-1992), apoi de o ușoară revenire, dar cu scăderea producției (1993-1999) și continuată de un trend crescător ce se menține și în prezent. Deși mult scăzută față de 1990, producția industriilor cu potențial de generare a deșeurilor a continuat astfel încât la nivelul anului 2002 statisticile menționează circa 368 milioane tone deșeuri industriale de diferite proveniențe: construcții 0,1%; energetică 3,1 %; prelucrări 3,2%; minerit 93,6%.

Tot potrivit statisticilor pentru anul 2002, la nivel european cantitățile de deșeuri industriale generate, exprimate pe cap de locuitor, nu au fost cu mult mai mari decât în țările Europei Centrale și de est. În România sunt raportate 1979 kg/locuitor, ceea ce nu diferă mult față de țări ca Polonia (3204 kg/locuitor) sau Cehia (3333 kg/locuitor), însă diferă mult de Bulgaria (11003 kg/locuitor). Astfel de date, precum și alte informații colectate și prelucrate în perioada 1995-2000, au stat la baza elaborării Planului Național de Gestionare a Deșeurilor (PNGD). Scopul acestui plan este de a crea cadrul necesar dezvoltării și implementării unui sistem integrat de gestionare a deșeurilor, eficient din punct de vedere ecologic și economic.

În elaborarea documentelor Strategiei Naționale de Gestionare a Deșeurilor (SNGD), aprobate prin HG nr. 1470/2004, țara noastră a trebuit să respecte cerințele legislației europene din acest domeniu. Aceste acte normative evidențiază responsabilitățile ce revin atât autorităților, cât și operatorilor, ca urmare a transpunerii legislației europene de mediu în domeniul gestionării deșeurilor. Documentul care guvernează acest domeniu este OUG nr. 78/2000 privind regimul deșeurilor, modificată prin Legea nr. 426/2001.

Strategia României privind managementul deșeurilor are ca obiectiv principal realizarea unei reduceri importante a volumelor de deșeuri generate prin îmbunătățirea inițiativelor de prevenire a producerii deșeurilor, printr-o utilizare mai eficientă a resurselor și printr-o trecere mai mare spre modele de consum durabile. Pentru realizarea acestui obiectiv au fost stabilite ca ținte:

a) Reducerea cantității de deșeuri care merg la depozitarea finală cu aproximativ 20% până în 2010, comparativ cu 2000, și cu 50% până în 2050;

b) Reducerea volumului de deșeuri periculoase generate cu aproximativ 20% până în 2010, comparativ cu 2000, și cu 50% până în 2020.

Cadrul general privind managementul deșeurilor este realizat prin implementarea Legii nr. 426/2001 privind regimul deșeurilor și a cerințelor de autorizare specifice stipulate prin legea mediului (Legea nr. 137/1995) și a normativelor specifice domeniului.

În conformitate cu prevederile cerințelor de autorizare a activităților de mediu, urmează să se adopte o abordare „integrată” a problematicii deșeurilor în cadrul procesului de autorizare a agenților economici. Această abordare „integrată” creează condițiile pentru ca gestionarea deșeurilor să se desfășoare într-un cadru comprehensiv. Autoritățile competente cărora le revin atribuții și responsabilități pentru gestionarea deșeurilor sunt Ministerul Mediului și Gospodăririi Apelor (MMGA) și Agenția Națională pentru Protecția Mediului (ANMP) prin departamentele de specialitate.

Conform responsabilităților stabilite legal, activitatea de management al deșeurilor este obligația generatorului. Un element major al implementării legislației de gestiune a deșeurilor este costul implicat de binecunoscutul principiu „poluatorul plătește”. Aceste costuri, traduse prin dotări, autorizări, evidențe, costuri de transport, depozitare și tratare finală a deșeurilor, nu numai că trebuie luate în calcul, dar trebuie înțelese ca o necesitate impusă, fără de care nu se poate realiza „civilizat” un produs finit în condiții de calitate. La nivel național, din nefericire, există puține firme autorizate în preluarea și tratarea deșeurilor funcție de specificul încadrării și clasificării acestora (acest aspect fiind deficitar pentru gama largă a deșeurilor periculoase).

Problema discrepanței mari între cerere și ofertă pe „piața deșeurilor” duce inevitabil la acumulări de cantități mari de deșeuri la generatori. Pentru ca noțiunea de management a deșeurilor să aibă finalitatea benefică pentru mediul înconjurător, este necesară implicarea Autorităților de Reglementare într-un proiect de stimulare a unor investitori în piața deșeurilor.

8.2. Managementul deșeurilor solide din centralele cu cărbune

Producția de energie a României se bazează în mare parte pe centralele termoelectrice care folosesc drept combustibil principal cărbunele din producția internă. Calitatea inferioară a acestuia și conținutul ridicat de cenușă au condus la o producție anuală de zgură și cenușă de circa 10 milioane tone, la un consum anual de circa 30 milioane tone cărbune. Aceasta trebuie depozitată în proporție de circa 95%, gradul de utilizare în economie fiind redus datorită slabei preocupări și calității mediocre.

8.2.1. Sistemele actuale de evacuare și depozitare a zgurii și cenușei

Zgura extrasă de sub focarele cazanelor este răcită cu apă, concasată și evacuată din sala cazanelor în stare umedă. La toate instalațiile moderne, din cauza volumelor de transportat nu se aplică decât transportul hidraulic. Cenușa eliminată din pâlnia drumului II de gaze și din pâlniile filtrelor de cenușă poate fi extrasă pe cale hidraulică sau pe cale uscată.

Fig. 8.1. Schema de evacuare hidraulică a cenușei

În fig. 8.1. este arătată schema unei instalații în care evacuarea se face hidraulic. Zgura răcită în bazinul cu apă 2 este preluată de banda transportoare 1, concasată în concasorul 3 și trimisă prin jgheabul de transport 4, împreună cu cenușa antrenată prin injecții de apă de către pompa de apă 8, prin conductele 9, în bazinul de cenușă 7. Toate punctele de colectare ale zgurei și cenușei (pâlniile 5) sunt etanșate hidraulic prin zăvoarele hidraulice 6, având în vedere că presiunea din interiorul traseului de gaze diferă de cea atmosferică. Canalele 4 au panta minimă de 1% și sunt căptușite cu materiale rezistente la eroziune și coroziune. De-a lungul acestor canale continuă să se se injecteze din loc în loc apă pentru antrenare. Hidroamestecul realizat este în raportul 1 : 6 – 1 : 10 (zgură și cenușă/apă).

Din bazinul 7 care colectează întreg noroiul, materialul este evacuat în continuare spre depozit cu ajutorul unor pompe speciale de noroi, numite pompe Bagger. Conductele spre depozit 11, având pantă coborâtoare continuă, pot asigura transportul pe distanța 4-5 km.

Volumul depozitului de cenușă este dat de expresia:

în care:

b – consumul specific mediu anual de combustibil, în kg/kWh;

a – conținutul de cenușă;

u – umiditatea sedimentului în depozit;

p – densitatea materialului sedimentat, în kg/m3;

Ean – energia electrică produsă anual, în kWh.

Depozitul se formează cu ajutorul unor diguri de pământ 1, care închid bazinul de decantare 2 (fig.8.2.). Apa din bazin se scurge prin deversare în puțurile de golire 3 și apoi prin conductele de golire 4. Această apă este reintrodusă în circuitul de evacuare a zgurii și cenușei din centrală. Procentul de recirculare a apei este de 80-90%. După umplerea volumului pregătit inițial, digul circular poate fi supraînălțat folosind în principal chiar materialul sedimentat. Înălțimea totală de depozitare a cenușei poate atinge astfel 20-25 m.

Fig. 8.2. Secțiune printr-un depozit de cenușă

Tehnologia actuală de evacuare și depozitare a zgurii și cenușei de la termocentrale prezintă o serie de inconveniente economice, ecologice, de stabilitate și siguranță în funcționare, determinate de însăși esența tehnologiei, adică prezența apei în exces.

Efectele ecologice nefavorabile legate de depozitarea zgurii și a cenușei constau în:

impurificarea apelor subterane și de suprafață;

poluarea atmosferică cu praf, prin spulberare la vânturi puternice, în timpul perioadelor secetoase;

noxe pentru sol, floră și faună;

modificări de peisaj.

8.2.2. Soluție modernă de management al deșeurilor prin tehnologia șlamului dens

Practic, tehnologia de evacuare în șlam dens reprezintă o tehnologie de transformare a unor deșeuri nepericuloase cum sunt zgura și cenușa, într-un deșeu inert, de tipul materialelor de construcții (roca de cenușă).

Esența tehnologiei șlamului dens constă în amestecarea continuă a reziduurilor arderii, respectiv a cenușii uscate de electrofiltru, a zgurii umezite și eventual a subproduselor de la desulfurarea gazelor de ardere (desulfurare impusă prin alinierea la normele europene de mediu) cu apă uzată, prin circulația hidraulică intensă, în raport solid/lichid 1 ce are ca efect activarea substanțelor chimice de tip cimentoid aflate în cenuși și crearea unui șlam dens omogen, care este pompat la depozit, unde în timp se întărește, rezultând o rocă de cenușă în toată masa depozitului.

Această tehnologie, în comparație cu tehnologia actuală, prezintă următoarele avantaje:

presupune cantități reduse de apă și hidroamestec de zgură și cenușă vehiculate, deci cheltuieli de investiții și exploatare mai mici;

capacitate de înmagazinare mărită în unitatea de volum de depozitare, deci mărirea perioadei de funcționare a centralei pe aceeași suprafață de depozitare ocupată;

face posibilă dezvoltarea pe înălțimi mari a depozitelor existente sau abandonate deja, deci creșterea capacității de depozitare pe unitatea de suprafață ocupată;

mărirea coeficienților de stabilitate a depozitelor, deci creșterea siguranței în funcționare;

face posibilă preluarea în condiții economice și ecologice a subproduselor desulfurării gazelor de ardere;

asigură ameliorarea substanțială a impactului asupra factorilor de mediu întrucât cenușa este fixată și nu este spulberată de vânt, iar apa de infiltrație este foarte redusă cantitativ și nepoluantă.

8.3. Sistemul de gospodărire a deșeurilor radioactive și a combustibilului nuclear uzat la o centrală nuclearoelectrică

Ciclul de combustibil reprezintă ansamblul tuturor proceselor de extracție, preparare, fabricare, ardere în reactor și depozitare a combustibilului nuclear. În funcție de modul în care se utilizează combustibilul după ieșirea din reactor, deosebim:

ciclu deschis, în care elementul combustibil ars este considerat deșeu radioactiv (ciclu fără reciclare);

ciclu închis, în care o parte din combustibilul ars se întoarce în amonte de reactor pentru reprocesare și reutilizare (reciclare).

După ce combustibilul nuclear a atins gradul de ardere (proces nuclear bazat pe reacții de transmutație și fisiune nucleară) la valorile prescrise în specificațiile tehnice, acesta se scoate din reactor cu ajutorul unor mașini automate și se depozitează în incinta clădirii reactorului. Depozitarea se face în bazine cu apă, sub strict control al temperaturii acesteia, atâta timp cât este necesar „calmării” combustibilului. După etapa de calmare, combustibilul este scos din incinta clădirii, lăsând loc altuia, după care începe etapa de stocare pe durată îndelungată.

Controversele depozitării deșeurilor radioactive în zone cât mai depărtate de om au ca suport real incapacitatea acestuia de a lupta împotriva radioactivității. Produșii de fisiune rezultați în urma fisionării a 1 g de timp de 100 zile au, după o zi de la scoaterea din re actor, o activitate de 104 Ci , iar după trei ani o activitate totală de 104Ci. Dată fiind această mare cantitate de radiații degajată în mediul ambiant, s-a emis teoria stocării acestor reziduuri nucleare în: scoarța terestră, pe fundul mărilor și a oceanelor, sau „expulzarea” lor în spațiul cosmic cu ajutorul unor nave.

Canada, țara care a dezvoltat cel mai mult industria nucleară bazată pe ciclul uraniului nuclear, rezolvă problema deșeurilor radioactive înglobându-le în „canistre” din beton, pentru o depozitare uscată pasivă. O astfel de canistră are 5 m înălțime și conține circa 300 fascicule combustibile arse. Căldura produsă de combustibil se pierde prin pereții canistrelor în mediul ambiant prin convecție naturală. Unitatea centrală de depozitare constă dintr-un set de canistre din beton, cu o durată de viață de peste 50 de ani. Combustibilul depozitat astfel, reprezintă o rezervă strategică de material fosil pentru producția viitoare de energie, în reactori reproducători cu neutroni rapizi.

În majoritatea țărilor cu o industrie energetică nucleară puternic dezvoltată (SUA, Rusia, Franța, Anglia, Canada, Japonia) se acreditează tot mai mult ideea depozitării deșeurilor radioactive în scoarța terestră, la mare adâncime.

Izolarea materialelor radioactive poate fi deci asigurată de un număr de bariere naturale și artificiale, care împreună să prevină riscul de scăpare. La început, deșeurile sunt aduse în starea de a fi aproape insolubile în apele freatice și apoi introduse într-un container rezistent la coroziune. Această etapă se numește „imobilizare”. Apoi se înconjoară deșeurile imobilizate cu materiale tampon, care încetinesc mișcarea oricărui material radioactiv care ar putea să fie dizolvat. Caracteristicile de absorbție ale formațiunii de rocă adaugă un grad suplimentar de securitate. Prin urmare, împământarea deșeurilor imobilizate la o adâncime de 500-1000 m într-o formațiune de rocă stabilă oferă o barieră naturală sigură, durabilă pentru zeci și sute de ani. În afara combustibilului uzat, considerat în cazul strategiei uraniului natural ca deșeu, în cadrul aceleiași strategii, mai întâlnim și alte deșeuri radioactive:

deșeuri solide rezultate din activități de mentenanță, reparații, curățenie, etc. din zona radiologică (ex.: hârtie, lemn, sticlă, plastice, echipament de protecție, etc.);

lichide organice uzate din operații de mentenanță și reparații;

rășini ionice uzate din sistemele de purificare a lichidelor radioactive;

filtre uzate din sistemele de purificare.

Toate acestea parcurg aceleași etape de imobilizare în canistre din beton și apoi plasarea lor în aceleași zone, ca și în cazul combustibilului uzat solid.

La nivelul Uniunii Europene nu există în prezent legislație specifică pentru stocarea și depozitarea deșeurilor radioactive și cerințe referitoare la eliminarea surselor radioactive uzate. Există însă o serie de recomandări, elaborate în special în scopul raportării într-o formă unitară, sau într-o formă care să permită efectuarea de comparații.

Consensul internațional asupra modalităților de abordare a managementului deșeurilor radioactive și a depozitării finale a stat la baza inițiativei Agenției Internaționale pentru Energia Atomică (AIEA) pentru a emite, începând cu 1990, un set armonizat de Standarde de Securitate pentru Deșeuri Radioactive (RADWASS).

Prin înființarea în anul 2003 a Agenției Naționale pentru Deșeuri Radioactive (ANDRAD), România se aliniază principiilor documentului AIEA „Stabilirea unui sistem național pentru managementul deșeurilor radioactive”. ANDRAD coordonează gestionarea deșeurilor radioactive prin elaborarea Strategiei Naționale de Gospodărire a Deșeurilor Radioactive (SNGDR). În conformitate cu prevederile legii, generatorii de deșeuri radioactive au responsabilitatea gestionării acestora până la faza depozitării lor finale, urmând ca ANDRAD să preia problema depozitării finale.

În România strategia națională de depozitare finală a deșeurilor radioactive și combustibilului ars prevede, în prezent, următoarele:

un depozit final de suprafață care va accepta deșeuri slab și mediu radio active operaționale și deșeurilor radioactive de la dezafectarea centralei nucleare, contaminate cu izotopi de viață scurtă (timp de înjumătățire a radioactivității mai mic de 30 de ani);

un depozit geologic pentru combustibilul nuclear ars, care va accepta și deșeuri slab și mediu active operaționale contaminate cantitativ cu izotopi de viață lungă (timp de înjumătățire a radioactivității mai mare de 30 de ani).

8.4. Impactul depozitelor necontrolate de deșeuri asupra exploatării amenajărilor hidroenergetice

Cadrul legislativ existent este în concordanță cu cerințele europene însă conștientizarea și educarea populației, precum și crearea depozitelor de deșeuri conform cerințelor este la început. În ultimii ani activitatea de bază a amenajărilor hidroenergetice a fost de multe ori perturbată (opriri datorate înfundărilor de grătare) de aportul însemnat de deșeuri culese de ape de pe maluri și pârâuri. Pentru limitarea acestor aspecte S.C. Hidroelectrica S.A. și-a dezvoltat colaborarea cu autoritățile locale și societatea civilă în ceea ce privește promovarea unor acțiuni de protecție a mediului și în mod special în domeniul managementului deșeurilor.

Cele mai dese tipuri de deșeuri întâlnite pe luciul și malurile lacurilor de acumulare, precum și la grătarele prizelor de apă sunt ambalajele din plastic, din aluminiu, din sticlă, pungi, deșeuri din lemn și altele, predominând însă ambalajele din plastic de tip PET. În anii foarte ploioși (ex: 2005) viiturile spală totul în calea lor și lacurile de acumulare devin adevărate depozite necontrolate de deșeuri. Acestea înfundă grătarele, ceea ce duce la indisponibilizarea centralelor hidroelectrice. Energia electrică pierdută prin deversare, din cauză de înfundări ale grătarelor poate ajunge la 2-3% din totalul energiei produse. La costurile suportate de Hidroelectrica datorate neproducerii de energie prin deversare se adaugă și costurile de curățare a grătarelor, transport și depozitare ale deșeurilor.

Acțiunile întreprinse de Hidroelectrica pentru limitarea și prevenirea acestor neajunsuri pot fi de natură corectivă (igienizare lacuri și maluri, desfundări de grătare, controale la riverani împreună cu Garda de Mediu) sau de natură preventivă (educație ecologică și conștientizare populație, parteneriate în cadrul diferitelor proiecte derulate de ONG-uri). În ecologie, ca și în medicină, prevenirea este întotdeauna mai bună și mai economică decât tratarea.

ANEXA nr. l

NOȚIUNI, DEFINIȚII, EXEMPLE

În această anexă sunt prezentate o serie de noțiuni cu care studentul nu este familiarizat, dar care trebuie reținute pentru buna înțelegere a celor expuse în lucrare.

Energia: 1) mărimea, funcție de starea unui sistem fizic, definită de suma echivalenților în lucru mecanic a acțiunilor sistemului asupra exteriorului când sistemul trece din starea dată într-o stare de referință;

2) mărimea asociată interacțiunii dintre două sisteme fizice, definită de echivalentul în lucru mecanic al acțiunii primului sistem asupra celui de-al doilea (energie transmisă).

Energia transmisă depinde nu numai de stările inițială și finală ale primului sistem cât și de procesul considerat. Suma energiilor transmise de un sistem fizic tuturor sistemelor exterioare cu care este în interacțiune este însă egală cu diferența energiei sistemului în cele două stări, inițială și finală.

Exergia (simbol Ex): mărimea, funcție de stare a unui sistem fizic, care caracterizează capacitatea de efectuare a lucrului mecanic maxim, pentru un sistem fizic, care schimbă energia sub diferitele forme.

Anergie (anexergie): energia termică a unui sistem fizic aflat în echilibru termodinamic cu mediul înconjurător. Anergia reprezintă partea de energie fără posibilitatea de transformare (conversie) în lucru mecanic.

Purtător de energie (agent energetic): sistemul fizico-chimic (substanță sau câmp) care posedă sau prin transformări de stare poate acumula, transmite sau ceda energie. Noțiunea de purtător de energie cuprinde teoretic toate corpurile distincte din natură; practic cuprinde în principal toate felurile de combustibil (purtător de energie chimic legată) materiale calde sau reci, fluide sub presiune sau posedând energie cinetică sau potențială (purtător de energie mecanică), câmpul electromagnetic, materiale fisionabile sau fuzionabile (purtător de energie nucleară) etc.

Formă de energie: energia unui sistem fizic sau energia ce se acumulează; se transmite sau se cedează de un sistem fizic altor sisteme și care depinde de anumite mărimi de stare (mecanice, termice, electrice, chimice etc) sau care este numai asociată unor anumite clase de sisteme fizice cu proprietăți specifice. Energia chimică, energia mecanică, lumina, căldura și energia electrică sunt forme de energie de care este nevoie în final la procesele de producție, transport, gospodărire comunală și casnică. Ele pot apărea și ca forme intermediare de energie în procesele de transformare între forme de energie primară și formele de energie utilizate în procesele finale. Denumirea formelor de energie este legată fie de modul de manifestare al ei, fie de purtătorul de energie (de exemplu energie termică), fie de proveniența acesteia (de ex: energie nucleară, energie hidraulică, energie eoliană, energie geotermică, energie solară).

Energia termică (căldură): energia conținută de un sistem fizic și care poate fi transmisă altui sistem fizic pe baza diferenței între temperatura sistemului care cedează energie și temperatura sistemului care primește energie (ca de ex. energia aburului, apei calde sau fierbinți, gaze calde, etc.).

Energia mecanică: energia corpurilor raportată la o stare de referință care diferă de starea considerată exclusiv prin valorile mărimilor de stare geometrice și mecanice (mase inerte, poziția lor, viteza etc.).

Energie cinetică: energia unui sistem fizic în care intervin numai mărimile ce caracterizează starea de mișcare a corpurilor care alcătuiesc sistemul.

Energia potențială: energie pe care o posedă un sistem fizic datorită interacțiunilor ce depind numai de poziția relativă a corpurilor componente ale acelui sistem.

Enegia internă: mărime caracteristică a stării corpurilor reprezentată prin suma energiilor cinetice și potențiale ale tuturor particulelor care constituie un sistem fizico-dinamic. Introducerea noțiunii de energie internă este necesară pentru alcătuirea bilanțului energetic al unui proces fizic, pe baza principiului întâi al termodinamicii.

Energia chimică: energie care se degajă sau se absoarbe în reacțiile chimice sub alte forme de energie. Este determinată de componența și de structura chimică a substanțelor. Se exprimă ca diferența dintre energia produselor inițiale intrate în reacția chimică și energia produselor de reacție.

Energia solară: energie emisă de soare în întreg domeniul radiației sale electromagnetice. Energia solară stă la baza celor mai multe forme de energie de pe pământ: energie hidraulică, eoliană, a combustibililor etc.

Energia hidraulică: energie mecanică, cinetică sau potențială a maselor de apă. Energia eoliană: energie mecanică a maselor de aer în mișcare, în atmosferă.

Energia nucleară: energie caracteristică proceselor din interiorul nucleelor atomice. Energia combustibililor: energia degajată prin arderea combustibililor.

Sursă de energie (sursă energetică): 1) locul unde se află înmagazinată sau se manifestă în mod natural și poate fi obținută printr-un proces tehnologic; 2) locul unde se produce o formă de energie sau un purtător de energie.

Resursă de energie (resursă energetică): purtător de energie care poate fi utilizat direct sau după transformări în vederea satisfacerii unei nevoi energetice la un nivel dat al tehnicii. Trebuie arătat că toți purtătorii de energie pot fi considerați, în prezent, resurse de energie. Utilizarea resurselor de energie poate fi considerată posibil a se realiza teoretic, tehnic sau tehnico-economic.

Resursă naturală de energie: resursă de energie existentă în natură, formată ca urmare a unor procese naturale, care poate fi folosită direct sau după transformări.

Resursele naturale de energie pot fi produse de natură în flux continuu sau intermitent ca de exemplu cele hidroenergetice, eoliene, geotermice, mareene, etc. și care sunt inepuizabile în timp, doar limitate ca debit produs; la intervale mari de timp (ere geologice) ca de exemplu cărbunii, petrolul, gazele naturale, etc. și care sunt epuizabile din punct de vedere tehnic, tehnico-economice precum și în mod absolut.

Resursă de energie produsă tehnologic (resursă artificială de energie): resursa de energie obținută de om prin intermediul unor procese de muncă din materiale care nu fac parte sau nu provin din resursele naturale de energie și nici din purtătorii de energie. Hidrogenul obținut prin electroliza apei constituie, spre exemplu, o resursă energetică produsă tehnologic.

Resursă de energie supusă transformării: resursă de energie utilizată pentru obținerea pe baza ei a altor resurse de energie de alte forme sau de aceleași forme dar cu alți parametri.

Resursă transformată de energie: resurse de energie obținută din alte forme de resurse, din aceeași resursă sau din aceleași forme de resurse sau purtători de energie dar cu alți parametri. În această categorie intră de exemplu gazele calde obținute prin ardere din combustibili, apa încălzită sau aburul, gazele încălzite sau comprimate etc.

Resursă înnobilată de energie: resursă de energie obținută printr-un proces de concentrare a energiei pe unitatea de greutate a ansamblurilor în care se află în amestec resursa de energie, fără modificarea fizico-chimică a resursei. În această categorie se includ, de exemplu, combustibilii solizi după sortare, spălare, brichetare, desulfurare, desalinizare, deshidratare, minereurile de uraniu îmbogățit.

Resursă prelucrată de energie: resursă de energie obținută prin procese legate de modificarea structurii fizico-chimice a resursei de energie.

În această categorie, intră de exemplu, resursele de energie obținute în procesul de gazeificare a combustibililor solizi, de prelucrare a țițeiului, de cocsificare etc.

Resursă secundară de energie (resursă energetică secundară): resursă de energie rezultată din procese tehnologice care nu au drept scop generarea acestei resurse și care nu este folosită în cadrul acestor procese, dar care poate fi folosită în alte procese.

În această categorie intră, de exemplu, gazele combustibile, gazele calde, aburul industrial prelucrat, apa încălzită în procesele de răcire etc.; resursele energetice secundare a căror utilizare este imposibilă sau neeconomică sunt considerate pierderi. În măsura în care utilizarea acestora devine realizabilă din punct de vedere tehnic și eficientă economic, acestea intră în categoria resurselor energetice secundare. Resursele energetice secundare pot fi resurse de energie produse tehnologic sau pot proveni din surse naturale de energie.

Resursă de energie de intrare: resursa de energie intrată într-o instalație energetică, sau într-o unitate economică socială.

Resursă finală de energie: resursă de energie utilizată nemijlocit în stadiul final (după care nu mai are loc nici un proces energetic).

Resursă utilă de energie: resursa de energie provenită pe baza resurselor de intrare și care poate fi utilizată în etapele următoare ale proceselor energetice intermediare sau de consum final.

Resursă disponibilă de energie: resursa de energie pe care o posedă sau pe care o poate obține din exterior, în timp util, un domeniu.

Resursă utilizabilă de energie: resursa disponibilă de energie care poate fi utilizată într-un interval de timp dat, ținând seama de necesitățile economiei și de posibilitățile instalațiilor tehnologice.

Resursă stocată de energie: resurse de energie care se află în depozite, baze, buncăre, rezervoare de gaz și petrol, acumulări de apă, baterii de acumulatoare etc.

Rezervă disponibilă de energie: cantitatea de energie conținută de o cantitate dintr-un anume fel de resursă de energie sau din toate felurile de resurse aflate la un moment dat într-un anumit domeniu.

Potențial energetic disponibil: cantitatea de energie conținută de un anumit fel sau de toate felurile de resurse produse de natură, sau tehnologic, în flux continuu sau intermitent, într-un anumit domeniu, într-o perioadă de timp dată.

După felul resurselor de energie potențialul energetic poate fi: hidroenergetic, eolian, geotermic, mareic, solar etc.

Energia potențială a apei acumulate în lacurile de la centralele hidroelectrice și similarele lor are caracter atât de rezervă de energie cât și de potențial energetic.

Rezervă totală disponibilă de energie (potențialul energetic total): suma pe categorii (absolute, relative, sigure etc.) a tuturor felurilor de rezerve de energie și a tuturor felurilor de potențial energetic dintr-un anumit domeniu într-un interval de timp dat.

Rezervă totală utilizabilă de energie (potențial energetic total utilizabil): parte din rezerva totală disponibilă de energie (potențialul energetic total) care poate fi utilizată cu instalațiile existente dintr-un domeniu dat, într-un interval de timp dat.

Rezervă de energie de balanță: parte din rezerva totală disponibilă de energie care poate înlocui în parte sau în total, sau poate suplimenta rezerva utilizabilă de energie.

Rezerve de energie de balanță este utilă în diferite cazuri ca de exemplu:

– creșterea necesarului de consum de energie față de prevederile precedente;

– reducerea posibilităților de extracție sau de import a unor resurse energetice;

– apariția de restricții asupra consumului anumitor feluri de resurse energetice.

Energie primară: energia care poate fi obținută, prin procesele ce au loc într-un sistem energetic, din resursele naturale de energie (extracția sau captarea).

În definițiile de mai sus energie primară are sensul de energie brută, neprelucrată. În cazul resurselor naturale, energia primară este egală cu scăderea energiei sursei (din cauza extragerii sau captării). Ea cuprinde deci și pierderile legate de procesele de extragere sau captare. În cazul unui combustibil, cantitatea de energie primară se determină prin produsul între cantitatea de combustibil (extrasă sau captată) și puterea sa calorică inferioară. La o centrală hidroelectrică sau la alte amenajări hidroenergetice, cantitatea de energie primară este dată de produsul dintre greutatea cantității de apă afluentă într-un anumit interval de timp și diferența de nivel (cădere totală) a sectorului cursului de apă amenajat.

Energia supusă transformării: energia conținută de resursele de energie supuse transformării.

Energia transformată: energia conținută în resursele de energie transformată corespunzător schimbării parametrilor acestora; în această categorie intră de exemplu:

– căldura obținută prin arderea combustibillilor;

– energia electrică sau mecanică produsă din căldură sau din alte forme de energie;

– energie electrică sau termică obținută din aceleași forme dar cu alți parametrii.

Pentru un grup electrogen energia transformată reprezintă cantitativ energia electrică produsă, măsurată la bornele generatorului.

Pentru o centrală electrică sau un sistem electroenergetic energia transformată este reprezentată de producția totală de energie electrică, adică este suma cantităților de energie electrică produse de grupurile electrogene din centrale sau din sistem și măsurate le bornele generatoarelor electrice.

ANEXA nr. 2

RELAȚII DE TRANSFORMARE A UNITĂȚILOR

DE MĂSURĂ A ENERGIEI

1. Submultipli și multipli zecimali ai unităților de măsură

2. Relații de transformare a unităților de măsură a energiei

1 J = 2,177 ·10-7kWh = 0,102 kgfm = 9,478 ·10-4Btu (British Thermal Unit) = 0,2388 cal

1 kWh = 3,6 MJ = 860 kcal

1 cal = 4,187 J = 1,163 · 10-6kWh

1 kcal = 1,163 W = 4,187 kJ

1 CPh = 2,648 · 106 J = 0,735 kWh

1 Btu = 1,055 kJ = 0,252 kcal

1 TWh (terawattoră) = 109 kWh

1 baril petrol = 0,1589 m3 petrol

1 tep (tonă echivalent petrol) = 10 Gcal = 41,87 GJ = 1,435 tcc

1 tcc (tonă echivalent cărbune) = 0,697 tep = 29,18 GJ

1000 m3 gaze naturale = 39 GJ = 0,932 tep

ANEXA nr. 3

EVOLUȚIA PREȚURILOR ENERGIILOR REGENERABILE

(cenți/kWh)

Surse: NREL Energy Analysis Office (2002) și John A. Tumer, Mark C. Williams, and Krishnan Rajeshwar, Hydrogen Economy based on Renewable Energy Sources, The Electrochemical Society Interface, 2004.

ANEXA nr. 4

PROBABILITĂȚI ȘI CONSECINȚE ÎN MATERIE DE RISC AMBIENTAL. DEFINIȚII

Sursa: Su Wild River, Rapport 2001 sur l'evaluation des risques environnementaux.

BIBLIOGRAFIE

1. Gătina, V.- Note de curs. Universitatea „Petru Maior” din Tg. Mureș, 2007.

2. Ciarnau Rodica si colab.-Ecologie si protectia mediului. Ed. Economică Preuniversitaria, 2004.

3. Teodorescu Irina si colab. – Ecologie și Protecția Mediului. Ed. Constelatii, 2004.

4. Axinte Stela – Ecologie și protecția mediului. Ed. ECOZONE, Iași, 2003.

5. *** Revista Biodiesel Magazin.

6. www.gvec.net – global wind energy council.

7. www.evea.org – european wind energy association.

BIBLIOGRAFIE

1. Gătina, V.- Note de curs. Universitatea „Petru Maior” din Tg. Mureș, 2007.

2. Ciarnau Rodica si colab.-Ecologie si protectia mediului. Ed. Economică Preuniversitaria, 2004.

3. Teodorescu Irina si colab. – Ecologie și Protecția Mediului. Ed. Constelatii, 2004.

4. Axinte Stela – Ecologie și protecția mediului. Ed. ECOZONE, Iași, 2003.

5. *** Revista Biodiesel Magazin.

6. www.gvec.net – global wind energy council.

7. www.evea.org – european wind energy association.