Contributii Teoretice Si Experimentale Privind Optimizarea Utilizarii Energiilor Regenerabile In Localitati Rurale
BIBLIOGRAFIE
[1]. TPA HORWATH, SCHOENHERR ȘI ASOCIATII SCA /Schoenherr attorneys at law, „[NUME_REDACTAT] and other renewable energy sources in Romania 2013”
[2]. Dr. GUȘĂ D.N, Drd. MAFTEI D, Dr. GHIURCĂ D.Ș, Conf. Univ. Dr. RANG C, Dr. POP O. – Raport de mediu PUZ parc eolian: „SC WIND ENERGY POWER SERVICE”?
[3]. D. Das, “[NUME_REDACTAT] Systems”, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Publishers, [NUME_REDACTAT], 2006.
[4]. A. Keyhany, M. N. Marwali, M. Dai, “Integration of Green and [NUME_REDACTAT] in [NUME_REDACTAT] Systems”, [NUME_REDACTAT] & Sons, Inc., [NUME_REDACTAT], 2010.
[5]. M. Crappe, “Electric power Systems”, ISTE Ltd and [NUME_REDACTAT] & Sons, Inc., 2008.
[6]. Livre vert: “Énergie pour l’avenir: les sources d’énergie renouvelables”, COM(96)576 du 20.11.1996.
[7]. Livre blanc: “Énergie pour l’avenir: les sources d’énergie renouvelables. Une stratééet un plan d’action communautaires” COM(97)599 du 26.11.1997.
[8]. R. E. Babe, “Culture of Ecology: reconciling economics and environement”, University of [NUME_REDACTAT], 2006.
[9]. “The economics of solar Power for California: A white Paper”, [NUME_REDACTAT] Inc., 2005.
[10]. www.nrel.gov/docs, “[NUME_REDACTAT] Thermal electric Plants”.
[11]. Powerfromthesun.net. Solar energy Design.
[12]. “[NUME_REDACTAT] Power: [NUME_REDACTAT]”, DOE/GO-102001-1147, FS 128, March, 2001.
[13]. “[NUME_REDACTAT] central Receiver. Consultant report”, october, 1999, [NUME_REDACTAT] Comission.
[14]. O. Russell, “Light sensitive device”, Patent 2402662 U.S., 1946.
[15]. “[NUME_REDACTAT]. The facts”, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], Luxembourg, 1999.
[16]. I. Bostan, V. Dulgheru, I. Sobor, V. Bostan, A. Sochirean, “Sisteme de conversie a energiilor regenerabile”, [NUME_REDACTAT]-Info, 2007.
CUPRINS
CUPRINS
1. INTRODUCERE
1.1. ACTUALITATEA ȘI OPORTUNITATEA TEMEI ABORDATE
1.2. OBIECTIVELE ȘI STRUCTURA TEZEI
2. CADRUL LEGISLATIV PRIVIND PRODUCȚIA ENERGIEI DIN SURSE REGENERABILE
2.1. LEGISLAȚIA UNIUNII EUROPEE PRIVIND INDUSTRIA ENERGIEI REGENERABILE
2.2. REGLEMENTĂRI ȘI CONSTRÂNGERI ÎN DOMENIUL SISTEMELOR NECONVENȚIONALE
2.3. CONSTRÂNGERI ȘI PERSPECTIVE
2.4. PREVEDERI CU PRIVIRE LA MEDIU
2.5. SITUAȚII CARE POT ÎNTÂRZIA IMPLEMENTAREA SISTEMELOR
2.6. AUTORIZAȚIA DE CONSTRUIRE A CENTRALEI ELECTRICE
2.7. EXPLOATAREA CENTRALELOR
2.8. VÂNZAREA ENERGIEI PRODUSE
2.9. LISTA STANDARDELOR ÎN VIGOARE [2]
3. STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL ENERGIILOR REGENERABILE
3.1. SCURT ISTORIC
3.2. SISTEME ELECTROENERGETICE DE PUTERE
3.3. SISTEME INTEGRATE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE
3.4. ENERGIEA REGENERABILĂ LA NIVEL GLOBAL – PREZENT ȘI VIITOR
3.5. POTENȚIALUL SURSELOR DE ENERGIE ÎN MEDIUL RURAL
3.6. TEHNOLOGII DE PRODUCERE A ENERGIEI DIN SURSE REGENERABILE
3.6.1. Centrale termice solare (CETS) cu concentratoare cilindro-parabolice.
3.6.2. Centrale electrice termice solare cu heliostate și turn central
3.6.3. Sisteme fotovoltaice
3.7. EVOLUȚIA DEZVOLTĂRII TEHNOLOGIILOR EOLIENE
3.7.1. Demararea tehnologiilor comerciale
3.7.2. Tipuri constructive de turbine eoliene
4. IMPACTUL TEHNOLOGIILOR MODERNE ȘI ADAPTAREA ENERGIILOR REGENERABILE ÎN LOCALITĂȚILE RURALE
BIBLIOGRAFIE
Contribuții teoretice și experimentale privind optimizarea utilizării energiilor rεgενεraвιlε în localități rurale
CUPRINS
CUPRINS
1. INTRODUCERE
1.1. ACTUALITATEA ȘI OPORTUNITATEA TEMEI ABORDATE
1.2. OBIECTIVELE ȘI STRUCTURA TEZEI
2. CADRUL LEGISLATIV PRIVIND PRODUCȚIA ENERGIEI DIN SURSE REGENERABILE
2.1. LEGISLAȚIA UNIUNII EUROPEE PRIVIND INDUSTRIA ENERGIEI REGENERABILE
2.2. REGLEMENTĂRI ȘI CONSTRÂNGERI ÎN DOMENIUL SISTEMELOR NECONVENȚIONALE
2.3. CONSTRÂNGERI ȘI PERSPECTIVE
2.4. PREVEDERI CU PRIVIRE LA MEDIU
2.5. SITUAȚII CARE POT ÎNTÂRZIA IMPLEMENTAREA SISTEMELOR
2.6. AUTORIZAȚIA DE CONSTRUIRE A CENTRALEI ELECTRICE
2.7. EXPLOATAREA CENTRALELOR
2.8. VÂNZAREA ENERGIEI PRODUSE
2.9. LISTA STANDARDELOR ÎN VIGOARE [2]
3. STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL ENERGIILOR REGENERABILE
3.1. SCURT ISTORIC
3.2. SISTEME ELECTROENERGETICE DE PUTERE
3.3. SISTEME INTEGRATE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE
3.4. ENERGIEA REGENERABILĂ LA NIVEL GLOBAL – PREZENT ȘI VIITOR
3.5. POTENȚIALUL SURSELOR DE ENERGIE ÎN MEDIUL RURAL
3.6. TEHNOLOGII DE PRODUCERE A ENERGIEI DIN SURSE REGENERABILE
3.6.1. Centrale termice solare (CETS) cu concentratoare cilindro-parabolice.
3.6.2. Centrale electrice termice solare cu heliostate și turn central
3.6.3. Sisteme fotovoltaice
3.7. EVOLUȚIA DEZVOLTĂRII TEHNOLOGIILOR EOLIENE
3.7.1. Demararea tehnologiilor comerciale
3.7.2. Tipuri constructive de turbine eoliene
4. IMPACTUL TEHNOLOGIILOR MODERNE ȘI ADAPTAREA ENERGIILOR REGENERABILE ÎN LOCALITĂȚILE RURALE
BIBLIOGRAFIE
b#%l!^+a?
Capitolul 1
INTRODUCERE
Datorită cerinței continue de dezvoltare a sectorului energetic prin utilizarea surselor regenerabile de energie, acestea devin din ce în ce mai populare în întreaga lume. În acest context, România având potențial, are posibilitatea să genereze energie electrică ecologică cu emisii reduse îndeplinind astfel, cerințele [NUME_REDACTAT] privind producerea energiei electrice din surse regenerabile.
Dacă la început generarea energiei electrice obținută din vânt, apă și alte surse regenerabile era doar problema ecologiștilor, actual este și o problemă mondială de securitate energetică. Aceasta trebuie să îmbunătățească producția de energie în scopul satisfacerii nevoilor din ce în ce mai mari ale consumului.
ACTUALITATEA ȘI OPORTUNITATEA TEMEI ABORDATE
OBIECTIVELE ȘI STRUCTURA TEZEI
b#%l!^+a?
Capitolul 2
CADRUL LEGISLATIV PRIVIND PRODUCȚIA ENERGIEI DIN SURSE REGENERABILE
LEGISLAȚIA UNIUNII EUROPEE PRIVIND INDUSTRIA ENERGIEI REGENERABILE
Directiva 2009/28/CE (modificare și abrogare a Directivei 2001/77/CE) – promovarea electricității produse din surse de energie regenerabile pe piața internă a electricității pentru energie regenerabilă:
promovează obiective strategice cu scopul de a crește semnificativ producția de energie regenerabilă la nivel european;
prevede un obiectiv obligatoriu în conformitate cu o pondere de 20% a E-SRE din consumul brut la nivel comunitar care trebuie îndeplinită până în anul 2020.
Pentru a îndeplini obiectivele, Directiva impune fiecărui stat membru obiective naționale.
României i s-a stabilit un obiectiv obligatoriu privind o pondere de 24% a E-SRE din consumul final brut de energie până în anul 2020 [1].
REGLEMENTĂRI ȘI CONSTRÂNGERI ÎN DOMENIUL SISTEMELOR NECONVENȚIONALE
Orice lucrare în acest domeniu de activitate, are la bază o evaluare de mediu. Aceasta este un proces obligatoriu și în conformitate cu legislația națională privind protecția mediului. Evaluarea de mediu are ca scop principal prevederea efectelor semnificative asupra mediului, la implementarea proiectelor. În acest context, toate proiectele elaborate sunt supuse unui proces laborios de analiză și evaluare a riscurilor și efectelor ce au impact direct asupra mediului. În urma aceste analize sunt promovate doar variantele cele mai favorabile din punct de vedere al protecției mediului.
O parte dintre documentele consultative care reglementează cerințele de mediu, sunt:
OG 195/2005 – protecția mediului;
Legea 265/2006 – stabilirea procedurilor evaluării de mediu – cu completări și modificări aprobate;
Ordinul 19/2010 – evaluarea efectelor potențiale asupra ariilor naturale;
OG 57/2007 – conservarea habitatelor naturale, a florei și faunei salbatice;
[NUME_REDACTAT] 107/1996;
[NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT] 319/2006;
Legea 27/2007 – regimul deșeurilor;
HG 856/2002 și HG 162/2002 – gestionarea și depozitarea deșeurilor periculoase;
OM 4/2007 – norme tehnice privind delimitarea zonelor de protecție și de siguranță aferente capacitaților energetice;
Ordinul MAPPM 756 /1997 și 462/1993 – reglementări privind evaluarea poluării mediului și protecția atmosferică;
Ordinul MMDD 1964/2007 – arie naturală protejată a siturilor de importanță comunitară, ca parte integrantă a rețelei ecologice în România;
Până acum panourile solare au fost utilizate cel mai mult ca sisteme de sine stătătoare de energie. Aceste sisteme sunt acum realizate prin industrializare și dezvoltare și comercializare pe scară largă.
Piața de PV (panourile voltaice) s-a dezvoltat atât în țările dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare, unde acum sunt disponibile sistemele electrice neconectate la rețea, sau sisteme hibride pentru zonele izolate. Astfel, populațiile rurale ale țărilor în curs de dezvoltare, care nu pot beneficia de conexiunile la rețea, pot utiliza alimentarea cu energie electrică de la sisteme PV, beneficiind astfel de avantajele inerente ale modulelor și ale independenței de importul de combustibil [9].
Conectarea la rețea a panourilor solare este, tehnic, posibilă; astfel companiile energetice care au introdus aceste sisteme fotovoltaice realizează suficientă energie, ca să își amortizeze cheltuielile de investiție.
Sistemele PV conectate la rețea se dezvoltă rapid cu susținere guvernamentală, prin diverse programe, în Austria, în general în Europa, în Japonia și SUA. Cele mai multe dintre aceste sisteme sunt localizate pe locații rezidențiale, publice, comerciale și industriale.
Comitetul tehnic CEI CT 82,:
elaborează standarde pentru sisteme fotovoltaice de energie și pentru toate componentele acestor sisteme;
elaborează standarde pentru terminologie și simboluri, pentru încercări de coroziune la ceață salină, calificări de proiectare și încercări de tip ale modulelor de siliciu, precum și pentru parametrii caracteristici ai sistemelor izolate etc;
elaborează standarde pentru sistemele de conectare la rețea;
elaborează standarde pentru sistemele de stocare și de conversie având în vedere aspectele legate de protecția mediului înconjurător (poluarea electromagnetică constitue cel mai important aspect), etc.
Câteva date statistice arată cât de importantă devine aceasta ramură a industriei:
Cea mai mare centrală PV din lume, de 10MW utilizată în Bavaria, Germania a devenit operațională la începutul anului 2005;
Cea mai mare instalație PV montată pe acoperișul clădirilor este de 5 MW, operațională în Germania, [NUME_REDACTAT];
În cursul anului 2005, un producător american a pornit comercializarea instalațiilor solare de 3kW GridTIC, pentru utilizare.
CONSTRÂNGERI ȘI PERSPECTIVE
În continuare se vor enumera cele mai importante dintre constrângeri și perspective, în domeniul surselor de energie regenerabile: [1]
capacitatea rețelei și conectarea
Numeroase parcuri eoliene au fost dezvoltate în zone cu potențial eolian cum ar fi Dobrogea, sud-estul României, Moldova, și Caraș-Severin care a condus la o saturație a capacității rețelei.
O altă problemă este racordarea la rețea care se obține numai după emiterea unui aviz tehnic de racordare precum și încheierea contractului.
modificări ale specificațiilor tehnice
Schimbarea amplasamentului componentelor centralei electrice influențează direct mai multe avize:
avizele privind scoaterea din circuitul agricol (dacă este cazul);
avizul emis de [NUME_REDACTAT] Civilă – se ține cont de coordonatele geografice exacte ale fiecărei turbine.
protecția mediului
Orice plan sau proiect care poate avea un impact semnificativ asupra unui amplasament.
proteste sociale
Organizații ce se opun construirii parcurilor eoliene și organizează proteste prin care își demonstrează opoziția față de distrugerea mediului natural și construirea instalațiilor energetice în apropierea clădirilor rezidențiale.
limitările infrastructurilor
Dezvoltarea de energie eoliană din România, ca și în restul Europei, constată un impediment natural în limitările aduse de infrastructura energetică.
Există două elemente importante în aproximarea dimensionării energiei eoliene:
posturi TRAFO și stații electrice. Producătorii de energie eoliană sunt cei care asigură pe banii proprii intrarea în rețea, conexiunea la rețeaua deja existentă, construirea unor stații noi sau reînnoirea celor deja existente. Aceste cheltuieli pot ajunge la 5% din valoarea totală a investiției.
plan de rezervă pentru echilibrarea fluctuațiilor înregistrate de producția de energie eoliană. În acest moment se studiază dimensionarea capacitățiii de rezervă. [NUME_REDACTAT] 4/2013 nu există nici o problemă pentru rețeaua României în cazul în care capacitatea instalată nu depășește 3.000 MW.
durata procedurilor
Birocrația excesivă, precum și perioadele lungi de răspuns ale autoritaților locale, implică un interval de 2-3 ani pentru a trece de la faza de inițiere a unui proiect la implementare.
Etapele de dezvoltarea și implementarea investiției în energia eoliană sunt:
Identificarea locației parcului eolian;
Realizarea studiului geotehnic;
Realizarea studiului de pre-fezabilitate;
Obținerea drepturilor imobiliare necesare;
Lucrări cadastrale și înscrierea în cartea funciară;
Executarea procedurii de expropriere;
Realizarea studiului de fezabilitate;
Realizarea studiului cu privire la soluția tehnică de racordare;
Elaborarea planurilor de construcție;
Obținerea avizelor de proiect și a autorizațiilor.
Obținerea avizului [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT];
Autorizație de înființare eliberată de ANRE;
Conectarea la rețeaua de interes public;
Încheierea contractului de racordare.
Încheierea contractului contractului de service;
Punerea în funcțiune;
Licența de exploatare eliberată de ANRE;
Obținerea garanțiilor de origine pentru energia electrică generată din surse regenerabile de energie și obținerea certificatelor verzi.
impedimente în calea investițiilor:
impedimente administrative
piața de energie regenerabilă
dispersia surselor
asigurările în domeniul energiei regenerabile
probleme economice
amortizarea investițiilor
impozitarea câștigurilor
aspecte privind TVA
managementul riscului fiscal
profitabilitatea
cheltuieli de investiții
structura de cost a investițiilor
PREVEDERI CU PRIVIRE LA MEDIU
evaluarea impactului asupra mediului
Agențiile de mediu locale decid criteriilor specifice: capacitate instalată, amplasament, emisii poluante, inclusiv poluare fonică, etc, dacă o centrală de producere a energiei din surse regenerabile va avea impact semnificativ asupra mediului.
Aceasta este efectuată de către agenția de mediu competentă. Durata necesară pentru emiterea acordului de mediu conform legislației este de 45 de zile lucrătoare de la depunerea documentației complete. În funcție de proiect, întregul proces poate dura mai mult de 12 luni.
protecția naturii
Protecția naturii face parte din procedura EIA. Pentru proiecte eoliene localizate în siturile Natura 2000 care nu se califică drept proiecte cu impact semnificativ asupra mediului.
racordarea la rețea
În baza Legii 220 energia electrică care beneficiază de sistemul de promovare prin certificate verzi se bucură de acces garantat la rețea, în măsura în care nu este afectată siguranța [NUME_REDACTAT] Național. „Accesul garantat” este definit de Legea 220 drept ansamblul de reguli și condiții tehnice și comerciale în baza cărora pentru energia electrică produsă din surse regenerabile de energie care beneficiază de sistemul de promovare prin certificate verzi contractată și vândută pe piața de energie electrică se garantează preluarea în rețeaua electrică.
În scopul de a racorda o centrală eoliană la rețeaua publică, este necesară emiterea unui aviz tehnic de racordare de către operatorul de distribuție sau de către operatorul de transport, după caz. Avizul tehnic de racordare este emis pe baza studiilor de conectare aprobate de către operatorii de rețea. Accesul poate fi refuzat doar în cazul unei lipse de capacitate a rețelei.
Avizul tehnic de racordare este valabil o perioadă de 25 de ani, cu condiția ca în trei sau șase luni (in functie de tensiunea retelei electrice de racordare) de la emiterea avizului să fie semnat contractul de racordare cu operatorul de rețea competent și să fie plătit tariful de racordare. La cerere este posibilă prelungirea acestei perioade cu încă trei sau șase luni. Tariful de racordare reprezintă valoarea lucrărilor de racordare; prin urmare, valoarea poate fi substanțială.
Înainte de începerea construcției instalației de racordare și respectând termenele limită de mai sus, se va semna un contract de racordare cu operatorul de rețea. Scopul contractului de racordare este de a determina termenii și condițiile construcției instalației de racordare. Următoarele documente trebuie depuse la operator:
copie a avizului tehnic de racordare;
copie a certificatului de înregistrare la [NUME_REDACTAT];
autorizația de construire a parcului eolian;
acordurile proprietarilor de terenuri cu privire la trecerea sau ocuparea acestora, precum și cu privire la exercitarea drepturilor de uz și servitute de către operator asupra suprafețelor de teren afectate de instalația de racordare (originale autentificate de un notar public).
Operatorul este obligat să propună utilizatorului un contract de racordare în termen de cel mult zece zile calendaristice de la depunerea documentelor.
Încheierea contractului de racordare este urmată de încheierea unui contract pentru execuția instalației de racordare între operatorul de rețea și un terț ce poate fi desemnat de către utilizator.
autorizația de înființare
Este independentă de autorizația de construire și este necesară pentru capacități energetice cu o capacitate instalată de peste 1 MW.
Dacă puterea electrică instalată a capacității energetice este între 500 kW inclusiv și 1 MW inclusiv, nu este necesară obținerea unei autorizații de înființare, dar sunt obligatorii:
notificarea ANRE privind proiectul investițional;
raportarea periodică a stadiului realizării acestuia.
Dacă puterea electrică instalată a capacității respective este mai mică de 500 kW, aceste obligații de notificare și raportare revin operatorilor de distribuție a energiei electrice.
Autorizația de înființare se emite de către ANRE în termen de 30 de zile calendaristice de la depunerea documentației complete și plata taxei corespunzătoare. Valabilitatea acestei autorizații se stabilește de către ANRE în conformitate cu durata estimată a lucrărilor de construire și cu complexitatea proiectului.
Autorizația de înființare este necesară într-o etapă avansată a procesului de dezvoltare, și anume după emiterea acordului de mediu (dacă este necesar) și a avizului tehnic de racordare. Suplimentar, solicitantul trebuie să pună la dispoziție, printre altele, următoarele documente:
titlul asupra terenului;
notificările către terții afectați de drepturile de uz și servitute asupra proprietății lor;
listă cu drepturile de uz și servitute solicitate;
studiul de fezabilitate;
documentele care atestă asigurarea finanțării construcției;
planul de amplasament al proiectului;
limitele zonelor de protecție și siguranță;
o specificație cu privire la etapele lucrărilor de înființare;
extrase din caietele de sarcini aferente selectării ori copii ale contractelor încheiate cu contractorii angajați.
În urma obținerii autorizației de înființare, centrala electrică va beneficia de diferite drepturi legale asupra proprietății terților necesare fazelor de dezvoltare și construire. Ar putea fi menționate dreptul legal de servitute pentru liniile electrice sau dreptul legal de uz pentru depozitarea materialelor de construcție.
SITUAȚII CARE POT ÎNTÂRZIA IMPLEMENTAREA SISTEMELOR
proprietatea publică
Dacă o autoritate publică acordă unui terț drepturi asupra unui teren deținut în proprietate publică sau privată fără organizare de licitații publice, contractul astfel încheiat poate fi anulat de către instanța de judecată. Această anulare ar produce o serie de efecte negative asupra unui proiect în curs de dezvoltare sau deja dezvoltat pe acel teren și chiar asupra autorizațiilor și avizelor emise pentru construirea și operarea centralei electrice.
cereri de restituire terenuri
Până în decembrie 1989, în baza legilor în vigoare la aceea vreme, statul român a confiscat/expropriat imobile fără a se achita de datoriile aferente față de proprietari.
După decembrie 1989, pentru a remedia aceste probleme, statul român a adoptat Legea 18, Legea 1/2006, Legea 10/2007 care reglementează proprietățile private asupra terenurilor. Pe baza acestor legi, persoanele expropriate au putut solicita cereri de restituire a dreptului de proprietate asupra terenurilor, termenul final fiind 30 noiembrie 2005.
Cu toate că acest termen a expirat foștii proprietari care pot dovedi un titlu mai puternic (mai vechi) asupra unui teren pot contesta titlurile de proprietate înregistrate în prezent ceea ce conduce la întârzierea investițiilor.
regimul monumentelor istorice
Conform art. 4 din Legea 422/2001 – protejarea monumentelor istorice, dreptul de proprietate asupra monumentelor istorice poate fi transferat de proprietarii de drept privat doar cu respectarea dreptului de preemțiune al statului român de a cumpăra astfel de proprietăți. Actele de transfer încheiate cu nerespectarea acestui drept, sunt nule și constatarea nulității poate fi invocată în instanță de către orice persoană interesată.
Pentru a evita acest risc, este recomandabilă obținerea unei adrese oficiale cu privire la situația terenurilor de la [NUME_REDACTAT] Cultural competentă și de la [NUME_REDACTAT].
regimul arheologic
Conform OG 43/2010, proprietarii terenurilor localizate în perimetrul unor situri arheologice, trebuie să respecte restricțiile special prevăzute, în scopul protejării și recuperării patrimoniul arheologic.
Efectuarea lucrărilor care pot afecta siturile arheologice, sunt considerate infracțiuni și se pedepsec conform legii. Pentru evitarea unor astfel de riscuri, este recomandabilă obținerea unor documente oficiale care atestă situația arheologică a terenurilor.
AUTORIZAȚIA DE CONSTRUIRE A CENTRALEI ELECTRICE
Indiferent de capacitatea instalată, pentru construirea unei centrale electrice este necesară o autorizație de construire, autorizație emisă de către administrația publică locală are această competență de a emite autorizații de construire pentru capacitățile energetice construite pe teritoriul său administrativ. În cazul centralelor electrice localizate pe teritoriul mai multor unități administrativ-teritoriale sau în extravilan al unei localități care nu are organizată o structură specializată, autorizația de construire va fi emisă de către președintele [NUME_REDACTAT], cu acordul primarului localității respective.
Autorizația de construire se emite în 30 de zile de la data depunerii documentației complete. Procesul de obținere a documentației complete necesită și alte autorizații și acorduri care diferă în funcție de amplasament, cum ar fi:
certificat de urbanism;
avize pentru scoaterea din circuitul agricol
avizul autorității aeronautice;
acord de mediu;
aviz arheologic;
documentație tehnică specifică și drepturi reale asupra terenului aferent proiectului.
Din aceste motive, durata procesului de autorizare va depinde de caracteristicile proiectului, cum ar fi amplasamentul sau capacitatea instalată.
Autorizația de construire este emisă doar în cazul în care construcția centralei electrice este permisă prin planul urbanistic al municipalității.
EXPLOATAREA CENTRALELOR
Înainte de a deveni operațională, o centrală electrică are nevoie de:
acreditare ANRE;
două autorizații:
autorizația de mediu;
licența de exploatare a capacității energetice emisă de către ANRE.
mediu
Se obține de la agenția locală de protecție a mediului la punerea în funcțiune a centralei electrice. Autorizația de mediu determină condițiile și parametrii de funcționare a capacității energetice.
licență de exploatare
Pentru a putea utiliza centralele electrice, este necesară licența de exploatare a unei capacități de producere a energiei electrice. Aceasta se obține după punerea în funcțiune.
Se depune următoarea documentație:
specificarea capacităților de producție;
organigrama solicitantului;
structura personalului, pe specialități, care să ateste calificarea acestora;
ROF și/sau manualul calității;
planul de afaceri pentru activitatea care face obiectul licenței;
PV de recepție la terminarea lucrărilor;
PV de punere în funcțiune a capacității energetice.
VÂNZAREA ENERGIEI PRODUSE
[NUME_REDACTAT] permite producătorilor să vândă angro energia electrică doar pe piețele centralizate operate de OPCOM. Nu este permisă vânzarea energiei electrice prin contracte bilaterale direct negociate.
Vânzarea energiei electrice poate fi realizată numai după ce producătorul a primit licența de operare.
LISTA STANDARDELOR ÎN VIGOARE [2]
Caracterizarea dispozitivelor PV (EN 60891, EN 60904-1 până la 10);
Calificare de proiectare și omologare de tip:
Module cu siliciu cristalin: EN 61215;
Materiale în strat subțire : EN 61646;
Concentratoare: EN 62108.
Încercări specifice de fiabilitate (EN 61345, EN 61701);
Securitate (EN 61730-1 și EN 61730-2);
Standarde armonizate LVD (2006/95/EC);
Etichetarea modulelor PV (EN 50380);
Specificații tehnice pentru celule solare (EN 50461);
Specificații tehnice pentru plăcuțe solare (EN 50513);
Conectoare pentru sisteme PV (EN 50521);
Radiație solară (EN 61725);
Sisteme izolate (EN 61194, EN 61702, EN 62124) ;
Monitorizare și măsurări în aer liber (EN 61724, EN 61829);
Convertoare de putere și conectare la rețea (EN 61683, EN 61727);
Calificare de proiectare (EN 62093).
Capitolul 3
STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL ENERGIILOR REGENERABILE
SCURT ISTORIC
Prima instalație de distribuție a energiei electrice a fost realizată sub coordonarea lui [NUME_REDACTAT] în anul 1882. Era o rețea de curent continuu de 110 V și a fost utilizată pentru iluminatul public. Din acest moment și până la realizarea unei linii de transmisie a energiei electrice pe distanță mare între Miesbach și München (57 km și 2.000 V) tot în 1882, a devenit foarte clar faptul că dacă consumul de cupru se dorește să fie menținut cât mai mic, este necesar să se folosească pentru transmisia energiei electrice la mare distanță înalta tensiune. În consecință, sistemele de transport ale elergiei electrice la mare distanță trebuie să folosescă curentul alternativ și transformatoarele ridicătoare și coborâtoare de tensiune. Principiul metodei a fost patentat de Gualard și Gibbs în anul 1881. Generatoarele trifazate de curent alternativ au un concept de proiectare mai simplu și posibilități de întrerupere a curentului mai ușoare, în comparație cu generatoarele de curent continuu. În anul 1891, a fost realizată o linie de transport al energiei electrice între o centrală electrică din Neckar in Lauffen și orașul Frankfurt (la distanța de 176 km) la tensiunea de 15 kV și frecvență de 50 Hz. În jurul anilor 1920, în Europa era deja standardizată frecvența de 50 Hz. Apariția în această perioadă a izolatoarelor suspendate, a făcut posibilă creșterea tensiunii în liniile electrice de transport și distribuție atensiunii de pănă la 132 kV.
La începuturile transportului energiei electrice, singurul motiv al acestei activități rezulta din distanța existentă între hidrocentrale și centele urbane. Odată cu apariția și dezvoltarea termocentralelor, a devenit evident faptul că cele între cele două modalități de producere a energiei electrice (prin termocentrale și hidrocentrale) trebuie să existe un înalt grad de complementaritate, care să permită interconectarea acestor surse atât in interiorul unei țări cât și între diferite țări, în scopul utilizării optime a resurselor naturale. Prin acceptarea acestui concept, s-au dezvoltat rapid rețele electrice internaționale. Astfel, în anul 1922 a fost realizată o rețea electrică de 150 kV între Franța și Elveția, în anul 1929 Germania și Austria s-au interconectat printr-o rețea de 225 kV, iar în anul 1935, toată zona de est a Franței a fost interconectată cu [NUME_REDACTAT] și Germania. Europa de vest era în anul 1985 în totalitate interconectată printr-o rețea de 380 kV, iar din anul 1990, această interconectare s-a extins către țările din Europa de este (Polonia, Ungaria) și către țările din nordul Africii [5].
Avantajele unei astfel de rețele constau în crearea posibilităților de planificare a schimburilor de energie electrică și în asigurarea solidarității întrte parteneri în cazul unor avarii în producerea energiei electrice, în scopul reducerii la minim a efectelor datorate scăderii frecvenței.
Energia electrică sub formă de curent continuu se mai folosește în prezent în tracțiunea electrică (tensiuni cuprinse între 500 V și 3.000 V). Pentru obținerea acestor tensiuni, în prezent în cele mai multe vehicule se realizează conversia curent alternativ – curent continuu (redresarea tensiunii alternative), iar rețelele de tracțiune sunt rețele monofazate de 25 kV și 50 Hz.
Trebuie de menționat și faptul că rețelele de curent continuu de înaltă tensiune devin interesante atât din punct de vedere tehnic cât și economic în cazul conexiunilor subacvatice de lungimi ce depășesc căteva zeci de kilometri (conexiunea dintre Franța și [NUME_REDACTAT], dintre Irlanda și Scoția) sau în cazul interconectării rețelelor de putere asincrone (ca în cazul interconectării rețelelor dintre Europa de este și Europa centrală inainte de anul 1995 sau dintre rețelele cu frecvențe diferite, cum este cazul în Japonia). Aceste conexiuni necesită utilizarea concertoarelor electronice de putere, bazate pe componente de putere cum ar fi tiristoarele sau tranzistoarele de putere.
SISTEME ELECTROENERGETICE DE PUTERE
Un sistem electroenergetic este compus din sistemul de producere (de generare) a energiei electrice, sistemul de transmitere și sistemul de distribuție. Centralele de producere și sistemele de distribuție sunt conectate între ele prin liniile de transmitere. În mod normal, liniile de transmitere realizează transmiterea unei cantități importante de energie electrică prin legăturile de înaltă tensiune dintre principalele centre de consum. Pe de altă parte, sistemul de distribuție este principalul responsabil de transmiterea puterii electrice către consumatori prin intermediul rețelelor de joasă tensiune. Puterea electrică este produsă la un nivel se tensiune cuprins între 11 kV și 25 kV. Această tensiune este ridicată prin intermediul transformatoarelor ridicătoare până la valoarea necesară liniei de transmisie, adică de la 66 kV, până la 400 kV sau chiar mai mare. Conexiunile dintre diferitele componente, cum ar fi cele dintre linii și transformatoare se realizează în substații. Cantități însemnate de energie electrică sunt transmise către centrele de consum la tensiuni de 220 kV sau mai mari. În SUA, transmiterea energiei electrice se face la o tensiune de 345 kV și 500 kV, în [NUME_REDACTAT] la 275 kV și 400 kV. Rețeaua constituită din aceste linii de foarte înaltă tensiune poartă uneori numele de super-rețea. Această super-rețea la rândul ei alimentează o sub-rețea care funcționează la tensiunea de 132 kV sau mai puțin.
Fig. 1.1. Configurația unui sistem de alimentare cu energie electrică de mare putere.
În figura 1.1, se prezintă configurația unui sistem de alimentare cu energie electrică de foarte mare putere. Aceasta se poate impărți în două componente: sistemul de transmitere și sistemul de distribuție. Sistemul de transmitere se poate diviza la rândul său în sistemul de transmitere primar și sistemul de transmitere secundar (două sub-sisteme de transmitere). Sistemul de distribuție se poate împărți în sistemul de distribuție primar și sistemul de distribuție secundar.
Figura 1.2 ilustrază configurația generală a unui sisten electroenergetic.
Rețelele de transmitere se diferențiază în mai multe moduri, dar în principal se deosebesc prin amplitudinea tensiunii. Structura generală a unui sistem de distribuție este diferită, numărul ramurilor și a susselor fiind mult mai mare. Configurația tipică a unui sistem de distribuție conține un transformator coborâtor (123/11 kV sau 66/11 kV sau 33/11 kV) care alimentează diferite linii a căror lungime variază de la câteva sute de metri la câțiva kilometri. De-a lungul acestor linii de alimentare (feeders), sunt plasate câteva transformatoare coborâtoare trifazate (11 kV/400 V). De la aceste transformatoare coborâtoare, pleacă retele trifazate cu patru fire (nul accesibil) către consumatori. Consumatorii monofazați (cum ar fi de exemplu consumatorii casnici), sunt alimentați cu o tensiune de 230 V de la aceste linii de alimentare trifazate.
Fig. 1.2. Configurația generală a unui sistem electroenergetic.
În figura 1.3 se prezintă configurația tipică a unui sistem de distribuție.
Fig. 1.3. Configurația generală a unui sistem de distribuție.
NECESITATEA INTERCONECTĂRII
Centrala de producere a energiei electrice și sistemele de distribuție sunt conectate între ele prin liniile de transmitere. Sistemul de transmitere corespunzător unei anumite zone (a unui stat sau unei provincii) poartă numele de rețea. Rețelele sunt conectate între ele prin linii de interconectare, formând o retea regională (denumită și rezervă de putere). Rețelele regionale sunt interconectate între ele, formând reteaua națională. Interconectarea prezintă avantajul principal al întrajutorării recoproce, constituind de altfel și beneficiul planificat al acesteia. Interconectarea este întotdeauna economică și benefică. Centralele de producție a energiei electrice având capacităti de sute de megawati, constutuie susrsele de bază sau intermediare pentru consumatori. Centralele trebuie interconectate între ele astfel încăt ele să debiteze putere într-un sistem general și nu unul particular de consumatori. Avantajul economic al interconectării rezultă din faptul că reduce valoarea capacității de rezervă a generatoarelor în fiecare zonă particulară. În cazul în care într-o anumită zonă se înregistreză un salt brusc de sarcină sau de pierderi, există posibilitatea de a împrumuta energie electrică de la o zonă învecinată. În fiecare zonă, pentru a putea acoperi salturile bruște de sarcină (produse din diverse cauze), există o rezervă a capacitătii de producție, care constă în existență unor generatoare care funcționează la viteza nominală fiinf pregătite să suplimenteze instantaneu puterea debitată sarcinii.
Practica a demonstrat că este util ca în centralele de producție a energiei electrice să existe generatoare acționate cu turbine pe gaz sau hidroneneratoare cu rol de rezervă de putere. Generatoarele acționate prin turbine pe gaz pot fi pornire și puse în satcină în trei minute sau chiar mai puțin. Hidrogeneratoarele pot face acest lucru chiar într-un timp mai scurt. În general este mai avantajos din punct de vedere economic să existe centrale electrice cu rol de rezervă de putere, decât să existe generatoare de rezervă în fiecare centrală în parte. Aceasta înseamnă că interconectarea rețelelor de alimentare cu energie electrică oferă un grad mare de flexibilitate în procesul de acoperire a cererilor suplimentare urgente de putere electrică din partea consumatorilor [3].
SISTEME INTEGRATE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE
Tehnologiile legate de producerea energiei electrice joacă un rol important în dezvoltarea economică și socială la toate nivelurile, începând de la gospodăriile individuale, structurile comunitare și regionale, naționale și internaționale. În ciuda efectelor benefice evidente pentru dezvoltarea economică și creșterea nivelului de trai, producerea energiei este strâns legată de poluarea și degradarea mediului înconjurător. În prezent, producerea energiei electrice este dependentă de combustibilii fosili neregenerabili, a căror utilizare intensivă a fost și va fi in continuare cauza majoră a poluării și a modificărilor climaterice. Datorită acestor consecințe negative și a epuizării rezervelor mondiale de combustibili fosili, amplifcarea cercetărilor pentru găsirea unor alternative durabile devine o cerință tot mai urgentă. Există posibilitatea marea provocare pentru găsirea unor surse de energie alternative durabile constă în dezvoltarea tehnologilor destinate integrării și controlului surselor de energie regenerabilă în sistemele integrate de producere a energiei electrice.
Sistemele de producere a energiei electrice și rețelele de distribuție integrate (“inteligente” – smart power grid [4,5]) vor constitui platformele care vor permite utilizarea surselor de energie regenerabilă și asigurarea suplimentării urgente a necesarului de energie pentru marile metropole. Prin acesta vor preveni căderile de tensiune provocate de erorile umane și de calamitățile naturale în sistemele energetice interconectate. Pe lângă aceasta, rețelele inteligente vor permite separarea marilor rețele interconectate în grupuri de rețele zonale mai mici.
În figurile 1.4 și 1.5 se prezintă arhitecturile unor sisteme de producere și distribuție a energiei electrice de curent continuu (figura 1.4) și respectiv de curent alternativ (figura 1.5) din surse regenerabile.
Sistemele de producere și distribuție a energiei au în componență unități de producere a energiei electrice (DG – distribution and generation) care utilizează pile de combustie (FC), energie eoliană (vind – turbine), panouri fotovoltaice (PV), generatoare cu turbine de mare viteză (MTG – micro-turbine generator) și sisteme de înmagazizare (stocare) a energiei. La ieșirea sistemelor bazate pe pile de combustie și panouri fotovoltaice se obține o tensiune de curent continuu de mică valoare. Acestă tensiune se transformă în înaltă tensiune de curent continuu, prin utilizarea unor convertoare CC/CC. Generatoarele eoliene oferă la ieșire în unele cazuri tensiune alternativă de frecvență variabilă, iar turbinele de mare viteză, tensiune de înaltă frecvență. În cazul acestor două surse se impune utilizarea convertoarelor CA/CC sau CA/CA.
În configuratia prezentată în figura 1.4, sistemele de producere a energiei electrice sunt conectate la o magistrală de curent continuu de tensiune constantă care include și sistemul de înmagazinare a energiei. Prin aceasta se asigură posibilitatea de alimentare și funcționare imediată a consumatorilor prin simpla conectare la magistrală. Bineînțeles că aceasta implică capacitatea sistemului de a stoca energia produsă și utilizarea convertoarelor CC/AC, pentru obținerea energiei electrice sub formă de curent alternativ. În prezent, dispozitivele se înmagazinare oferite de către firmele producătoare constau în baterii sau sisteme baterie – volant, care pot asigura o cantitate de energie începând de la 700 kW timp de 5 secunde până la 2 MW timp de 5 minute sau 1 MW timp de 30 de minute, iar o baterie de 28 ultra-condensatori poate asigura 12,5 kW timp de câteva secunde.
Fig. 1.4. Arhitectura unui sistem de producere și distribuție a energiei electrice
sub formă de curent continuu, din surse regenerabile.
Sistemele de producere și distribuție e energiei de joasă tensiune reprezentate în figura 1.6, pot conține unul sau chiar toate tipurile de sisteme de producere a energiei prezentate în figurile 1.4 și 1.5.
Ansamblul de unități de producere a energiei electrice poate funcționa ca un sistem izolat sau în paralel cu rețeaua locală de alimentare. În cazul în care funcționează ca sistem izolat, va folosi rețeaua locală de alimentare ca rezervă de putere. În funcție de disponibilitatea resurselor de energie regenerabilă, sistemul de producere a energiei electrice va fi utilizat în primul rănd pentru a susține integral sau parțial cererea consumatorilor, iar surplusul de energie este utilizat pentru a regla tensiunea și puterea în sistem. Rețeaua care funcționează ca sistem izolat împreună cu unitățile sale de producere a energiei trebuie să fie proiectate în așa fel încât să asigure ciclul zilnic de sarcină plus pierderile care se produc în cea mai mare unitate de generare din sistem. Aceasta înseamnă că după o perturbație majoră (deranjament major), dispozitivele de stocare împreună cu unitățile de reglare trebuie să verifice și să stabilizeze oscilațiile joasei tensiunii și a puterii. În regim de sistem izolat, stabilizarea se poate realiza utilizând informații despre scăderea frecvenței.
În funcție de valoarea acesteia, se controlează puterea electrică de curent continuu care este transmisă magistralei de CC, măsurând tensiunea și curentul acestei magistrale. După ce perturbația a trecut, se încarcă unitățile de stocare a energiei (baterie, volant).
Pentru a înțelege mai bine această problemă, este esențial să se studieze modul de cooperare a surselor de energie electrică din cadrul sistemului de producere și distribuție a energiei electrice, ținând cont de pierderile care se produc în cea mai mare unitate de generare. Conlucrarea adecvată dintre sistemele de reglare ale unităților de producere a energiei, cum ar fi cele ale unitățillor MTG (cu o constantă de timp de ordinul fracțiunilor de secundă), cu cele ale unităților de pile de combustie (constantă de timp de ordinul minutelor) și dispozitivele de stocare (intrare în funcție instantanee) se poate proiecta astfel încât fiecare sistem să aibă contribuția sa la obținerea puterii totele necesare în scopul menținetii constante a frecvenței, reglarea și stabilizarea tensiunii în rețea.
Fig. 1.5. Arhitectura unei stații de producere a energiei electrice sub formă de
curent continuu, de 2 MVA.cu panouri fotovoltaice.
Fig. 1.6. Arhitectura unei stații de producere a energiei electrice de
curent continuu de joasă tensiune, cu magistrală de CA.
În prezent, majoritatea comsumatorilor din spitale (imagistica magneto-rezonantă – MRI, tomografele computerizate – CAT, aparatura radiologică, etc) și sistemele de comunicare (prelucrarea digitală a semnalelor – DSP , microcontrolerele) constituie consumatori care sunt alimentați prin utilizarea tehnologiei factorului de putere corectat (PFC). Aplicarea acestei tehnologii este justificată prin:
Forma curentului de alimentare este sinusoidală, ceea ce însemnă că injecția de armonici superioare de curent în linie este foarte redusă în timpul funcționării în regim stationar.
În cazul în care factorul de putere al acestor consumatori se apropie de unitate, convertoarele funcționează la temperatura minimă.
Toți producătorii de convertoare de putere trebuie să respecte reglementări internaționale cum ar fi IEC 61000-3-2 și IEEE 519.
Totuși, în timpul regimurilor tranzitorii de funcționare sau în care sistemul de alimentare este supus unor perturbări cum ar fi căderile de tensiune, sarcini suplimentare sau deranjamente temporare, consumatorii dotați cu sisteme de corectare a factorului de putere (consumatorii PFC) nu funcționează ca sarcini pur rezistive după cum se întâmplă în regim staționar de funcționare. De fapt acști consumatori constituie sarcini puternic neliniare și în timpul perturbațiilor pot funcționa ca sarcini cu un pronunțat caracter inductiv sau capacitiv. Acest mod de funcționare este denumit “bifurcare”. Este motivul pentru care studiul stabilității sistemului de distribuție și generare în cazul în care aceste alimentează consumatori PFC este esențial pentru asigurarea unui regim dinamic de funcționare corespunzător.
Funcționarea sistemelor de producere și distribuție a energiei în oaralel cu o rețea locală asigură avantajul creșterii sigurantei în funcționare, fiind o problemă de care trebuie să se țină cont în exploatarea acestor sisteme. Standardul IEEE 1547 precizează condițiile de funcționare ale acestor sisteme din punctul de vedere al siguranței în funcționare. Rămân totuși de rezolvat problemele ivite în cazul căderilor bruște de tensiune ale rețelei locale [4].
ENERGIEA REGENERABILĂ LA NIVEL GLOBAL – PREZENT ȘI VIITOR
Energia regenerabilă a fost folosită de om începând din cele mai vechi timpuri. Arderea biomasei pentru încălzire și iluminare a fost practicată încă de la începuturile istoriei, fără a menționa utilizarea alimentelor organice ca energie pentru supraviețuire. Morile de vânt și cele de apă au exploatat resursele naturale pe parcursul deceniilor, fiind cea mai timpurie sursă de obținere a energiei pentru agricultură și procesele industriale la scară mică.
Tehnologiile modeme de conversie a surselor regenerabile au istorii diferite. Începuturile dezvoltării tehnologiilor eoliene pot fi atribuite sfârșitului sec. al XIX-lea, în Danemarca. Interesul față de aceste tehnologii a atins nivelul optim pe parcursul celor două războaie mondiale, din cauza limitării accesului la combustibilii fosili. Începând cu anii 1950, celulele fotovoltaice (solare) au cunoscut investiții datorită utilizării lor fulminante în sistemele spațiale de zbor, cu rezultate aplicabile în tehnologia și știința materialelor, urmate de reducerea prețurilor până la nivelul acceptat de consumatori. Motivația de bază pentru expansiunea energiilor regenerabile vine o dată cu crizele petrolului din 1973 și 1979 – 1980. Beneficiind de susținerea liderilor politici, în diferite țări a crescut suportul cercetărilor și dezvoltării unor noi tehnologii. [NUME_REDACTAT] a fost primul politician care s-a orientat către utilizarea energiei solare ca răspuns la criza energetică din 1973. Tehnologiile eoliană, a valurilor mării și solară au beneficiat de investiții o dată cu creșterea nivelului lor de aplicare.
[NUME_REDACTAT] este, de asemenea, într-o situație dificilă, deoarece prin importurile de 82% de petrol și 57% de gaz, este lider mondial în acest plan. Cu o valoare a raportului „rezerve/consum ” (R/C) egal cu 3,0 (un coeficient foarte redus conform standardelor mondiale), [NUME_REDACTAT] este expusă unei vulnerabilități energetice, fapt ce o determină să caute căi de ameliorare a securității energetice.
Energia regenerabilă este energia derivată din surse care sunt regenerative și pentru toate aplicațiile practice nu poate fi epuizate. Actualmente, sursele regenerabile de energie contribuie cu aproximativ 18,4% la consumul uman global de energie. Sursa primară de energie regenerabilă este radiația solară, adică energia solară.
Energiile solară, eoliană și hidraulică sunt utilizate tradițional pe larg în țările dezvoltate și în curs de dezvoltare. însă, producerea în masă a electricității, folosind sursele regenerabile de energie, a început relativ recent, reflectând tratatele majore privind schimbarea climei și poluarea, epuizarea combustibililor fosili și riscurile sociale, politice și de mediu ale combustibililor fosili și ale energiei nucleare. Mai multe țări și organizații promovează energiile regenerabile prin subsidiere și reduceri de taxe.
Trecerea la tehnologiile bazate pe energii regenerabile este dictată atât de creșterea continuă a prețurilor la petrol și gaz (fără șanse de a se micșora în viitor), cât și de conștientizarea problemelor legate de schimbarea climei globale. în ultimii 30 de ani, sistemele energetice solare și eoliene s-au dezvoltat rapid, reducând substanțial costurile capitale și ale energiei generate, continuând îmbunătățirea performanțelor sistemelor. De fapt, prețurile combustibililor fosili și ale energiei regenerabile, precum și costurile sociale și de mediu mereu crescânde au favorizat evoluția rapidă și pe scară largă a diseminării și dezvoltării piețelor pentru energiile regenerabile.
Dezvoltarea și utilizarea surselor regenerabile de energie introduce o diversitate a piețelor de consum ale energiei, contribuie la securizarea pe termen lung a satisfacerii energetice durabile, contribuie la reducerea emisiilor atmosferice locale și globale și propune opțiuni comerciale atractive pentru promovarea serviciilor specifice în satisfacerea necesităților energetice, în particular, în țările în curs de dezvoltare și mediul rural, ajutând la crearea unor noi oportunități privind deschiderea locurilor de muncă.
Distribuția energiei regenerabile pe tipuri de surse regenerabile este prezentată în diagrama din figura 1.7.
Fig. 1.7. Energia regenerabilă globală în anul 2005.
În prezent, energiile regenerabile sunt dominate de macrohidroenergetică și biomasă, utilizată în calitate de combustibil pentru pregătirea hrănii și încălzire, în special în țările în curs de dezvoltare din Africa, Asia și [NUME_REDACTAT]. Sursele de energie regenerabile noi (solară, eoliană, geotermală și microhidroenergetică) contribuie doar cu aproximativ 2%. Un număr important de studii și de scenarii au investigat contribuția surselor regenerabile de energie la satisfacerea necesităților globale în energie, indicând că în prima jumătate a secolului XXI contribuția ei va crește de la 20 până la 50%.
80% din cerințele energetice în societățile industriale vestice sunt concentrate pe încălzirea și deservirea clădirilor și acționarea vehiculelor (automobile, trenuri, avioane).
Majoritatea surselor regenerabile sunt orientate spre generarea electricității. Islanda este lider mondial în energii regenerabile datorită abundenței surselor de energie hidraulice și termale. Aproximativ 99% din energia electrică produsă în această țară este obținută din surse regenerabile, iar încălzirea casnică urbană se face în mjoritatea cazurilor cu energie geotermală.
POTENȚIALUL SURSELOR DE ENERGIE ÎN MEDIUL RURAL
Primul pas spre elaborarea Strategiei globale pentru țările UE cu privire la dezvoltarea și implementarea SRE, a fost lansarea în 1996 a primei versiuni a Strategiei în așa-numita [NUME_REDACTAT] [6]: “Energie pour l’avenir: les sources d’energie renouvelables”, care a fost expusă unei largi dezbateri publice, începând cu anul 1997. [NUME_REDACTAT] a provocat reacții numeroase din partea instituțiilor comunitare, guverne și organisme naționale, a întreprinderilor și asociațiilor interesate cu privire la SRE. Pe parcursul acestei perioade de consultații. [NUME_REDACTAT] a organizat două conferințe, la care au fost discutate o serie de probleme formulate și propuneri elaborate. După dezbaterile publice asupra [NUME_REDACTAT] a fost redactată Strategia finală expusă în [NUME_REDACTAT] [7]: [NUME_REDACTAT]: “Energie pour 1’avenir: les sources d'energie renouvelables. Une strategie et un plan d ’action communautaires”.
[NUME_REDACTAT] Albă a UE au fost prezentate viziunile cu privire la obiectivele și politica comunitară în ceea ce privește energetica și mijloacele necesare atingerii acestora. Se preconizează trei obiective principale pentru politica energetică:
consolidarea competitivității;
securitatea aprovizionării cu surse energetice;
protecția mediului.
Promovarea SRE este specificată ca unul din factorii determinanți pentru atingerea obiectivelor menționate. Fiind indigene, SRE vor avea un rol important în micșorarea nivelului dependenței de import, vor avea un efect pozitiv în creșterea securității aprovizionării.
Nu puțini sunt cei care consideră că energiile regenerabile nu sunt eficiente din punct de vedere al costului. Aceasta este din cauză că prețurile combustibililor fosili nu includ costurile actuale și de viitor ale schimbărilor ecologice globale [8], De asemenea, eforturile depuse pentru extragerea petrolului de la mari adâncimi sunt în creștere, iar costurile tehnologiilor energiilor regenerabile se vor reduce o dată cu creșterea investițiilor și expansiunea capacităților [9].
[NUME_REDACTAT], potențialul hidroenergetic valorificat al principalelor râuri este relativ ridicat (fig. 1.8). Potențialul hidroenergetic în România este estimat la 40TWh, din care 12 TWh sunt valorificați. 362 de hidrocentrale cu o capacitate instalată de 6120 MW reprezintă 27,9% din capacitatea totală instalată a sistemului energetic din România. El se exprimă în amenajări de mare putere și de mică putere (sub 10 MW/unitate hidro):
amenajări de putere mare (34000 GWh/an);
amenajări de putere mică (6000 GWh/an).
Fig. 1.8. Potențialul hidroenergetic în România.
Amenajările hidroenergetice de putere mică – până la 3,6 MW – se împart în:
centrale hidroelectrice de putere mare (UHE) –unități hidroelectrice cu o putere egală sau mai mare de 3600 kW;
unități hidroelectrice cu puterea unitară sub 3600 kW, diferențiate în trei subcategorii
unități hidroelectrice de putere mică (CHEMP) cu putere instalată între 200 kW și 3600 kW;
microhidrocentrale (MHC) cu putere instalată între 20 kW și 200 kW;
unități hidroelectrice artizanale (CHA) cu putere instalată mai mică de 20 kW.
Oportunitățile pentru dezvoltarea hidroenergeticii în România sunt foarte mari. Aproximativ 5000 de localități din România sunt favorabile pentru hidroenergetica la scară mică.
Majoritatea politicilor energiilor regenerabile conțin stimularea piețelor, iar aceasta cere diferite tehnologii cu eficiență sporită și costuri reduse. Au fost aplicate mai multe mecanisme ale politicii energetice, dar mecanismele cele mai utilizate au fost mecanismul de cotă, mecanismul contractual, mecanismul tarifelor fixe și aplicarea taxelor creditare. Mecanismul de cotă, uneori cunoscut ca [NUME_REDACTAT] de Regenerabile (PSR), indică guvernelor să oblige companiile și alți consumatori de a utiliza o parte din electricitatea consumată din surse regenerabile. Companiile care se eschivează de la această obligațiune sunt obligate să plătească o amendă pentru fiecare unitate de electricitate. Aceasta conduce la creșterea capacităților energiilor regenerabile și, în rezultat, la scăderea prețurilor. Mecanismul este utilizat în majoritatea statelor SUA, de asemenea, în [NUME_REDACTAT], Italia, Belgia și alte țări europene. În SUA, mecanismul este aplicat la nivel statal.
Conform unui studiu PHARE (studiu efectuat asupra resurselor de vânt ale României la înălțimea de 50m în condiții topografice diverse), potentialul eolian (total) este de circa 14.000 MW putere instalată (23.000 GWh producție de energie electrică/an). Luând în considerare doar potențialul tehnic și economic amenajabil, de circa 2.500 MW, producția de energie electrică corespunzătoare ar fi de aproximativ 6.000 GWh/an, rezultând un procent de 11% din producția totală de energie electrică a tării noastre. Investițiile necesare în domeniul energiei energiei eoliene sunt de cca. 1 milion euro/MW instalat.
Comparativ cu celelalte surse de energie regenerabilă, energia eoliană este folosită cel mai extensiv la momentul actual fiind considerată sursa de energie cu cea mai rapidă creștere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste 25% din timp, ponderea cea mai mare fiind iarna, când vântul este mai puternic.
În urma studiilor și analizelor efectuate s-a ajuns la concluzia că potențialul tehnic al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum.
Fig. 1.8. Potențialul de vânt în România.
Datorită amplasării sale, Romania se regăsește în zona europeana B de însorire, ceea ce conferă țării un potențial solar major care poate fi exploatat.
Fig. 1.8. Potențialul solar al României. [qsetenergy.qsetenergy.ro]
Cu 210 zile însorite pe an, Romania poate beneficia de un flux anual de energie situat între 1000 – 1300 kWh/m2/an.
Nivelul radiațiilor este bun comparativ cu cel al altor țări cu climat temperat, iar diferențele sunt foarte mici, în funcție de zona geografică. Radiațiile ating valorile maxime în luna iunie, de 1,49 kWh/ m2/zi, iar pe cele minime în luna februarie, de 0,34 kWh/ m2/zi.
În principal, Romania este împărțită în trei zone de însorire:
zona roșie – cca. 1650 kWh/m2/an, în care intră Oltenia, Muntenia, Dobrogea și sudului Moldovei;
zona galbenă – (1300–1450) kWh/m2/an, în care se regăsesc regiunile carpatice și subcarpatice ale Munteniei, Transilvania, centrul și nordul Moldovei și Banatul;
zona albastră – (1150–1300) kWh/m2/an, în care găsim regiunile de munte.
TEHNOLOGII DE PRODUCERE A ENERGIEI DIN SURSE REGENERABILE
Centrale termice solare (CETS) cu concentratoare cilindro-parabolice.
Procesul de conversie a energiei solare termice în energie electrică este similar cu cel tradițional, bazat pe combustibili fosili unde energia stocată în combustibil este eliberată prin ardere, se transformă în energie potențială a aburului comprimat și încălzit până la 500 – 600°C. În turbină, aburul se dilată, energia potențială se transformă în energie cinetică care, la rândul său, se transformă în energie electrică.
În sistemele solare, combustibilul fosil este înlocuit cu radiația solară, focarul cazanului – cu un colector solar cu concentrare; cilindro-parabolic, cu oglindă paraboloidală sau cu heliostate și turn central. Colectoarele solare termice cu concentrarea razelor solare sunt utilizate predominant pentru generarea electricității.
Există diferite sisteme care diferă prin modul cum ele concentrează și colectează razele solare, dar pasul final de generare a energiei electrice este identic cu al centralelor (stațiilor) energetice convenționale. În final este utilizat motorul termic pentru a converti energia termică în energie electrică. Sistemul solar are scopul să concentreze razele solare și să le transforme în căldură, care este utilizată în motorul termic. În mod simplist, stația termică solară este un bloc energetic convențional care utilizează energia solară în calitate de sursă primară de căldură.
În ultimele două decenii ale secolului trecut, în SUA au fost realizate cu succes mai multe proiecte-pilot de CETS, care au demonstrat viabilitatea tehnică și tehnologică a acestora și au deschis calea spre realizarea a noi proiecte cu capacitatea de sute de MW. Cea mai mare centrală solară termică din lume are o putere maximă de 354 MW și este amplasată în localitatea [NUME_REDACTAT], California, SUA [10], A fost construită de firma [NUME_REDACTAT] în perioada 1985-1991 și constă din 9 unități cu capacitatea între 14 și 30 MW putere electrică. Mai târziu, acest tip de centrală a fost denumit „Sisteme solare tip LUZ”.
În figura 1.9 se prezintă o porțiune din câmpul de concentratoare cilindro-parabolice.
Fig. 1.9. a) – o porțiune de câmp cu colectoare solare cilindr-o-parabolice
a centralei termice [NUME_REDACTAT], b) – o linie separată.
Centrala este dotată cu un circuit auxiliar, care funcționează pe bază de gaz natural și care permite extinderea producerii de energie cu 25%, fie pe timp noros sau în orele de vârf. A fost proiectată să furnizeze energie electrică în orele de vârf, când costul de livrare este maxim.
Componentele principale ale centralei sunt prezentate în schema din figura 1.10. Câmpul de colectoare solare este format din concentratoare cilindro-parabolice cu o suprafață totală de circa 1,75×106 m2. Partea activă a concentratorului – reflectorul – este format din sticlă cu conținut mic de fier și acoperită în spate cu argint. Sticla este montată pe o structură metalică secționată, ceea ce permite formarea colectoarelor de diferite lungimi. Colectoarele se montează în rânduri paralele în direcția sud-nord. Pentru urmărirea soarelui se folosesc acționări hidraulice. Receptorul de radiație solară prezintă o țeavă de oțel cu diametrul de 70 mm acoperită cu un strat de material selectiv. Pentru a micșora pierderile de energie, receptorul este amplasat într-un tub de sticlă vidat. La temperatura de 350°C, suprafața receptorului are o absorbtanță egală cu 0,96 și o emitanță de numai 0,19. Reflectanța oglinzilor în stare curată este egală cu 0,94. în primul contur, în care se includ și colectoarele solare, în calitate de caloportor se folosește un fluid sintetic (de regulă ulei).
Fig. 1.10. Schema funcțională a centralei solare termice [NUME_REDACTAT], California.
Temperatura fluidului la ieșire din colectoare este de 390°C, iar la intrare – de circa 304°C. în al doilea contur se folosește apa care se transformă în abur în cazanul alimentat energie termică de la colectoarele solare. Unitatea de generare reprezintă un grup tradițional turbină cu abur-generator sincron. Turbina cu abur are două trepte de presiune – prima se alimentează cu abur supraîncălzit, iar a doua – de la preîncălzitor.
Cea mai mare colecție de sisteme parabolice în lume are SEGS ([NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]). Nouă instalații sunt amplasate în deșertul Mohave în California de Sud. Instalațiile SEGS au fost construite în perioada 1985-1991. O rețea largă de instalații SEGS de 80 MW sunt localizate în regiunea [NUME_REDACTAT]. Toate instalațiile SEGS sunt hibride, folosind combustibili fosili pentru suplimentarea energiei electrice solare în perioadele cu radiație solară joasă. Fiecărei instalații i se permite să genereze 25% din energia anuală folosind combustibili fosili. În instalațiile hibrid SEGS, în orele de vârf, factorul de capacitate depășește 100% pentru o perioadă mai mare de o decadă, cu mai mult de 85% de energie electrică obținută din energie solară. În general, instalațiile SEGS funcționează bine. Modele noi de elemente de colectoare de căldură conduc la mărirea performanțelor instalațiilor și reducerea costurilor.
Centrale electrice termice solare cu heliostate și turn central
Centralele termice solare cu heliostate și turn central (prescurtat, turnuri solare) utilizează mii de oglinzi numite heliostate, care reorientează fluxul solar concentrat spre un receptor, instalat la capătul superior al turnului. La cele mai multe receptoare, soluția de sare încălzită în receptor este folosită pentru generarea vaporilor direct în receptor, vapori care sunt folosiți de un generator cu turbină convențională pentru producerea electricității.
Fig. 1.11. Schema funcțională a centralei solare [NUME_REDACTAT].
Sarea topită de nitrat posedă proprietăți de transfer de căldură și capacități de stocare a energiei superioare. Turnurile de energie comerciale pot fi dimensionate pentru a produce de la 50 până la 200 MW electricitate. În practica internațională se folosesc sisteme cu aer în calitate de fluid de lucru în receptor. Schema tehnologiei turnului solar cu receptor solar de temperatură înaltă este prezentată în figura. 1.11.
În anii '90 ai secolului trecut au fost construite câteva centrale-pilot cu heliostate și turn central: în fosta URSS – cu puterea de 5 MW; în Italia, Spania și Franța – cu puterea de 1 MW. Cea mai mare centrală din lume cu heliostate a fost construită în anul 1982 în SUA, localitatea Barstow, California. Centrala a fost numită [NUME_REDACTAT] și are o putere de 10 MW [11-13].
Sisteme fotovoltaice
Termenul “fotovoltaic” derivă din combinația cuvântului grec photos, ceea ce înseamnă lumină și numele unității de măsură a forței electromotoare – volt. Astfel, tehnologia fotovoltaică (PV) descrie procesul de generare a electricității cu ajutorul luminii. în anul 1839, în perioada revoluției industriale, [NUME_REDACTAT] Becquerel, tatăl [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Becquerel, a descoperit efectul fotovoltaic, care explică cum poate fi generată electricitatea de lumina solară. El a conchis că “iluminarea unui electrod afundat într-o soluție conductivă va crea un curent electric”.
Însă, în pofida unor cercetări extensive, după această descoperire, conversia fotovoltaică continuă să fie ineficientă. Celulele fotovoltaice erau utilizate mai mult pentru propuneri de măsurare a intensității luminii. Primul raport asupra efectului fotovoltaic sau fotoelectric, cum era numit la timpul respectiv, a fost făcut de savanții din Cambridge, W. Adams și R. Day, în 1877, unde sunt descrise schimbările care au într-o placă de seleniu expusă luminii. În experiențele sale, [NUME_REDACTAT] a observat, în anul 1887, că o placă din zinc se încarcă cu sarcină pozitivă dacă este expusă unei radiații ultraviolete. Fenomenul se datorează aceluiași efect fotoelectric: sub acțiunea razelor ultraviolete, din metal sunt eliberați electroni, ceea ce are drept rezultat faptul că metalul se încarcă pozitiv.
Prima celulă PV a fost construită de electricianul american [NUME_REDACTAT] în 1883 pe bază de seleniu. Construcția celulei a fost patentată în anul 1884. Construcția celulei era foarte asemănătoare cu celulele de astăzi. Dar eficiența celulei era mai mică de un procent și nu a obținut o utilizare industrială.
După aproximativ un secol de la prima descoperire a efectului. [NUME_REDACTAT] a primit premiul Nobel în fizică în 1921 pentru explicarea efectului fotoelectric, care a permis utilizarea practică a celulelor fotovoltaiee. În 1946. [NUME_REDACTAT] a inventat celula solară [14], urmată de inventarea în 1947 a tranzistorului.
La mijlocul secolului al XX-lea, savanții și inginerii au revenit asupra studiului efectului fotovoltaic, care are loc în semiconductoare. În anul 1953, echipa de ingineri de la [NUME_REDACTAT] ([NUME_REDACTAT]) D. Chapin, C. Fuller și G. Pearson creează celula PV din siliciu cu o eficiență cu mult mai mare decât celula din selenium. În următorul an, aceeași echipă construiește o celulă din siliciu cu un randament de 6%, în același timp apar și primii consumatori de energie fotovoltaică – sateliții artificiali.
Prin folosirea efectului fotovoltaic are loc conversia directă a luminii solare în energie electrică. Tehnologia conversiei directe exclude transformările intermediare: radiația solară în energie termică, energia termică în energie mecanică, energia mecanică în energie electrică de curent alternativ. Conversia directă se realizează cu ajutorul materialelor semiconductoare, folosind efectul fotovoltaic.
Spre deosebire de generatorul electromecanic, generatorul fotovoltaic, așa-numita celulă fotovoltaică, produce energie electrică de curent continuu. Excluderea din lanțul tehnologic al transformărilor intermediare, lipsa mișcării, zgomotului, vibrațiilor, existența unei construcții modulare, durata de exploatare de peste 25 de ani, sunt argumente pentru a afirma că viitorul energeticii descentralizate va aparține tehnologiei fotovoltaice.
În figura 1.12 este prezentată schema constructivă simplificată a celulei PV, având la bază material semiconductor de tip p. Radiația incidentă poate fi echivalată cu un flux de fotoni, care au energia: E = hv, unde h este constanta lui Planck, iar ν este frecvența fotonilor. Dacă energia fotonului este mai mare decât energia benzii energetice interzise a semiconductorului, atunci, în urma interacțiunii fotonului cu un atom, electronul din banda de valență va trece în banda de conducție, devenind liber, generând, totodată, un gol în banda de valență. Astfel, sub acțiunea fotonilor, are loc generarea de perechi electroni-goluri. Acest efect se mai numește efect fotovoltaic interior. În fig. 1.12 din stânga, fotonul A are o frecvență mai mică și deci, o energie mai mică, iar fotonul B are o frecvență mai mare și, corespunzător, o energie mai mare (unda electromagnetică cu frecvență mică pătrunde în material la adâncimi mai mari și invers). Purtătorii de sarcină liberi sunt separați de câmpul electric al joncțiunii p-n, caracterizat prin potențialul de barieră U0 și care, în funcție de tipul semiconductorului folosit, este de circa 0,2 – 0,7 V. Aici, câmpul electric va avea rolul de separator de sarcini libere – perechi electroni-goluri. Electronii vor fi dirijați spre zona n, golurile – spre zona p a celulei. Acesta este motivul pentru care, sub influența luminii, zona p se încarcă pozitiv, iar zona n se încarcă negativ, ceea ce conduce la apariția unui curent electric prin circuitul extern, determinat de conversia fotovoltaică a radiației solare.
Acest curent, (fig. 1.12 din stânga), duce la o cădere de tensiune U pe sarcina externă R, conectată la contactele din spate și contactul-grilă frontal (fig. 1.12 din dreapta).
Fig. 1.12. Schema constructivă a celulei fotovoltaice.
Tensiunea U, în raport cu joncțiunea p-n acționează în sens direct și la rândul său, va determina prin joncțiune curentul diodei Id de sens opus curentului fotovoltaic Is, care se determină din expresia cunoscută:
(1.1)
unde: I0 este intensitatea curentului de saturație; k – constanta lui Boltzmann; T- temperatura absolută; e – sarcina electronului.
Module fotovoltaice. Celulele fotovoltaice de construcție modernă produc energie electrică la o putere care nu depășește 1,5-2 W la tensiuni de 0,5-0,6 V. Pentru a obține tensiuni și puteri necesare consumatorului, celulele PV se conectează în serie și/sau în paralel. Cea mai mică instalație fotoelectrică formată din celule PV interconectate în serie și/sau în paralel, încapsulate pentru a obține o rezistență mecanică mai mare și a proteja celulele de acțiunea mediului se numește modul fotovoltaic.
Un număr de module PV asamblate mecanic ca o unitate mai mare și conectate electric poartă denumirea de panou sau câmp de module. În acord cu standardele [NUME_REDACTAT] de Electrotehnică (IEC) se utilizează termenul “array”, ceea ce înseamnă sistem, rețea. Expresiile “modul fotovoltaic”, “panou fotovoltaic” sau “câmp de module” deseori au una și aceeași semnificație.
La proiectarea modulelor PV se ia în considerație folosirea frecventă a modulelor PV pentru încărcarea acumulatoarelor electrice, a căror tensiune este de 12 – 12,5 V. Astfel, în condiții de radiație standard, tensiunea maximă UM trebuie să fie 16-18 V, iar tensiunea de mers în gol – 20 – 22,5 V. O singură celulă generează în gol circa 0,6 V și trebuie să conectăm în serie 33-36 de celule pentru a obține tensiunea necesară. Puterea modulului va oscila între 50 W și 100 W.
Construcția modulului PV (fig. 1.13, a) este de obicei dreptunghiulară. Suportul se confecționează din aluminiu anodizat și separat de structura laminată a celulelor cu căptușeală, care nu permite pătrunderea umezelii. Celulele PV sunt protejate de acțiunea condițiilor nefavorabile, care pot interveni pe parcursul exploatării: ploaie, grindină, zăpadă, praf etc., de un sistem care constă dintr-un strat de sticlă și cel puțin două straturi (din față și din spate) din etilen vinii acetat EVA sau polivinil butirol PVB (fig. 1.13, b).
În figura 1.14 sunt prezentate module PV de diferite puteri, produse de firma Kyocera.
Pentru a obține tensiunea și puterea necesare consumatorului de energie electrică, modulele PV pot fi conectate în serie, paralel sau în serie-paralel (v. fig. 1.15, a,b,c).
Fig. 1.13. Schema constructivă a
celulei fotovoltaice.
Fig. 1.14. Module PV produse de
firma japoneză Kyocera.
La conectarea în serie a două module PV identice curentul debitat consumatorului rămâne același, iar tensiunea crește de două ori. În fig. 1.15, a) modulele PV1 și PV2 conectate în serie încarcă bateria de acumulatoare GB. Punctul de funcționare a sistemului module PV – GB este punctul de intersecție M al caracteristicilor respective: a două module conectate în serie și a bateriei de acumulatoare.
Diodele VD1 și VD2, numite diode de ocolire sau by-pass se conectează în paralel cu fiecare modul sau cu un grup de module conectate în paralel (conform figurii 1.15,a). Dioda by-pass limitează tensiunea inversă, dacă un modul din circuitul consecutiv este mai puțin performant sau este umbrit și se evită suprasolicitarea termică. În regim de funcționare normală, diodele VD1 și VD2 nu consumă energie.
Dioda VD, numită antiretur, se conectează în serie cu sarcina. Această diodă evită situația când modulul PV poate deveni consumator de energie, dacă tensiunea generată va fi mai mică decât a acumulatorului. Este evident că ea introduce o cădere de tensiune de circa 0,5V și, corespunzător, pierderi de energie.
Fig. 1.15. Interconexiunea modulelor PV:
a) – în serie; b) – în paralel; c) – în serie – paralel.
În fig. 1.15, b) se prezintă conectarea în paralel a două module identice. Tensiunea generată rămâne aceeași, iar curentul crește de două ori. Punctul de funcționare al sistemului module PV – rezistența R este punctul de intersecție M al caracteristicilor amper – volt ale modulelor și consumatorului I = (1/R)∙U. Diodele antiretur VD11 și VD12 nu permit ca un modul sau un grup de module unite în paralel să treacă în regim de consumator, atunci când nu sunt identice sau când sunt umbrite.
În schema din figura 1.15, c), modulele PV1 – PV2, PV3 – PV4 și PV5 – PV6 sunt conectate în serie, dar între ele – în paralel. Se obține astfel majorarea de două ori a tensiunii și de trei ori a curentului.
Evident, puterea instalației crește de șase ori.
Diodele VD1 – VD6 sunt diode de ocolire, iar VD12, VD34, VD56 sunt diode antiretur. Parametrii unui modul PV sunt determinați de parametrii celulelor din care este confecționat.
Structura unui sistem fotovoltaic. Celulele sau modulele PV nu sunt unicele componente ale unui sistem PV. Pentru asigurare continuă a consumatorului cu energie electrică, multe sisteme PV conțin acumulatoare de energie electrică. Modulul PV constituie un generator de curent continuu (c.c.), dar adesea consumatorul de energie este de curent alternativ. Energia electrică PV are un caracter variabil, alternanța zi/noapte, cer senin/cer acoperit provoacă variația într-o gamă largă a fluxului de energie și a tensiunii generate de modulul PV. Astfel, apare necesitatea condiționării fluxului de energie, folosind convertoare electronice: c.c./c.c, care îndeplinesc și funcția de monitorizare a procesului încărcare/descărcare a acumulatorului, c.c./c.a, pentru transformarea curentului continuu în curent alternativ. Pentru a evita supradimensionarea sistemului fotovoltaic adesea se folosește o sursă auxiliară de energie, fie un grup electrogen, fie un generator eolian sau chiar rețeaua electrică publică.
Toate aceste componente trebuie să fie interconectate, dimensionate și specificate pentru a funcționa într-un sistem unic, numit sistem fotovoltaic. În figura 1.16 este prezentată structura unui sistem PV.
Fig. 1.16. Structura unui sistem fotovoltaic.
Componentele principale sunt:
modulul, panoul, câmpul de module sau, altfel spus, generatorul fotovoltaic;
bateria de acumulatoare;
subsistemul pentru condiționarea energiei electrice, care include și elemente de măsurare, monitorizare, protecție etc;
sursa auxiliară de energie, de exemplu, un grup electrogen (back-up generator), care funcționează cu benzină sau motorină. în acest caz, sistemul PV se mai numește sistem PV hibrid.
Sistemele PV se împart în două categorii principale: conectate la rețea (grid – connected) care funcționează în paralel cu rețeaua electrică publică și sisteme PV autonome (stand – alone PV systems). Cel mai simplu sistem este sistemul PV pentru pomparea apei, în care se utilizează pompe cu motoare de c.c. Acest sistem nu conține acumulatoare electrice (rezervorul de apă servește drept acumulator) și nici convertoare de c.c./c.a.
Sistemele PV conectate la rețea pot fi divizate în: sisteme PV, în care rețeaua electrică publică are rol de sursă auxiliară de energie (grid back – up), sisteme PV. în care excesul de energie PV este furnizat în rețea (grid – interactive PV systems) și centrale electrice PV (multi MW PV systems), care furnizează toată energia produsă în rețea.
În lume există astăzi două companii care vizează dezvoltarea sistemelor fotovoltaice cu concentrator (CPV): Amonix, localizată în Torrance, California, SUA și [NUME_REDACTAT] Pty, Ltd, localizată în Australia. În figura 1.17 este reprezentat un sistem fotovoltaic cu rotire în jurul a două axe (în plan zenital și azimutal), elaborat de compania Amonix, care produce (25…35) kW pe un sistem mobil (depinde de numărul modulelor PV instalate pe sistem).
Fig. 1.17. [NUME_REDACTAT] cu concentrator cu lentile acrilice
și celule PV din siliciu.
[NUME_REDACTAT] utilizează mii de lentile acrilice Fresnel, care concentrează radiația solară pe celule solare PV. Eficiența anuală a modulului modulului Amonix este de 15,5%. [NUME_REDACTAT] au fost utilizate în [NUME_REDACTAT] de Servicii din Arizona pentru o capacitate totală de 547 kW. Sisteme de (10…20) MW se planifică pentru a fi utilizate în viitorul apropiat în Spania. Compania „[NUME_REDACTAT] Pty, Ltd” folosește concentratoare paraboloidale pentru a concentra razele solare pe receptorul PV. În figura 1.18 se prezintă un astfel de sistem, care atinge o eficiență de 15%… 16% și are o capacitate de 220 kW, cu posibilitatea măririi ei până la 720 kW. Mai multe contracte cu capacități de MW se așteaptă în viitorul apropiat. O nouă generație de circa 50 MW de sisteme CPV vor fi produse pentru California, SUA.
Fig. 1.18. Concentrator paraboloidal PV: „[NUME_REDACTAT] Pty, Ltd”.
EVOLUȚIA DEZVOLTĂRII TEHNOLOGIILOR EOLIENE
Demararea tehnologiilor comerciale
Perioada anterioară anului 1970. Cea mai mare turbină eoliană pentru producerea electricității a fost construită în localitatea [NUME_REDACTAT], Vermont, SUA [15]. Turbina cu puterea de 1250 kW, diametrul rotorului 53 m a fost rezultatul final al colaborării inginerilor [NUME_REDACTAT], von Karman și den Hartog. Aceasta a fost prima turbină cu putere mai mare de un megawatt și a servit ca platformă pentru studii experimentale ale efectelor de oboseală a materialelor pentru pale și turn, a dinamicii SCEE și verificării datelor impuse prin proiect. Totuși, anul reper de demarare a tehnologiei modern eoliene este considerat anul 1957, când inginerul danez [NUME_REDACTAT] realizează prima turbină eoliană cu puterea de 200 kW, construită în nordul Danemarcei, localitatea Gedster, reprezentată în figura 1.19.
El a fost primul care a preluat teoria aripei de avion și a transpus-o în construcția turbinelor eoliene. Turbina era instalată pe un turn de 25 m înălțime și avea un rotor cu 3 pale. Era dotată cu sistem de autoreglare și stopare automată la depășirea limitei admisibile a vitezei vântului, cu acționare electromecanică pentru orientare și generator asincron. A funcționat până în anul 1967 cu un factor mediu de putere de circa 20%. Ulterior, turbina respectivă a intrat în istorie ca “turbina Gedser” sau “[NUME_REDACTAT]”. În prezent, peste 75% din turbinele eoliene de putere medie și mare au la bază “[NUME_REDACTAT]” [16], caracterizat prin rotor cu trei pale subțiri cu profil aerodinamic direcționat spre vânt și care rotește cu o viteză relativ mare – zeci sau sute de turații per minut în funcție de diametrul elicei. Conceptul inovativ și caracteristicile nivelului tehnic ale acestui model au fost curând recunoscute la scară mondială, Danemarca devenind principalul exportator de turbine eoliene și deținând peste 33% din piața mondială.
Fig. 1.19. Prima turbină construită conform conceptului danez de J. Juul
în localitatea Gedster, Danemarca.
Perioada anilor 1970-1990. Rezultatele experimentelor cu diverse materiale pentru pale au condus la abandonarea oțelului, considerat un material prea greu, cât și a aluminiului care nu făcea față solicitărilor dinamice. [NUME_REDACTAT] din SUA propun un material pe bază de lemn și rășină de epoxid care a fost folosit în construcția turbinelor de putere mică și medie.
Perioada 1990 – prezent. Dezvoltarea energeticii eoliene în California nu a fost durabilă. După anularea aproape completă a facilităților a început o perioadă de stagnare. în schimb, s-au dezvoltat rapid piețele europene. [NUME_REDACTAT], la începutul anilor ’90, rata de creștere a puterii eoliene atinge cifra de 200 MW/an. Au apărut noi producători în Germania, Spania, SUA. Se dezvoltă noi concepții tehnologice: remarcabila schemă inovațională a generatorului eolian cu cuplare directă (direct drive generator), turbina cu viteză variabilă de rotație, sisteme de comandă cu fluxul de putere furnizat în rețea, materiale compozite pentru pale etc.
Tipuri constructive de turbine eoliene
Turbinele eoliene pot fi clasificate în patru grupe mari, în funcție de puterea dezvoltată la viteza de calcul a vântului, care este cuprinsă între 11 și 15 m/s. Micro-turbinele acoperă puterile cuprinse între 0,05 și 3,0 kW. Turbinele de putere mică au puteri cuprinse între 3 și 30 kW, iar de putere medie – 30-1000 kW. Atât microturbinele, cât și turbinele de putere mică sunt proiectate pentru a funcționa în regim autonom și alimentează cu energie electrică consumatorii dispersați teritorial și neconectați la rețelele electrice publice. în acest scop, turbinele sunt dotate cu acumulatoare de energie electrică și dispozitive de condiționare a energiei: regulatoare și convertoare de frecvență. În a patra grupă sunt incluse turbinele cu puterea mai mare de 1000 kW, numite turbine de mare putere sau turbine multimegawatt. Tendința actuală este majorarea puterii per unitate, majoritatea absolută a turbinelor funcționează în paralel cu rețeaua electrică publică, dându-se prioritate turbinelor cu puterea mai mare de 1 MW.
Pe parcursul anilor au fost propuse și patentate sute de scheme constructive ale turbinelor eoliene, însă doar câteva zeci au fost testate, din care doar câteva au penetrat piața turbinelor eoliene. În figura 1.20 sunt prezentate cele mai semnificative scheme constructive ale turbinelor eoliene.
Fig. 1.20. Scheme constructive ale turbinelor eoliene:
a), b), c) – cu una, două și trei pale; d) – cu multe pale; e) – cu mai multe rotoare; f) – cu două rotoare, care rotesc în diferite direcții; g) – cu rotor în fața turnului și giruetă (up-wind); h) – cu rotor în spatele turnului cu autoreglare (down – wind); i) – Savonius; j) – Darrieus; k) – Evence; 1) – combinată Darrieus – Savonius.
Capitolul 4
IMPACTUL TEHNOLOGIILOR MODERNE ȘI ADAPTAREA ENERGIILOR REGENERABILE ÎN LOCALITĂȚILE RURALE
ddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd
BIBLIOGRAFIE
[1]. TPA HORWATH, SCHOENHERR ȘI ASOCIATII SCA /Schoenherr attorneys at law, „[NUME_REDACTAT] and other renewable energy sources in Romania 2013”
[2]. Dr. GUȘĂ D.N, Drd. MAFTEI D, Dr. GHIURCĂ D.Ș, Conf. Univ. Dr. RANG C, Dr. POP O. – Raport de mediu PUZ parc eolian: „SC WIND ENERGY POWER SERVICE”?
[3]. D. Das, “[NUME_REDACTAT] Systems”, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Publishers, [NUME_REDACTAT], 2006.
[4]. A. Keyhany, M. N. Marwali, M. Dai, “Integration of Green and [NUME_REDACTAT] in [NUME_REDACTAT] Systems”, [NUME_REDACTAT] & Sons, Inc., [NUME_REDACTAT], 2010.
[5]. M. Crappe, “Electric power Systems”, ISTE Ltd and [NUME_REDACTAT] & Sons, Inc., 2008.
[6]. Livre vert: “Énergie pour l’avenir: les sources d’énergie renouvelables”, COM(96)576 du 20.11.1996.
[7]. Livre blanc: “Énergie pour l’avenir: les sources d’énergie renouvelables. Une stratééet un plan d’action communautaires” COM(97)599 du 26.11.1997.
[8]. R. E. Babe, “Culture of Ecology: reconciling economics and environement”, University of [NUME_REDACTAT], 2006.
[9]. “The economics of solar Power for California: A white Paper”, [NUME_REDACTAT] Inc., 2005.
[10]. www.nrel.gov/docs, “[NUME_REDACTAT] Thermal electric Plants”.
[11]. Powerfromthesun.net. Solar energy Design.
[12]. “[NUME_REDACTAT] Power: [NUME_REDACTAT]”, DOE/GO-102001-1147, FS 128, March, 2001.
[13]. “[NUME_REDACTAT] central Receiver. Consultant report”, october, 1999, [NUME_REDACTAT] Comission.
[14]. O. Russell, “Light sensitive device”, Patent 2402662 U.S., 1946.
[15]. “[NUME_REDACTAT]. The facts”, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], Luxembourg, 1999.
[16]. I. Bostan, V. Dulgheru, I. Sobor, V. Bostan, A. Sochirean, “Sisteme de conversie a energiilor regenerabile”, [NUME_REDACTAT]-Info, 2007.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Contributii Teoretice Si Experimentale Privind Optimizarea Utilizarii Energiilor Regenerabile In Localitati Rurale (ID: 1382)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.