Evaluarea Potentialului de Biomasa Solida In Localitatea Bardar, Ialoveni Si Optiunile de Valorificare Energetica a Ei

ANEXA.1

A1. Compararea tehnlogiilor de cogenerare

Scopul acestei anexe este de a compara tehneologiile de cogenerare bazate pe arderea singazului. Tehnologiile descrise mai sus vor fi comparate în baza cheltuielilor anuale și anume esența acestei comparări este de a determina care tehnologie este mai avantajos de folosit în cazul cogenerării într-o localitate rurală.

Pentru aceasta se vor determina cheltuielile anuale pentru fiecare instalație de cogenerare:

unde: RI – reprezintă cheltuielile ce țin de rambursarea creditului, $/an;

Cexp – cheltuielile ce țin de exploatarea instalației, $/an,

Cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

.

Iar cheltuielile de exploatare conțin două componente:

Aceste componente la rândul său se determină în felul următor:

,

unde: I reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare, $;

– durata actualizată de studiu, ani;

Cî.r. – cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

kî.r. – coeficientul de întreținere și reparație, %/an;

ccomb – costul de achiziționare a combustibilului, $/ mie m3;

Bcomb – consumul anual de combustibil, mii m3/an.

Pentru a alege tehnologia de cogenerare, este nevoie de a face o analiză comparativă a 3 tehnologii bazate pe cogenerare si anume MAI, ITG si ITA.

Pentru a determina cheltuielile anuale, este nevoie de dimensionat instalația de cogenerare, în funcție de tehnologia folosită și de combustibilul disponibil. În calcul vor fi luați și parametrii tehnici a tehnologiei de cogenerare și anume randamentele lor. Dimensionarea se va face după umrătoarea formulă:

,

unde:Pel – reprezintă puterea electrică a instalației de cogenerare, kW;

– debitul orar de singaz produs, destinat cogenerării, m3/h;

Qi,sin – căldura de ardere inferioară a singazului, MJ/m3;

– randamentul electric al instalației de cogenerare.

Pentru fiecare instalație în parte vor efectuate calcule, rezultatele cărora vor fi introduse în tab. A.1.

Tabelul A.1. Puterea electrică calculată

Din acest tabel se observă faptul că pentru fiecare tehnologie în parte vom obține diferite puteri, dar pentru a compara aceste instalații este nevoie de creat condiții asemănătoare. Deci se va lucra cu ipoteza că puterea instalației va fi de 200 kW, astfel se vor crea condiții egale pentru toate tehnologiile comparate și vor fi analizate mai corect.

Tabelul A.2. Parametrii tehnici a instalațiilor de cogenerare 200 kW.

Reieșind din datele prezentate în tabelul de mai sus, se poate de determinat componentele CA pentru fiecare tehnologie comparată. Este necesar de menționat faptul că perioada de studiu va fi admisă 10 ani, iar rata de actualizare se admite 10 %. Deci durata actualizată de studiu va constitui 6,144 ani.

În continuare vom calcula componentele CA pentru fiecare tehnologie în parte:

Motorul cu ardere internă (MAI)

Cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

=180000/6.1446= 29294 $/an

unde: reprezintă perioada de studiu, ani;

I – reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare și se calculă după formula:

=900∙200=180000 $

Următorul component care ne ajută să determinăm cheltuielile anuale este: cheltuielile de exploatare (Cexp), ele se determină după expresia:

=8000+60791=68791 $/an

unde: reprezintă cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

– sunt cheltuielele cu combustibilul.

La rândul lor componentele prezentate mai sus se vor determina după următoarele expresii:

=40∙200=8000 $/an,

unde – costul specific anual de întreținere și reparație;

=119,06∙530=60791 $/an

unde:- este costul de achiziție a combustibilului, 119,06 $/mie m3

– consumul anual de combustibil, mii m3/an.

Consumul anual de combustibil îl putem calcula după formula:

=6588000 / 0,9 ∙13 = 530 mii m3/an

unde:- este energia anuală produsă, GJ/an;

– reprezintă randamentul global, %;

– este căldura de ardere inferioară a singazului, și este egală cu 13 MJ/m3.

La instalațiile de cogenerare energia anuală produsă este compusă din:

=1830 MWh/an=6588 GJ/an

unde: – energia electrică produsă anual;

– energia termică produsă anual;

= 200∙6000∙0,9=1080 MWh/an,

= 250∙6000∙0.5=750 MWh/an,

unde kel și kth reprezintă gradul de utilizare a puterii nominale elctrice și puterii maxime termice, kel=0,9 și kth=0,5.

Cunoscând toate aceste componente putem determina cheltuielile anuale pentru instalația dotată cu motor cu ardere internă.

=29294+68791=98085 $/an.

Deci cheltuielile anualepentru IC dotată cu motor cu ardere internă este in valoare de: 98085 $/an.

Instalația cu Turbină cu [NUME_REDACTAT] cum am calculat la MAI, la ITG vom folosi aceleași calcule, cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

=240000/6,1446=39058,6 $/an,

unde: – perioada de studiu, ani;

I – reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare și se calculă după formula:

=1200∙200=240000 $.

Următorul component care ne ajută să determinăm cheltuielile anuale este: cheltuielile de exploatare (Cexp), ele se determină după expresia:

=2000+84430,6=86430,6 $/an,

unde: – cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

– sunt cheltuielile cu combustibilul.

La rândul lor componentele prezentate mai sus se vor determina după următoarele expresii:

=10∙200=2000 $/an,

unde:- costul specific anual de întreținere și reparație.

=119,06 ∙736,1=84430,6 $/an

unde: – este costul de achiziție a combustibilului,este în valoare de 119,06 $/mii m3

– consumul anual de combustibil, mii m3/an.

Consumul anual de combustibil îl putem calcula după formula:

=7560000/0,79∙13 = 736,1 mii m3/an

unde: este energia anuală produsă, GJ/an;

– reprezintă randamentul global, %;

– este căldura de ardere inferioară a singazului, si este egală cu 13 MJ/m3.

La instalațiile de cogenerare energia anuală produsă este compusă din:

=2100 MW/an=7560 GJ/an,

unde:energia electrică produsă anual;

– energia termică produsă anual;

=200∙6000∙0,9=1080 MW/an,

=340∙6000∙0,5=1020 MW/an.

Cunoscând toate aceste componente putem determina cheltuielile anuale pentru instalația dotată cu turbina cu gaze:

=39058,6+86430,6=125489,2 $/an.

Deci cheltuielile anualepentru IC dotată cu turbina cu gaze este in valoare de: 125489,2 $/an.

[NUME_REDACTAT] cu [NUME_REDACTAT] instalația turbine cu abur formulele de calcul sunt identice precedentelor instalații. Cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

=300000/6,1446=48823,3 $/an

unde: reprezintă perioada de studiu, ani;

I- reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare și se calculă după formula:

=1500∙200=300000 $.

Următorul component care ne ajută să determinăm cheltuielile anuale este: cheltuielile de exploatare (Cexp), ele se determină dupa expresia:

=6000+82182,5 =88182,5 $/an

unde: – cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

– sunt cheltuielile cu combustibilul.

La rândul lor componentele prezentate mai sus se vor determina după următoarele expresii:

=30∙200=6000 $/an

unde:- costul specific anual de întreținere și reparație;

=119,06∙716,5=82182,5 $/an,

unde: – este costul de achiziție a singazului,și este în valoare de 119,06 $/mii m3

– consumul anual de combustibil, mii m3/an

Consumul anual de combustibil îl putem calcula după formula:

=7452000/0,8∙13=716,5 mii m3/an,

unde:- este energia anuală produsă, GJ/an;

– reprezintă randamentul global, %;

– este căldura de ardere inferioară a singazului, si este egală cu 13 MJ/m3;

La instalațiile de cogenerare energia anuală produsă este compusă din:

=2070 MW/an=7452 GJ/an

unde:- energia electrică produsă anual;

– energia termică produsă anual;

=200∙6000∙0,9=1080 MW/an,

=330∙6000∙0,5=990 MW/an.

Cunoscând toate aceste componente putem determina cheltuielile anuale pentru instalația dotată cu motor cu ardere internă.

=48823,3+88182,5 =137005,8 $/an.

Cheltuielile anualepentru IC dotată cu turbine cu abur vor fi în valoare de: 141734,7 $/an.

Tabelul A.3. Componentele cheltuielilor anuale.

Din calculele efectuate se observă că cele mai mici cheltuieli sunt la instalația de cogenerare bazată pe MAI. Acest fapt se datorează eficienței înalte a instalației bazate pe MAI. Deci mai ieftin ar fi de folosit motoarele cu ardere internă în scopul cogenerării în zonele rurale.

ANEXA.2

A2. Determinarea puterii generatorului de abur

Pentru producerea aburului necesar de a fi injectat în gazeificator se utilizează un cazan de abur. Puterea cazanului de abur se va calcula în baza necesarului de căldură pentru încălzirea și vaporizarea apei luate inițial la 20 0C. Pentru încălzirea apei până la punctul de fierbere, cantitatea de căldură este:

unde: c’p apa, c’’p apa reprezintă capacitatea termică specifică a apei la temperatura inițială și finală;

t’apa, t’’apa– temperatura inițială și finală a apei.

Căldura consumată pentru vaporizarea completă a debitului de apă:

Qapa = [2 194,522 · (4,229 · 99,6 – 1,183 · 20)]/3600 = 242,341 kW.

unde:λ reprezintă căldura latentă de vaporizate a apeila 100 0C și presiunea 1 bar;

Qapa1 = (2 194,522 · 2260)/3600 = 1377,672 kW.

Puterea termică totală a generatorului de abur va constitui:

ca urmare avem:

Pcaz = 242,341 + 1377,672 = 1620 kW.

Bibliografie

V. Arion, V. Apreutesii, Economia energeticii, note de curs, Editura UTM,
Chișinău 2006.

V. Arion, C. Bordeianu, A. Boșcaneanu și alții, Biomasa și utilizarea ei în scopuri energetice, editura [NUME_REDACTAT], 2008.

Guțu, N. Baboi, V. Musteață, [NUME_REDACTAT] de energie, Editura UTM, Chișinău 2007.

T. Ambros, I. Sobor, V. Arion, Surse regenerabile de energie, editura Tehnica-Info, Chișinău 1999.

Strategia energetică a [NUME_REDACTAT] până în 2020.

Legea nr. 160 din 12.07.2007 cu privire la energia regenerabilă, [NUME_REDACTAT]
Nr. 127-130 din 17.08.2007.

Hotărâre nr. 321 din 22.01.2009 cu privire la aprobarea Metodologiei determinării, aprobării și aplicării tarifelor la energia electrică produse din surse regenerabile de energie și bocombustibili.

Directiva 2009/28/EC a parlamentului european și a consiliului din 23 aprilie 2009, privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile.

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] from [NUME_REDACTAT] I—Results of Screening for [NUME_REDACTAT] from Sugars and [NUME_REDACTAT], august 2004.

[NUME_REDACTAT] Technology,1997.

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], 2010.

www.deutz.com

Surse de energie regenerabilă, 23 iunie 2010, Chișinău.

Țuleanu, V. Tonu, Distribuția și utilizarea gazelor naturale combustibile, Editura UTM, Chișinău 2007.

INTRODUCERE

Energia este esențială pentru a ajuta omenirea să își atingă obiectivele propuse și să satisfacă cerințele care sunt în creștere. Prețurile mari la petrol atrag atenția asupra dependentei crescande a statelor dependente față de combustibilii fosili. Dezvoltarea economică a unei țări, depinde în mod direct și în cea mai mare măsură, de nivelul de dezvoltare a energeticii țării. Se consideră, că țara are indicii normali de dezvoltare, în cazul cînd circa 5 – 15 % din buget se cheltuiesc pe energetică. În RM, aceste cheltuieli sunt mult mai mari și chiar în creștere: circa 30 – 35 %.

Ideea utilizării surselor regenerabile de energie a devenit cea mai actuală, energia regenerabilă are un mare avantaj față de alte forme de energie – este nelimitată. Biomasa are un mare potențial pentru a furniza energie regenerabilă și în plus față de multitudinea de beneficii legate de energie regenerabile, biomasa este deosebit de atractivă privind prin prisma financiară, deoarece este singura sursa regenerabilă actuală de combustibil lichid pentru sectorul transporturilor.

La evaluarea preliminară se poate spune că disponibilitatea biomasei pe glob, poate fi unica sursă de energie dar pentru a satisface această ceriță sunt necesare investiții majore. Cererea tot mai mare de energie și a lanțurilor internaționale de aprovizionare a creat oportunități unice pentru regiunile producătoare de biomasă. Supraexploatarea ar trebui totuși să fie evitate și principiile comerțului echitabil trebuie puse în aplicare.

Asigurarea omenirii cu energie este dependentă de sursele de energie convenționale (de natură fosilă). Rezervele acestor surse sunt însă limitate iar arderea lor, cât și utilizarea subprodușilor acestora este însoțită de riscuri serioase, datorită gradului ridicat de poluare. Aceștia sunt principalele surse de accentuarea „efectului de seră", provocat de CO2, rezultat în urma procesului de ardere. Din acest motiv, din punct de vedere a politicii energetice, se impune o limitare a emisiilor de CO2.

Dezvoltarea unor sisteme flexibile de biorafinărie, care să permită folosirea unor materii prime variate și care să prezinte abilitatea de a produce mai multe produse adiacente cu valoare adăugată, trebuie să fie ideea centrală în determinarea valorii unui sistem industrial de producere a biocombustibililor. Biotehnologia oferă instrumentele necesare dezvoltării acestor sisteme integrate biologice aplicate în biorafinării. Conform proiectului Strategiei dezvoltării surselor renovabile de energie, implementarea tehnologiilor de cultivare a plantelor cu potențial energetic ar putea asigura înlocuirea a circa 10 % din combustibilul folosit în țară cu biocombustibil.

1. BIOMASA SOLIDĂ ȘI DISPONIBILITATEA EI ÎN s.BARDAR

1.1.Cadrul politic și legislativ național ce privește promovarea SER

1.1.1.Biomasa ca sursă de energie regenerabilă

Biomasa reprezintă în primul rînd materia vegetală rezultată în urma procesului de fotosinteză.

Biomasa nu înseamnă numai materia organică provenită din procesul de creștere a plantelor agricole și din silvicultura, termenul dat este un ternem generic care se referă la orice materie organică de origine vegetală și/sau animală, disponibilă și regenerabilă prin procese naturale sau ca subprodus al activității uname.

Astfel biomasa devine o sursă sigură de energie regenerabilă. Energia regenerabilă este energia ce provine din surse ce regenerează de la sine în scurt timp sau din surse practic inepuizabile.

Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:

energia eoliană;energia solară; energia hidraulică;energia mareelor; energie potențială cosmotică; energia geotermică; energie de biomasă.

Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului. Iată cîteva noțiuni generale despre biomasă:

Biomasa, constă în plante și materiale derivate din plante care se utilizează la producerea de biocombustibililor, bioenergie și produse chimice biologice fară să genereze emisii de gaze cu efect de sera.

Biomasa cuprinde toate formele de materie vegetală și animală, crescute pe suprafața terestră, în apă sau pe apă, precum și substanțele produse prin dezvoltarea biologică. (D.O. Hall,1981)

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

Criza petrolului din anii 1970 a trezit din nou interesul pentru utilizarea biomasei ca materie primă pentru obținerea combustibililor și a intermediarilor organici pentru sinteze chimice. Folosirea biomasei în procesele energetice a început să fie aplicată în țările vest-europene în perioada anilor 1980, cînd a apărut necesarul unei dezvoltări alternative la arderea carbunelui în centralele de producere a agentului termic pentru încălzire.

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

Problema energiei și rolul biomasei

Dezvoltarea unei industrii energetice puternice este condiționată de existența unor surse de energie primară care să se caracterizeze prin: diversitate, accesibilitate, siguranța prețurilor stabile, asigurare cantității dorite pe o perioada de timp cît mai mare. În raport cu aceste condiții atenția industriei energetice se îndreapta spre o gamă din ce în ce mai diversificată de surse de energie primară, cu particularități din ce în ce mai diferite. Prin conversia realizată în instalații specializate, aceste surse acoperă cererea de energie electrică și termică a societății. În mod tradițional sursele de energie sunt împărțite în două mari categorii:

surse finite,

surse regenerabile.

Sursele finite de energie primară se consideră a fi limitate atît în timp, cît și în spațiu. Ele sunt capabile să acopere nevoile societății umane doar o perioada de timp limitată. Marimea acestei perioade de timp depine de volumul rezervelor de energie primară la care are acces societate umană. Cele mai importante surse finite de energie primară sunt combustibilii fosili și nucleari.

Sursele regenerabile se referă la acele categorii de surse primare de energie care sunt generate în mod continuu de catre sistemele naturale.

Odată cu începutul revoluției industriale omenirea a consumat destule surse finite de energie, ceea ce a dus la formare așa zisului fenomen efectul de sera care sa format datorită gazelor nocive date în atmosfera în urma folosirii iraționale acestor forme de energie.

Creșterea dependenței de petrol și de alți combustibili fosili, cresc importurile și costurile energiei, fapt ce creează riscuri politice și economice și face ca societatile și economiile noastre să fie tot mai vulnerabile.

Cu ceea ce ne confruntăm generația noastră: călduri insuportabile, inundații de primavară, ierni geroase fară zăpadă sau zăpadă abundentă, ploi torențiale și multe alte cataclisme sunt cum consideră cercetătorii datorită tehnologiilor neperformate și arderii combustibililor fosili în cantități mari. De aceea atenția întregii societăți mondiale la acest moment este de a găsi noi metode ceea ce privește utilizarea eficientă a surselor de energie atît finită cit și regenerabilă.

Biomasa ca fiind una din sursele regenerabile de energie prezintă un viitor mai curat pentru noi, datorită conținutului de noxe substanțial redus față de sursele finite de energie. Folosirea biomasei ca materie pentru producerea energiei dispune de avantaje și dezavantaje însă cele dintii predomină.

Biomasa ca materie primă se gasește în abundența oriunde și sub diferite forme ceea ce oferă o flexibilitate mai mare în producerea și utilizarea ei, emisiile nocive de la ardere sunt sub nivelul celor generate de combustibilii fosili dispunind de un conținut redus de sulf, neproducind astfel ploi nocive.

Valorificearea la scară largă a biomasei va începe odată cu neputința achiziționării a combustibililor fosili(gazul natural,cărbunele și produsele petroliere în particular pentru RM).

Situația energetică a [NUME_REDACTAT] și perspective

Energia este factorul dominant ce determină bunăstarea țării și a omului, ce influențează asupra nivelului de dezvoltare a tuturor segmentelor de activitate ale societății. Energia este forța motrică în avansarea țării și a dezvoltării ei economice pe termen lung. În atingerea unei dezvoltări economice continue și durabile este necesar ca sursele de energie să fie adecvate și sigure, la preț rezonabil și să asigure economiei și țării competitivitate.

[NUME_REDACTAT] este complet dependenta în ceea ce privește importurile de energie electrică, petrol și gaze naturale.Circa 98 % din consumul total de resurse energetice din țară este acoperit de importuri: importul de gaze naturale și petrol din Rusia constituie 100 %; importul decărbune din Rusia și Ucraina – 100 %, energia electrică fiind procurată din Ucraina și o mică parte din Romania.

[NUME_REDACTAT] Moldova în situația achitării preturilor mondiale la produsele petroliere ar duce la mari probleme de aprovizionare în special din cauza lipsei unei surse alternative. De aceea scăderea dependentei energetice reprezintă problema principală în asigurare cu energie a țării.

Una din soluții ar fi diversificarea țărilor și căilor de import. În dezvoltare siguranței energetice a țării o altăsoluție ar putea fi valorificare pe larg a surselor de energie regenerabilă de care dispunem.

Astfel cum [NUME_REDACTAT] este o țară agrară și dispune de aproximativ 3400 mii ha terenuri cu destinație agricolă, evident pentru a reduce exportul de energie trebuie sa valorificăm potențialul de deșeuri agricole și biomasă solidă.

De aceea pentru a spori securitatea energetică a [NUME_REDACTAT] și reducerea impactului negativ al sectorului energetic asupra mediului parlamentul țării a adoptat legea nr. 160 din 12.07.2007, cu privire la energia regenerabila.

Astfel obiectivele de stat sunt :

diversificarea resurselor energetice primare locale;

asigurarea, pînă în anul 2010, a producerii unui cuantum de 6% de energie din surse regenerabile din volumul energiei provenite din surse tradiționale și a unui cuantum de 20% – pînă în anul 2020;

sporirea securității ecologice;

formarea unui sistem de producere, distribuție, comercializare și consum rațional al energiei și combustibilului regenerabile;

atragerea investițiilor în domeniul valorificării surselor regenerabile de energie;

colaborarea tehnico-științifică internațională;

asigurarea informațională a activității de valorificare a surselor regenerabile de energie.

Prezenta lege stabilește atribuțiile Agenției de Stat pentru Reglementări în Energetică (ANRE):

aprobarea tarifelor pentru fiecare tip de energie și combustibil regenerabile, calculate de către producător în baza metodologiilor aprobate de ANRE;

elaboraa actelor necesare reglementării raporturilor dintre participanții la piața de energie regenerabilă;

elaborarea proiectelor de contracte privind comercializarea energiei și combustibilului regenerabile, prevăzînd accesul liber și nediscriminatoriu al producătorilor de energie și combustibil regenerabile la piață;

eliberarea licențelor pentru producerea combustibilului regenerabil.

Dar toate acestea sunt doar cuvinte, și realiatatea este cu totul diferită. În calea sporii eficienței energetice și a valorificării SRE stau anumite bariere ce încetinesc sau chiar stopeaza dezvoltarea lor, cum ar fi :climatul investițional nesatisfăcător în țară; lipsa de inițiativă a majorității populației educată în sistemul administrativ de comandă; lipsa de cunoștințe în domeniile respective, atât la consumatorii de rând cât și la factorii de decizie; nivelul înalt al birocratismului și a corupției în organele de toate nivelurile și multe altele.

Caracteristicile generale ale biomasei

Formarea biomasei

Energia chimică a biomasei derivă direct din energia solară prin intermediul procesului de fotosinteză, astfel biomasa constituie o formăsofisticatăde depozitare a energie trimisă de soare la pămint.

Fotosinteza se formează în două faze: ziua, plantele captează energia solară care cu ajutorul clorofilei și pigmenților prezenți în frunze duce la descompunerea apei în hidrogen și oxigen. Noaptea hidrogenul contribuie la reducerea dioxidului de carbon și la producerea glucidelor pentru hrana plantei.

Fotosinteza poate fi interpretată astfel :

(1.1)

La sfîrșitul ciclului de viață biomasa restituie energia și substanțele recent stocate. Aceasta poate avea loc pe cale naturală așa numita descompunere, un proces lent și inutilizabil sau poate fi folosită procesul de combustie unde energia este eliberată în procesul de oxidare apoi folosită pentru scopuri proprii.În ambele cazuri reactie este aceeași și este inversă formulei 1.1.

În acest proces oxigenul produs în timpul fotosintezei este consumat, iar apa și dioxudul de carbon este eliberat.

Astfel avem un proces ciclic de absorbție a dioxidului de carbon și de degajare a lui. Această circulație a carbonului este continuă și este parte a ciclului biochimic al carbonului în natură, incluzînd mai multe segmente.

Biomasa prezintă o resursă utila și importantă pentru om. Pe parcursul a mii de ani oamenii extrăgeau energia soarelui, păstrată în formă de energiei legăturilor chimice, arzînd biomasa în calitate de combustibil sau utilizînd-o în alimentație, utilizînd energia zaharidelor și celulozei. Pe parcursul ultimelor secole, omenirea a învățat să obțină tipurile fosile de biomasă, în deosebi, în formă de cărbune.

Combustibiliifosili prezintă rezultatul reacției chimice foarte încete de transformare polisaharidelor în compuși chimici asemănătoarei fracției ligninice. În rezultat compusul chimic al cărbunelui asigură o sursă de energie mai concentrată. Toate tipurile de combustibil fosil, utilizate de către omenire – cărbune, petrol, gaze naturale – reprezintă (prin sine) biomasă străveche. Timp de milioane de ani pe Pămînt resturile plantelor (vegetale) se transformă în combustibil. Deși combustibilul extras constă din aceleeași componente – hidrogen și carbon – ca și biomasa "proaspătă", el nu poate fi atribuit la surse energetice renovabile, pentru că formarea lui necesită o perioadă îndelungată de timp.

Există un potențial enorm a biomasei, care poate fi inclus în circuit în cazul înbunătățirii utilizării resurselor existente și creșterea productivității. Bioenergetica poate fi modernizată, datorită tehnologiilor moderne de transformare a biomasei inițiale în purtători de energie moderni și comozi (energie electrică, combustibili lichizi și gazoși, solid finisat).

Resurse și tipuri de biomasa

Sectoarele principale de furnizare a biomasei sunt agricultura, industria, silvicultura și deseurile (toate tipurile de deseuri).

În dependență de sectorul de furnizare a biomasei rezulta și tipurile ei :

Agricultura :

Deșeuri agricole:

paie;

tulpini și ciocălai de porumb;

tulpini și pălării de floarea-soarelui;

corzi de vita de vie;

ramuri de livezi.

Silvicultură și industria de prelucrare a lemnului :

Păduri și plantații forestiere :

buturugi;

biomasa forestieră provenita în urma managementului landsaftului.

Reziduuri provenite din industria de prelucrare a lemnului :

reziduuri de lemn de la operatii de prelucrare;

reziduuri fibroase de la industria celulozei.

Zootehnie:

deșeuri animaliere.

Gospodarii individuale:

deseuri menajere solide și lichide.

Figura 1.1. Resurse biomasă

1.2.3. Proprietățile biomasei

Proprietăți chimice

Biomase lemnoasă aparține speciei lignocelulozei deoarece principalele ei componente sunt celuloza, hemiceloloza și lignit.

Celuloza este un polizaharid complex, compus din molecule de glucoză lipite îmreună pentru a forma un lant liniar. Ea este componența principală a peretelui celular, acordîndui plantei putere și rezistență în jur de 40 – 50 % din toată masa lemnoasă.

Hemiceluloza este un polizaharid cu o greutate moleculară mică, constituind 10 -20 % din lemn, care este prezent în prezent pereții celulelor la plante, in spațuu lăsat liber de celuloză. În timp ce acesta din urma este cristalin, puternic și rezistent la hidroliza, hemiceluloza are o structură aleatorie amorfă cu putere mică și este ușor hidrolizabil.

Lignina este componenta care diferențiază lemnul de alte organisme vegetale și reprezintă restul 20-40 %. Funcțiile sale principale sunt de a oferi rigiditate la pereții celulelor din lemn, creînd un material extrem de rezistent la impact , compresie și încovoiere.Adițional la aceste trei compone, în biomasa lemnoasă mai sunt citeva elemente organice și anorganice prezente în peretele celular, carepot fi găsite dupa combustie. Aceste considerații sunt valide în general pentru toate tipurile de biomasă lemnoasă, dar este evident că diferite tipuri au compoziții diferite.

Proprietăți fizice

Umeditatea și densitatea sunt proprietăți fizice ale lemnului care au o relevantă în procesele de conversie. În special, primul este un factor de importantă majoră deoarece influențează caracteristicile chimice și energetice ale biomasei, precum și densitatea în sine.

Umeditatea indică conținutul de apă în lemn, care poate fi evaluata atît pe bază uscată sau umedă conform formulelor: , ,

unde reprezintă masa totală,inclusiv și umezeala, este masa uscată a substanței.

Umeditatea în lemn este variabilă: poate fi diferită în dependent de specie, ani, parte a copacului și anotimp.Densitatea este un parametru important de asemenea doarece el exprimă cantitatea masei în unități de volum.

Acest lucru implică o căldură inferioară mai mare pe unitate de volum, și astfel o incidență mai mică la transport, depozitare și cheltuieli economice. Din aceste motive, au fost dezvoltate mai multe aparate de compactare pentru a creste densitatea materiei prime , dedicat reziduurilor de lemn cu granulometria mică.

Proprietăți de energie

Din punct de vedere al energiei, cea mai importantă caracteristică a unui combustibil este valoarea de încălzire,care cuantifică caldura generată prin arderea completă unei cantități de materie. Este cunoscut ca distincția dintre caldura inferioară de ardere și cea superioară, depinde daca caldura latenta de condensate a vaporilor de apa produși in procesul de combustie sunt recuperate sau nu.

Diferența dintre caldura inferioară de ardere și cea superioară este cuprinsă intre 1-1.5 MJ/kg.

Caldura inferioară de ardere depinde mult de composiția chimică a biomasei: în particular un conținut înalt de carbon și hidrogen ceea ce va duce la o căldură inferioară mai mare, pe cînd un conținut de oxygen, cenușă și azot vor determina un effect opus.

Atunci parametrul real care influențează puternic căldura inferioară de ardere este umeditatea, care funcționează în două moduri: în primul rînd, prezența sa simplă determină o rată de scadere de combustibil pe masa totalăși în al doilea rînd, după cum sa mențioat mai înainte există pierderi de energie ca urmare a evaporării latente de căldură care este absorbită de apă în timpul procesului de ardere și nu este recuperata mai tîrziu.

Calculul potențialului de biomasă solidă disponibilă în localitate

Prezentarea generală a satului [NUME_REDACTAT] este o localitate în raionul Ialoveni situată la latitudinea 46° 54' 6" Nord, longitudinea

28° 40' 5" Est și altitudinea de 123m fata de nivelul mării. Anul primei atestări documentare este 1548, iar în prezent numarul locuitorilor este de 5010 (2495 -bărbați, 2515- femei). Suprafața satului fiind de 265.7 km2. [NUME_REDACTAT] se află la 15 km de Chisinău și 10km de Hîncești, fiind marginit de satele [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], Costesti, [NUME_REDACTAT], Pojareni(fig. 1.2).

Figura 1.2. [NUME_REDACTAT]

Satul este racordat la conducta de gaze naturale, dar din cauza veniturilor foarte mici ale populației, majoritatea gospodăriilor nu utilizează gazul natural pentru încălzire din cauza prețului mare la combustibil. Mai mult aproximativ intreg satul este racordat la conducte de apă potabilă ce reprezinta un plus pentru cei în etate. [NUME_REDACTAT] dispune și de o stație de epurare situată la margina satului, astfel o pătrime din sat este conectată la ea, autoritațile cit și locuitorii conlucrează pentru modernizarea satului.

Majoritatea venitului din sat venea de la operarea fabricii de vin care și-a stopat producția în urma embargoului impus de [NUME_REDACTAT]. La moment pe teritoriul satului activeaza o ferma de porci una de păsări care produc deseuri animaliere care a putea fi folosite la producerea de biocombustibili și energie.

Potențialul de biomasă solidă disponibilă în localitatea Bardar.

[NUME_REDACTAT] dispune de un potențial ridicat de biomasă. Însă din cauza amplasării satului în zona centrala a republicii, a unor factori economici, politici și a progresului cultural, agricultura a încetat să fie ramura economică de bază. În ultimii ani interesul populației față de agricultură a scăzut considerabil. Dacă în anii ‘70-80 aproape întreaga suprafață de teren agricol era exploatată, atunci către începutul secolului XXI doar o parte din aceste terenuri sunt prelucrate, iar mai exact din suprafata totala cu destinație agricolă, care reprezintă în prezent 1499.55 ha se prelucrează doar 1170 ha.(Vezi tab. 1.1. și 1.2.)

Tabelul 1.2. Tipurile biomasei și parametrii generali

Total potențial biomasa solidă ce pot fi folosite in scopuri energetice pe teritoriul satului Bardar dispun de o valoare energetica de 48097.4 GJ/an sau 13360 MWh/an.

Descrierea zonei de consum energetic considerate in lucrare

În lucrarea dată sa ales zona de consum energetic în aproprierea [NUME_REDACTAT] “[NUME_REDACTAT]” și a scolii medii deoarece să fie în apropiere de zona de producere. Zona de consum va reprezenta un numar redus de case dar probabil în creștere pe parcursul timpului deoarece sa observant o tendință de crestere a numarului caselor în acestă regiune ca fiind una din cele mai populate regiuni a satului. Fiind o parte a satului relativ tînără zona dată recent a fost dotata cu transformatoare noi și noi retele electrice pentru a evite furturile de energie electrica.

Zona data este alimentata cu apă potabilă din doua surse, ea este alimentată în întregime cu gaze natural și recent se va implementa un proiect ce va permite locuitorilor zonei un confort în plus ca reteua de canalizare.

Conform datelor disponibile la primaria satului putem afirma că consumul scolii și liceului teoretic de gaze naturale pe perioada de 15.10.11 – 15.04.12 este de 40 mii m3 și 58300 kWh – consum de energie electrică. Pentru locuintele individuale in numar de 50 vom admite pentru prepararea hranei și fără a încălzi locuita un consum de gaze de 12 mii m3(20 m3/ lunar pentru o locuintă), ceea ce priveste consumul de energie electrică aceste vom presupune că este de 120 MWh.

Fiind a zonărelativ tînără regiunea va putea fi conectata cu ușurință la sistemul de distribuire a singazului produs din biomasa disponibilă, ACM sau căldură în cazul în care se va justifica economic una din aceste opțiuni de valorificare energetică a biomasei solide din satul Bardar.

Figura 1.3. Zona de consum

Actualitatea temei de licență

Biomasa reprezintă o sursa de combustibili care pot înlocui combustibilii fosili. Este vorba atît de utilizarea deșeurilor (animale, vegetale, menajereetc.) cît și a unor resurse cultivate (păioase, vegetație lemnoasă cu perioade de dezvoltare redusă etc.) pentru a produce energie termică și apoi energie electrică. Randamentul unor astfel de generatoare poate fi crescut prin cogenerare, adică recuperarea și utilizarea unei parti din energia termică,furnizată pentru producerea de energie electrică, pentru încălzirea unor locuințe, clădiri, hale industriale sau unei zone de consum energeticîn locul eliberării ei în atmosferă.

Printre avantajele producerii și utilizării biomasei am putea enumera :

biomasa ca materie primă se găsește în abundență oriunde ;

ea există sub diferite forme,ceea ce oferă mai multă flexibilitate în producerea și utilizarea ei;

arderea biomasei sau a produselor obținute din ea este însoțită de emanarea bioxidului de carbon,
absorbit în procesul de fotosinteză. Iată de ce biomasa este este considerată neutră sub aspectul
constribuției sale la atenuarea efectului de seră;

emisiile nocive de la arderea biocombustibililor sunt mult sub nivelul celor generate de combustibilii
fosili. În particular biomasa areun conținut redus de sulf, neprovocînd astfel formarea ploilor acide.

multe din deșeurile de bioamasă se reîntorc în sol pentru a-i spori fertilitatea ;

există tehnologii puse la punct de conversie abiomasei în energie și carburanți pe largaplicate în lume;

există piețe interne și externe ale produselor obținute din biomasă ;

costurile pentru transport, în cazul biomasei, mai mic decît în cazul combustibililor fosili .

Printre dezavantajele utilizării acestui tip de combustibil, avem :

biomasa, în forma sa primară, este voluminoasă și necesită spații mai mari pentru depozitare;

ea necesită de a fi tratată înainte de utilizare ;

utilizarea biomasei în scopuri energetice este limitată de folosirea ei ca materie primă în alte domenii

precum producerea hranei și furajelor, în industria lemnului și a hîrtiei.

Printre alternativele de unde am putea obține materia primă pentru centralele bazate pe biomasă, vom include următoarele :

silvicultura și industria de prelucrarea a lemnului :

păduri și plantații forestiere (copaci, trunchi, buturugi, etc) ;

reziduuri din procesele industriale de prelucrare a lemnului (reziduuri fibroase, de lemn),

agriculturăși industria agroalimentară :

deșeuri agricole (paie de cereale, tulpini șiciocălăi de porumb, corzi de viță de vie, etc ) ;

deșeuri plante industriale ;zootehncia :

deșeuri animaliere ;gospodăria comunală :

deșeuri menajere solide și lichide ;

deșeuri organice provenite din procese industriale.

Din tot ceea ce include biomasă primară – doar biomasa solidă, după o ușoară prelucrare (modificarea dimensiunilor, selectare, etc) reprezintă un combustibil comercializabil, care în mod direct poate fi ars cu scopul producerii căldurii – fie pentru încălzire, pentru gătit sau pentru producerea electricității. În rest, toate celelalte componente posibile ale biomasei rămîn a fi transformate în biocombustibili (solizi, lichizi și gazoși) pe o cale directă ’’biomasă primară – produs energetic final’’ sau printr-o serie de procedee , cu obținerea unor produse combustibile intermediare.

Aici e vorba de tehnologii și procedee precum :

compactizarea biomasei,

gazificare – producerea gazului de sinteză din bioproduse solide,

lichefiere – transformarea biocombustibilului gazos în combustibil lichid (biodiesel, bioetanol, etc) .

2. MODALITĂȚI DE VALORIFICARE ENERGETICĂ
A POTENȚIALULUI DE BIOMASĂ SOLIDĂ ÎN s. BARDAR

2.1.Modalități de conversie a biomasei solide in energie

2.1.1. Producerea de biocombustibili solizi

Ca biocombustibili solizi pot fi considerați peletele și brichetele fiind produse din biomasă lemnoasă, rumeguș și reziduurile din agricultură. Dispunînd de o cantitate aproximativă de 500 t paieși cunoscînd aproximativ densitatile biocombustibililor (densitatea brichetelor la presa cu piston poate ajunge pînă la 1000-1200 kg/m3 și presa cu snec 1000-1400 kg/m3; densitatea peletelor 600-700 kg/m3) putem concluziona că volumul de pelete produsva fi aproximativa de 800 m3 , cel de brichete aproximativ de 500 m3.

Cea mai importantă component a prețului de cost o reprezinta cheltuielile legate de materia primă. Starea materiei prime (umedă, uscată) influențează considerabil asupra costului de achiziție a materiei prime și costului produsului finit.

Tabelul2.1.Caracteristicile tehnice ale instalației de producerea a peletelor

Tabelul 2.2. Caracteristicile tehnice ale instalației de producerea a brichetelor

Productia de pelete și brichete în [NUME_REDACTAT] este practic în faza sa incipientă. Ramura dată este implicată într-un proces în curs de dezvoltare, care sporadic se caracterizează printr-o motivație mare față de producători pentru a afla tehnologia de producție. De asemenea, această ramură respectiv nouă este caracterizată de o lipsă de omogenitate din punct de vedere al tehnologiei utilizate de catre producători, alocarea geografică și biomasa utilizată pentru producere. În total în [NUME_REDACTAT] există mai mult de 40 producători de pelete și brichete. Conform datelor cea mai mare concentrare de producători de biocombustibili este în zona de centru în jur de 21, dintre care 10 sunt în Chisinau și 2 [NUME_REDACTAT]; 15 producători – în zona de nord iar în zona de sud sunt 7.

2.1.2. Producerea de biocombustibiluli gazos

Principalul avantaj al producerii unui combustibil gazos este posibilitatea folosirii lui în instalațiile energetice eficiente moderne, așa ca turbine pe gaze, motoare pe gaze și pile de combustie, mărind eficiența folosirii combustibilului și reducind impactul asupra mediului.Biocombustibili gazoși fac parte din sursele de energie regenerabilă obținute din biomasă. Producerea și consumul acestui tip de biocombustili în lume este în continuă creștere și reprezintă o cotă importantă din volumul total de bicombustibili produși din biomasa.

Există două modalități de conversie în gaze combustibile:

fermentare anaeroba;

gazeificare.

În rezultatul aplicarii acestor tehnologii se obțin două produse diferite:

biogazul;

singazul.

Compoziția biocombustibililor gazoși este determinată de mai mulți factori: de tipul biomasei și componența acestuia, de tehnologia de producere.Căldura de ardere a biocombustibilor gazoși este un parametru care caracterizează calitatea lor. În acest context bioxidul de carbon, vaporii de apă, hidrogenul și alți compuși prezenți în componența biogazului reduc calitatea gazului și respectiv căldura de ardere a acestora în comparație cu gazele naturale.

Indicii medii ai căldurii de ardere alcătuiesc:

biogaz 20-30 MJ/m3 sau 5,5-8,3 kWh/m3,

singaz 3-20 MJ/m3 sau 0,83-5,5 kWh/m3.

Singazul este un produs gazos obținut în urma unui proces de conversie termică cu/sau fără oxidarea materiei organice. Singazul mai este denumit: gaz de gazogen, gaz de generator, gaz de sinteză, gaz de turn, gaz de lemn. Singazul este produs în instalațiile speciale de ardere, preponderent din biomasă solidă.

Conversia termică a biomasei în singaz se realizează prin două tehnologii: gazificare, piroliză.Piroliza rapidă este realizată prin descompunerea termică la temperaturi moderate în absența aerului, cu viteze mari de încălzire și în timp mici de staționare a vaporilor în zona de reacție. Gazificarea biomasei este un proces în rezultatul căruia substanța organică solidă este transformată în gaze combustibile, prin intermediul unor reacții termochimice. Procesul dat se realizează la temperaturi foarte ridicate, cu cantități foarte mari de aer, pentru a nu permite arderea completă, dar care este suficientă pentru a transforma biomasa în combustibil gazos. Gazele formate în acest proces poartă denumirea de gaze sintetice sau singaz.

Figura 3.1. Schema tehnologică de principiu a centralei de producere si utilizare a singazului

Pentru producerea singazului sunt utilizate mai multe tipuri de biomasă, însă, cel mai des este utilizat lemnul și derivatele acestuia (biomasa solidă), în particular reziduurile agricole și deșeurile de la industriile de prelucrare a lemnului.

Producerea de biocombustibili conduce la următoarele avantaje / beneficii:

oferă domenii largi de producere și aplicare:

întreprinderi zootehnice,

gospodării agricole,

industrii alimentare,

stații de salubrizare a deșeurilor urbane,

stații de epurare a apelor reziduale,

centrale de producere a energiei electrice și termice;

producerea proprie de energie contribuie la crearea unei independențe de combustibili fosili și de alți furnizori de energie;

produce un impact benefic asupra mediului ambiant prin reducerea gazelor cu efect de seră și a altor emisii dăunătoare; reducerea poluării solului și a apei; înlăturare mirosului neplăcut și soluționării problemei pentru transport;

preferă beneficii economice producătorilor : energia rămasă poate fi livrată altor consumatori,reziduurile rămase în urma procesării biomasei pot fi utilizate ca fertilizanți în agricultură sau vîndute.

Biomasa este un produs aflat la îndemînă, indiferent de tip, cantitate, calitate. Anume, din acest considerent în prezent tot mai mult, se pune accent pe posibilitățile de folosire a biomasei la producerea biocombustibililor gazoși.

2.1.3. Producerea căldurii

Energiea termica o putem produce prin arderea directa a biomasei solide, în central termice. Centralele sunt construite pentru producerea energiei termice pentru sectorul industria și cel residential în dependetă de necesitate.

Diversitatea centralelor este foarte mare în ceea ce priveste producerea de energie termica, astfel piața zilelor de astazi ne propune cazane de felul:

alimentare: cu biomasa solida, carbune, mix(carbine +biomasa), reziduuri orasenesti, reziduuri animaliere, gunoi de grajd uscat si umed;

încărcarea: sistem vertical și orizontal de încărcare,

control: automat, semi automat și manual.

Odată cu edificarea a noi centrale termice pe biomasă, centralele vechi, pe cărbune și gaze naturale, sunt conservate, dar pot fi puse în funcțiune în caz de necessitate. Centrala nouă pe bază de biomasă poate fi conectată la sistema de încălzire deja existentă, pentru a reduce cheltuielile pentru o nouă sistemă.

Centrala termica va dispune de: termocentrală existentă pe cărbune sau gaz, generatorul de căldură pe biomasa, rezervor de acumulare a apei, vas de expansiune, robinet de evacuare, pompe pentru circulația apei, robinete de închidere, robinet  pentru pornire, expansiune posibilă a presiunii, rezervor pentru apa fierbinte, ieșirea apei, posibilă ventilare automată. Toate acestea vor reprezenta o construcție de dimensiuni medii pentru producerea de caldură și ACM.

Astfel dispunind de o cantitate de biomasa solida echivalenta aproximativ la 48000 GJ/an și considerind timpul de functionare a instalație timp de un an de zile TM = 6000 h/ an și un randament nu mai mic de 80 % putem spune ca energia termica produsa va fi va fi în jur de 6GJ/h sau aproximativ 1.38 Gcal/h.

Figura 2.2.Schema generatorului de caldura

Cantitatea data de caldura va fi comercializata zonei de consum energetic cu ajutorul unei retele de alimentare sub forma de apă caldă menajeră și căldură (perioada rece a anului).

Producerea caldurii în cazul nostru poate avea loc și în concordanta cu producerea de energie electrica ceea ce va permite o eftinere a acestea din urma ceea ce va fi demonstrate în capitolul 4.4 cu ajutorul metodei cheltuielilor remanente.

2.1.4. Producerea combinată a căldurii și electricității

Utilizarea eficientă a combustibilului în producerea simultană a căldurii șienergiei electrice poate oferi economii de energie și poate conduce la evitarea emisiilor de CO2 prin comparație cu producerea separată a căldurii și a energiei electrice. O intensificare a producerii combinate va fi probabil corelată atât cu o tendință spre utilizarea resurselor energetice curate și autohtone, (cum sunt de exemplu, gazele naturale, biomasa sau biodiselul) cât și cu valorificarea superioară pe întreg anul a echipamentelor de producere. În acest sens cogenerarea reprezintă o soluție de utilizare la întreaga capacitate a sistemului.

Producerea energiei electrice nu poate exista fără producerea de energie termică în cazut cînd are loc arderea unei cantități de biomasa solida. Producerea combinatăa energiilor are loc în instalații de cogenerare și în dependentăde tehnologia folosită și randamentul energiilor va fi diferit(în mod normal randamentul termic este mai mare ca cel electric). Energia electrică produsă în aceste intalații de cogenerare se va transmite în SEN([NUME_REDACTAT] National), iar energia termică se va utiliza pentru alimentarea consumatorilor externi.

Odată cu implementarea în [NUME_REDACTAT] a tarifelor europene de tip Feed-in producerea energiei electrice din surse regenerabile va fi foarte convenabila, deoarece recuperarea investitilor va fi asigurată.

1-reactor; 2-transpotor de biomasa; 3-container pentru cenușă;4-suflător pentru circulația gazului

5-circuit de încălzire a apei; 6-schimbător de căldură; 7-coloana pentru apa de sălare;

8- filtrul de nisip; 9-motor pe gaz care pune în funcțiune generatorul; 10-catalizator; 11-circuit închis de apă; 12-rezervor de cuagulare; 13-decantor de apă.

Figura 2.3.Reprezentarea schematică aunui CET bazat pe procesul de gazificare

2.2.Modalități de utilizare finală a bioenergiei produse

2.2.1.Comercializarea peleților si brichetelor

Comercializarea biocombustibililor solizi va presupune vinzarea lor atît sectorului industrial cît și celui rezidențial. Brichetele și peletele pot fi arse în sobele obișnuite sau în cazane speciale cu un ramdament mult mai mare decit în sobele obișnuite. În dependență de contitatea produsăpeletele și brichetele pot fi comerializate atît pe teritoriul țării cît și peste hotarele ei, cunoscînd că EU este un mare consumator de biocombustibili.Comercializarea biocombustibililor se va produce în cantități de la 25 kg pina la citeva tone, în dependenta de cerințele consumatorului. Productul va fi ambalat pentru o flexibilitate la depozitare și transportare.

Ceea ce privește piața locală de pelete și brichete ea este înca în dezvoltare, astfel există o cerere nesemnificativă pentru pelete și brichete din [NUME_REDACTAT]. Nivelul scazut de conștientizare a populației locale cu privire la potențialul de încălzire cu combustibil din biomasă nu creează stimulente pentru producători de a orienta eforturile spre vinzare pe piața locală. Mai mult decît atît, avînd în vedere prețul pentru pelete și brichete din străinătate este mult mai atractiv pentru producătorii moldoveni. Prin urmare, în prezent aceștia se concentrează pe convingerea clienților internaționali a calității produselor și capacității de a conduce afaceri la un nivel internațional.

Deoarece în [NUME_REDACTAT] legile și regulamentele pentru producția de combustibil din biomasă sunt în stadiu de dezvoltare, calitatea produsului final este greu de evaluat. Producatorul, în cazul în care vînd numai pe teritoriul republicii nu este obligat pentru a demonstra calitatea produselor și tipul de materie prima utilizată. Singura instituție publică din republică care poate evalua caracteristicile combustibiluli de biomasa este [NUME_REDACTAT] de Standartizare și Metrologie.

Această instituție poate analiza și evalua combustibilul din biomasă pe trei aspecte: umeditate, cenușa dupa ardere, puterea calorica( Gcal). De subliniat faptul ca evaluarea dată de catre instituție nu reprezintă o certificare oficiala a calității combustibilului de biomasa.

2.2.2.[NUME_REDACTAT] de consum cu singaz

Sitemul de distributie al singazului va fi compus dintr-un ansambul de conducte și accesorii, care preluînd gazele de la statia de predare le vor transporta la comsumatori.Principalele componente ale sistemului de distribitie sunt:

sursa de alimentare – reprezentată prin stațiile de predare;

rețelele de repartiție și stații de reglare-măsurare de zona sau sector;

instalații de reglarea presiunii;

rețelele de distribuție care asigură distribuția gazelor de la statii de reglare-masurare la consumatori;

branșamentele, care alimentează consumatorii de la rețeaua de distributie pînă la posturile de reglare individuale, sau direct la instalațiile de utilizare.

Independent de regimul de presiune utilizat, rețelele pentru distribuția gazelor pot fi realizate în urmatoarele configurații:

remificat sau arborescent;

inelor sau buclat;

mixt.

Schema se adopta de la caz la caz, în fucțiune de situația locală, avînd în vedere necesitățile funcționale și considerente de ordin tehnico-economic.Forma și structura sistemului de alimentare cu gaze pentru zona de consum va depind deurmătorii factori de printre care cei mai importanti sunt:

configurația și marimea zonei de consum;

structura, marimea și perpectivele consumului;

repartizarea diferitor tipuri de consumatori.

Proiectarea retelei zonei de consum se va elabora pe planuri topografice la una din scările convenabile prevăzute în GOST 21.610-85(1:200; 1:500; 1:1000 sau 1:2000).

2.2.3.[NUME_REDACTAT] de consum cu căldură și apă caldă menajeră

Fiecare sistem de alimentare centralizată cu căldură este format din următoarele elemente principale: sursă de căldură, care servește pentru producerea căldurii și poate fi centrală termică

(CT) sau centrală electrică de termificare (CET); rețele termice, care servesc pentru transportarea căldurii de la sursă la consumător; instalațiile consumatoare de căldură, instalațiile de încălzire, de ventilare, de preparare a apei calde menajere și tehnologice.

Sistemele de alimentare cu căldură se clasifică funcție de:

tipul sursei de căldură;

tipul agentului termic;

modalitatea de alimentare cu apă caldă menajeră;

numărul de conducte în rețelele termice;

modalitatea de distribuire a energiei termice către consumatori și altele.

În dependență de tipul sursei de căldură sistemele de alimentare centralizată cu căldură pot fi:

termificare – sisteme de alimentare centralizată cu căldură cu organizare superioară de producere a căldurii în baza obținerii combinate a energiei electrice și energiei termice (cogenerare) la [NUME_REDACTAT] de Termificare (CET);

sisteme de alimentare centralizată cu căldură de la centrale termice, (CT), comunale sau de la centrale termice comunal- industriale;

sisteme descentralizate, care alimentează consumatorii cu căldură de la centrale termice mici de bloc,

individuale, sau cu producerea căldurii în sobe de încălzire.

a) – cu o singură conductă;

b) – cu două conducte,deschisă;

c) –cu două conducte, închisă;

1- sursa de căldură; 2- conducta de ducere (tur) a rețelelor termice;

3- branșament la abonat; 4- baterie de încălzire a aerului în sistemele de ventilare; 5 – schimbător de căldură pentru încălzire;

6 – corp de încălzire;

7 – conductele sistemului local de încălzire; 8 – sistemul local de alimentare cu apă caldă menajeră; 9– conducta de întoarcere (retur) a rețelelor termice; 10 – schimbător de căldură pentru prepararea apei calde menajere; 11–conducta cu apă rece (apeduct);

Figura 2.4. Scheme de principiu ale sistemelor de alimentare centralizată cu căldură.

După modalitatea de alimentare cu apă caldă menajeră,sistemele cu apă de alimentare centralizată cu căldură se împartîn sisteme închise (figura 2.5, a) și sisteme deschise (figura 2.5,b).

În sistemele închise, apa din rețelele termice poate fi folositănumai pentru a încălzi apa din apeduct în schimbătoarele decăldură, care se și distribuie pentru consum. În sistemeledeschise, apa caldă pentru consum se folosește direct din rețeleletermice. Debitele de apă preluată din conductele tur și returse stabilesc în așa fel, de către regulatorul de temperată, catemperatura apei după amestecător să fie egală cu acea necesarăpentru alimentare.

În sistemele închise de alimentare centralizatăcu căldură agentul termic nu se consumă, el doar circulă întresursa de căldură și instalațiile care consumă căldura. Aceastaînseamnă că astfel de sisteme sunt închise în raport cuatmosfera. Pentru sistemele închise este valabilă relațiaGret = Gtur, adică debitul de apă care iese din centrala termică este egal cu debitul de apă care se întoarce din rețelele termice.În sistemele reale, întotdeauna Gret< Gtur. O parte din apa dinsistem se scurge prin ne etanșeitățile care există în el: pringarnitura de etanșare a pompelor, armăturii și compensatoarelor.

a) în serie;

b) în paralel.

1 – branșament la rețelele

termice;

2 – regulator de debit;

3 – regulatorde temperatură;

4 – sistemul local de alimentare

cu apă caldă menajeră;

5 – schimbător de căldură;

6 – conductă de ocolire;

7 – conductă de apă rece;

8 – sistemul de încălzire.

Figura 2.5. Schemele punctelor termice cu livrare dependentă acăldurii pentru încălzire.

2.3. Elemente de proiectare ale sistemelor de aprovizionare a Zonei de consum cu energie

2.3.1. Proiectarea rețelei de alimentare cu singaz

Problema racordarii consumatorilor la reteua de gaze va constitui un element de baza la optimizarea sistemelor de alimentare cu gaze a zonei de consum.

1 – conducta publică; 2 – branșament; 3 – limita de proprietate; 4 – contor.

Figura 2.6.Exemplu schemă de legare a unui consumator la conducta publică

Zona de consum energetic fiind o zona mica din punct de vedere economic proiectarea sistemelor de alimentare cu gaze se va efectua cu presiune unica – medie si structura sistemului de alimentare va fi inelară pentru a minimaliza consumul de metal. Bransamentele consumatorilor se prevad ramificate.

Alimentarea consumatorilor de gaze naturale din rețeaua exterioară de distribuție se realizează prin intermediul conductei de branșament(fig. 2.6).

Pentru a conecta consumatorii la conducta de gaze vom avea nevoie de următoarele elemente care vor determina tronsonul principal. În dependenta de preferintele consumatorilor conducta principala poate fi plasa suprateran sau subteran. Pentru conducta plasata suprateran se vor folosi conducte de otel tip teava Ø40 ∙3.2 (GOST 3262-75*), fixarea orizontala a conductei de gaz va fi efectuata pe piloni Ø57.

Ca conducte subterane se vor folosi de exemplu conducte tip PEHD SRD 11 PN16(SRD -număr rotunjit care exprimă raportul dintre diametrul exterior nominal și grosimea nominală a peretelui;PN – valoarea în bari, a unei presiuni interioare menținute constante, pe care țeava trebuie să o suporte fără defecte timp de 50 de ani) care au o durata de viata de minim 50 ani și sunt rezistente la temperaturi de -40 0C, Ø50 ∙ 4,6. Adîncimea minimă a șantului pentru conducte montate subteran va fi de 0.9 m de la nivelul terenului, respenctiv 0.5 m pînă la capătul bransamentului.

Intersectarea conductelor de gaze cu alte instalații subterane sau lucrãri la suprafata solului, se face, în general, perpendicular pe axul instalației sau lucrãrii tranversate: în cazuri exceptionale, se admit traversãri sub un unghi mai mic, însã cel putin 60o. La intersectãri cu alte instalații subterane, conductele de gaze se monteazã deasupra conductei, canalului sau cablului traversat, la o distanțã de cel putin 100 mm. În cazul în care aceste condiții nu pot fi îndeplinite, conducta de gaze va fi introdusã în tub de protectie.

La gazificarea casei de locuit se vor folosi tevi Ø20 ∙2,8 si Ø 15∙ 2,8 (GOST 3262-75*). La capătul fiecarui bransament fie suprateran sau subteran se vor intala robinete Ø 15 care vor permite scoaterea din funcțiune a instalațiilor.

Pentru construcția sistemului de alimentare cu gaze vor fi nevoie de 1100 m teava de otel Ø40 ∙3,2 sau polietilena Ø50 ∙ 4,6, în cazut plasarii aeriene vom avea nevoie de 950 m piloniØ57. În ce priveste țevile pentru bransament,ele vor fi alese în dependente de distanța conductei principale față de locuință.În acest sistem se va folosi doua posturi de reglare – măsurare, unul pentru locuințele locative și altul pentru instituția de învățămînt.

2.3.2. Proiectarea rețelei de alimentare cu căldură, apa calda menajera si electricitate

Sistemele cu o singură conductă (fig. 2.5, a) sunt cele mai eficiente, dar pot fi utilizate doar în cazul în care debitul mediu orar de apă pentru încălzire și ventilare coincide cu debitul

mediu orar de apă caldă menajeră.Pentru toate localitățile [NUME_REDACTAT] debitul de calcul de apă pentru încălzire șiventilare în rețelele termice este mai mare ca debitul mediu orar de apă caldă, necesar pentru consum. În acest caz, o parte din debitul de apă din rețelele termice ne consumat va trebui să fiearuncat în canalizare, ceea ce nu este eficient.

În legătură cu aceasta o răspândire mai largă au sistemele cu două conducte: deschise(figura 2.5, b) și închise(figura 2.5, c).

Pentru alimentarea zonei de consum cu caldura și apă caldă menajerăse va folosi un sistem inelar asemanator celui de alimentare cu gaze. Deosebirea între aceste sisteme va fi izolarea termica de care va dispune sistemul de alimentare cu caldura și ACM și diametrul tevilor.

Pentru sistemul suprateral se vor folosi conducte din otel Ø75 ∙ 8,4 , ca izolore termică se va folosi cochilii din poliuretan datorită capacității de rezistență la temperaturi de la -70 0C pînă la 180 0C.

Fixarea orizontală a conductei de căldură va fi efectuată pe piloni din otel Ø90.

Pentru sistemul subteran se vor folosi de exemplu conduste tip PEHD SRD 11 PN16 Ø75 ∙ 6,8 și ca izolare termica acelaeași cochilii de poliuretan.

Pentru constructia sistemului de alimentare cu caldura si ACM vor fi nevoie de 1100 m teava de otel Ø75 ∙8.4 sau polietilena Ø75 ∙ 6,8, în cazut plasării aeriene vom avea nevoie de 950 m piloni Ø90.

În ce priveste producerea energiei electrice în urma cogenerării ea va fi vânduta la un preț stabilit de ANRE si introdusă în sistemul energetic local.

3.TEHNOLOGII DE PRODUCEREA BIOCOMBUSTIBILILOR
ȘI A ENERGIE

3.1.Tehnologii de brichetare si peletizare

3.1.1. Caracteristici generale

Una din cele mai raspindite metode de producere a biocombustibililor solizi la momentul de față atît în [NUME_REDACTAT] cît și în lumea întreaga ar fi producerea baloturilor din paie. Aceasta permite stocarea și transportarea mult mai eficienta a deseurilor date.

Paiele reprezinta tulpini cilindrice subtiri, neramificate, avind noduri pronuntate , caracteristice culturilor cerealiere.

Cantitatea de paie recoltate depinde de o serie de factori :

specia de plante din care se obtin paiele;

calitatea solului unde au fost cultivate plantele;

condiții climaterice;

gradul de maturitate al plantelor la momentul recoltarii.

Culturile cele mai des întilnite pe teritoriul țării din care pot fi recoltate paiele sunt grîul de toamna, orz de primăvară și grîul de primăvară.

Utilizarea paielor în calitate de conbustilil are loc la umeditatea de 14-20 % avînd o căldură de ardere inferioarăde aproximativ13-15 MJ/kg , ceea ce reprezintă jumate din valoare calorică a cărbunelui . Masa paielor uscate este constituită de aproximativ 70 % substante volatile(carbon și hidrogen), plus alți compuși ca clorul și potasiu.

Formele și dimensiunile baloturilor de paie este diferită, începind de la forme dreptungiulare cu masa de la 10 pina la450 kg și dimensiundi nu prea mari pentru cazane mici pina la dimensiuni mari pentru centrale termice cu capacitate mare; și forme cilindice cu diametru de 1,5 m cu o înalțime de 1,2 m cu masa de 200-300 kg utilizate pentru cazane mari.

În țară sunt mai raspindite baloturile de paie mici cu ogreutate de 10-15 kg pentru arderea în cazane și utilizarea în gospodării.

Pentru balotarea paielor se folosesc presele de balotare disponibile de piața locală și regională :

presa mică avind dimensiunea tunelului de 46 x 36 cm, lungimea fiind de 80 cm. Baloturile formate se utilizează la ardere în cazane mici avînd greutate aproximativ de 12-15 kg.

presa de mărime medie avînd dimensiunea tunelului de 80 x 80 cm, lungimea de 240 cm greutatea balotului fiind de 235 kg.

presa mare produce baloturi de lungimi diferite cumprinse între 110 pînă la 275 cm, greutatea acestor baloate fiind de 253 kg fiind utilizate pentru ardere în central termice și cele electrice.

Peletele și brichetele reprezintă și ei biocombustibili solizi ce pot și fabricate din toate materialele ce au o structura lignocelulozica.

Majoritatea acestor materiale ce au o structură lignocelulozică aparte au o densitate foarte mică ceea ce este un dezavantaz și complică acțiunile precum transportul, depozitarea și sporesc costurile aferente. O altă problemace poate cauza dificultati privind funcționare instalațiilor care sunt folosite aceste materiale este și umeditatea. Toate aceste neajunsuri pot fi inlaturate prin uscarea și comprimarea materialelor la presiuni mari, obținind în așa mod o structură lemnoasă uniformă precum pelete și brichetele.

Avantajele utilizării acestei tehnici sunt :

un continut redus de umeditate <10 %;

sporirea densiății materialului ceea ce duce la

caldura de ardere mai mare si o structura omogena a produsului.

Ambele produse dispun de aproximativ aceeasi valori calorice, umeditate, structură chimică și sunt produse premonderent din reziduuri lemnoase (așchii, rumeguș, reziduuri provenite de la întreprinderi de prelucrare a lemnului).

Deosebirea importantă dintre aceste doua produse este dimensiunea diferită dintre acestea, ceea ce permite utilizarea lor la nivel industrial cit și rezidențial.

Prețurile la biocombustibilii solizi pe piața europeana variază de la an la an, în dependenta de stat și de modul de comercializare.

Tabelul 3.1.Costul unitar al peletelor și brichetelor

La moment in [NUME_REDACTAT] sunt 41 producatori de pelete și brichete prețurile pentru biocombustibil variind de la 1200 – 2500 lei/tona. Productivitatea de biocombustibili fiind cuprinsă între 1000 – 5000 t/an.

3.1.2. Tehnologii de producere

Tehnologia de producerea a peletelor este în dependent de cantitatea necesara și utilizarea ulterioară a acestora. Cea mai utilizată materie primă pentru producerea peletelor este rumegusul și resturile de la industria de prelucrare a lemnului. Cu toate că peletizarea paielor nu reprezinta mari deficultăți din punct de vedere tehnologic, diferența dintre rumegus este că paiele trebuiesc tocate sau marunțite pe cînd rumegusul este deja măcinat.

Peletizarea include etapele următoare:

maruntirea;

uscarea și condiționare;

peletizare, răcier;

depozitare și împachetare.

Pornind de la prima etapa ceea ce privește mărunțirea mareriei prime putem spune că exista două metode de concasare cea mășcată și cea măruntă. Concasarea mășcată permite uscarea rapidă și eficiența a materiei prime, dimensiunile particulelor nu trebusa depașească 25 x 25 x 2mm. Concasarea măruntă se utilizează la mărunțirea materiei prime pîna la 4 mm ceea ce permite ca masa formată să fie trecuta la instalația de peletizare.

Urmatoare etapa cea ce privese uscarea masei are loc în instalații de uscare precum sunt instalații cu banda, cele cetrifugale sau cu tambur. În instalații de uscare cantitatea de apă din materie este redusa pînă la 8-10 %, deoarece presarea materie cu un conținut ridicat de umeditate este foarte dificilă.

Cea mai utilizată dar și cea mai scumpă instalație de uscare este cea cu bandă doarece ea foloseste gazele fierbinți produse de prezența unui cazan pentru a usca materialul. Dacă materialul are un conținut mai mic de 8 % atunci utilizare lui nu este admisă, astfel prelucrare lui cu abur , apă sau mai pot fi folositi aditivi auxiliari, agenți de legatură pentru a-i oferi capacitatea adecvată.

După acestă metodă numită ca condiționare, materia primă este trasportată spre presă și este dispusă uniform pe suprafața matriței în diferite moduri în dependent de tehnologia utilizată.

Calitatea compresiei depinde de anumite caracteristice ceea ce priveste materia prim și a intalației:

distanța dintre matrița și cilindri;

materialul din care este confecționată matricea și cilindrii de presare;

grosimea stratului de material dispus pe suprafața matricei;

diametru și lungimea găurilor;

caracteristicile de frecare ale pereților găurilor matricei.

Exista două tipuri de prese cu matriță inelară și cu matrice plata. Presa cu matrice inelară este confecționată dintr-un inel care se roteste pe cîțiva cilindri, presînd astfel materia primă prin găurile matricei. Presa cu matrice inelară poate fi cu cilindri rotitori fixi și matrice mobilă sau cu cilindri de comresie mobilă și matrice fixă.

Sistemul de alimentare cu materie primă poate fi diferit în funcție de numarul de cilindri de presare: presa cu un singur cilindru – materia primă este turnată prin parte superioara căzînd pe matrice sau întrodusăcu ajutorul unui conveier; sau în cazul cînd sunt mai multi cilindri este necesar de un sistem de alimentare mai sofisticat și mai efectiv, care poate fi realizat prin suflarea materialului cu ajutorul unor aripioare reglabile.

Al doilea tip de mașină de peletizare este construită dintr-un disc perforat peste care se rostogolesc cilindrii(doi sau mai mulți) care presează materia primă prin găurile matricei. Ca și în cazul instalației cu matrice inelară această instalație poate fi cu cilindri fixi și matrita mobila și invers.Mărirea duratei de viață a matricei se face prin șlefuirea ei ceea ce este imposibil pentru instalatie cu matrice inelară.

La ieșirea din presă peletele ajunge la temperaturi aproximative de 90-100 0C,astfel pentru menținera calitățiilor lor pe perioda de depozitare și asigurarea durabilității peletele urmează a fi racite pină la 25 0C. Depozitarea ar fi indicat să se facă în saci “big bag” sau de 25 kg.

Pentru producerea de brichete avem două tehnologii: presa cu piston și cea cu șurub. În cazul unei prese cu șurub biomasa este presată continuu prin canalul matricei prin intermediul șurubului care are funcția de transport.

La presa cu piston, materia primă este comprimată cu ajutorul unui piston la presiuni mari în canalul unei matrice. Presa cu piston poate fi de doua tipuri în dependență de mecanismul de punere în funcțiune a pistonului: presa mecanică și presa hidraulică.

În instalația cu sitem mecanic, materia primă este presată în canalele matricei cu ajutorul unui motor cu piston. Instalația cu o productivitate de 700 kg/h de brichete, este necesar un motor cu o putere de 25 kW. Frecfența de acțiune a pistonului e de 270 mișcări pe minut în această instalație.

Productivitatea instalației cu piston hidrauluic este mai redusa deoarece aceastea au o viteză redusă a cilindrului fiind influențată de faptul că mișcarea pistonului este pusă în funcționare de un motor cu ardere internă sau unul electric prin intermediul unui sitem hidraulic cu ulei de presiune înaltă.

Presele cu șurub preseaza material în continuu prin canalele matricei prin intermediu șneului conic. Umeditatea materiei prime utilizatăîn instalațiile date poate fi mai mare decît în presele mecanice, astfel umeditatea testată a fost de pînă la 22 %.

Brichetele produse de instalțiacu șurub dispun de o densitate și duritate mai mare decit a celor obținute cu presele cu piston deoarece materialul capătă proprietati fluide, din cauza ligninei ce o conține materialul devenin ușor de comprimat în canalele matricei.

Vorbind la genereal producției de pelete și brichete urmează de a-i impune ceva standarde și parametri pentru ca într-un scop final a fi utilizați cum sa precizat în sectorul industrial și cel residențial.

Cele mai cunoscute standarde europene sunt cele utilizate în Germania, Austria și Suedia.

Brichetele si peletele find biocombustibili toți parametrii lor sunt divizati în clase : parametri normative și infromativi.

Parametrii normative ce caracterizeaza biocombustibilii:

dimensiunile peletilor/brichetelor;

conținutul de umezeala;

conținutul de cenușă;

conținutul de sulf și azot.

Ca parametri informativi sunt:

căldura de ardere;

densitatea peletelor/brichetelor.

Tabelul 3.2.Exemplu de prezentare a produsului cu caracteristici corespunzatoare:

3.2.Tehnologia de gazeificare

3.2.1. Noțiuni generale

Gazificarea este procesul de reacție a mangalului cu dioxidul de carbon și aburul în urma căruia rezultă monoxid de carbon și hidrogen.

Gazul obținut este numit gaz de generator, pentru gazeificarea aerului, sau singaz, pentru gazeificare oxigenului. Căldura de combustie a gazului de generator (sau singazului) este de aproximativ 3-20 MJ/m3 . Compoziția tipică a acestuia este prezentată în tabelul 3.3.

Tabelul 3.3.Compoziția chimică a singazului

În dependență de tipul gazifierului, a biomasei, temperatura de lucru, presiunea și altele, agentul oxidant folosit joaca un rol important în determinarea compoziției chimice a singazului .

Astfel pentru cele trei tipuri de oxidant folosite pentru gazeificare biomasei avem urmatoarea compozitie chimica a singazului :

Figura3.1. Procesul de obtinere a singazului Tabelul 3.4. Comoziția chimică a

singazului în dependentă de oxidant în %

La general vorbind aerul este cel mai întilnit oxidant în instalații de gazificare, deoarece nu necesita investiții suplimentare la fel ca aburul.

Oxigenul din aer intră în reacție exotermă cu carbonul din combustibil și rezultă:

C + O2 = CO2 + energie termică.

Datorită temperaturii înalte ce se ridică în zona de piroliză (1.100-1.300 0C), CO2 ce trece prin stratul de cărbune incandescent intră într-o reacție endotermă cu carbonul:

CO2 + C = 2CO – energie termică.

O parte din hidrogenul din zonele inferioare ale stratului de reducere intră în reacție exotermă cu carbonul din combustibil astfel:

C + 2H2 = CH4 + energie termică.

Componentele principale care determină calitatea amestecului sunt CO și H2. Din această cauză este avantajos ca o cantitate cât mai mare de CO2 și H2O să treacă prin zona de reducere și să ia parte la reacție cu cărbunele incandescent.

Vaporii de apă ce se evaporă intră în următoarele reacții endotermice:

C + H2O = CO + H2 – energie termică,C + 2H20 = C02 + 2H2 –energie termică.

Prin introducerea în generator a vaporilor de apă împreună cu aerul supraîncălzit are ca efect ridicarea procentului de H2, rezultând o putere calorifică mai mare cu 11-13% a gazului obținut prin gazeificarea biomasei. Prin radiație și prin gazele care se ridică (CO, CO2, H2), straturile de combustibil așezate deasupra zonei de reducere se încălzesc, având loc piroliza lemnului.

Pentru gazeificarea biomasei, ca urmare a procesului complet de piroliză, cea mai mare parte a materialului rezultat (75 % până la 90 % din masa de combustibil) se regăsește în formă de compuși volatili. Conversia acestor produși în gaz (procesul propriu-zis de gazeificare) poate fi în general descrisă de următoarea ecuație chimică (considerând echilibrul termic):

.

Realizarea și deci eficiența procesului de gazeificare depind în mod fundamental de raportul echivalent combustibil / aer (sau oxigen). Dacă raportul este prea mare rezultă cantități importante de funingine și gudron, în timp ce dacă este prea mic, cărbunele de piroliză este consumat prea repede și o parte din gazul produs este ars în procesul de combustie. Valoarea optimă combustibil / aer depinde de un număr de factori: conținutul de apă din combustibil, tipul biomasei și debitul de aer prin gazeificator.

3.2.2. Caracteristici gazeificare

Indiferent de tehnologie, conținutul umidității în biomasă nu trebuie să depășească 35%. În acest scop, biomasa este supusă unui proces de uscare, pentru a spori calitățile combustibile ale acesteia.

Căldura de ardere a singazului obținut poate atinge valori între 3-20 MJ/m3, ceea ce reprezintă 10-50 % din căldura de ardere a gazelor natural. Acest indicator depinde de un șir de factori cum ar fi conținutul de oxigen și hodrogen în materia primă utilizată, tehnologia și instalația de gazificare apliacte etc.

Tabelul 3.5. Analiza comparativă a tehnologiilor de gazificare

În tabelul 3.5. sunt prezentate principalele caracteristici, avantajele și dezavantajele celor trei tehnologii de gazificare. Gazificarea în strat fix este, de obicei, utilizată în cadrul centralor termoelectrice de puteri mici- de pînă la 5 MW, cu posibilități largi de aplicar în domeniul generării distribuit.

Gazificarea biomasei se poate realiza prin două tehnologii de bază: tratarea biomasei în strat fix și în strat fluidizant.Instalațiile de gazificare cu arderea biomasei în strat fix sunt mai simple, mai ieftine, mai ușoare în exploatare,însă calitatea combustibilă a gazului produs este inferioară celui obținut prin tehnologia gazificării în strat fluidizant.

Gazificatoarele cu strat fix dispun de un grătar fix, amplasat în camera de gazificare. Biomasa este distribuită deasupra stratului de materie primă parțial gazificată, cenușii și cocsului de pe grătar. În dependențăde direcția de suflar a aerului sau a oxigenului, există trei tehnologii de gazificare în curent ascendent, descendent și contracurent.

Gazificarea în strat fluidizat este asemănătoare celei în strat fix, ea asigură randamente de conversi mai ridicate, cu costuri mai mari, în instalațiile mai complexe. Procesul d gazificar se începe în materialul fierbinte, fluidizat prin injectarea unui agent de fluidizare (aer sau abur) cu un conținut redus de oxigen. Uneori pntru a mări transfrul de căldură se introduce nisip sau oxizi de aluminiu.

În procesul de gazificare, sunt prezente mai multe regimuri de fluidizare;regim turbulent,regim circulantși rgim antrenat. Inițial, în urma acțiunii agntului de fluidizar, materialul procsat se dilată și capătă proprietăți fluide, însă odataă cu mărirea debitului de aer sau abur injectat acsta trece în regim turbulent. Cu mărirea ulterioară a fluxului d agent de fluidizare, biomasa supusă gazificării începe să se ridice în stratul inițial, fiind apoi separată într-un ciclon și reintrodusă în matrialul de lucru.

Pentru creșterea producției de gaze sintetizate trebuie mărită presiunea în camera gazificatorului, însă aceasta aduce la majorarea complexității și costului instalației.Prin aplicarea acestei tehnologii, înteraga biomasă utilizată poate fi transformată în singaz prin intermediul proceselor de piroliză și gazificare a cocsului obținut.

În prezent cele mai multe tehnologii de gazificare a biomasei în curs de dezvoltare se bazează pe tehnologiile de gazificare în strat fluidizat și anume: gazificarea în strat fluidizat turbulent și în strat fluidizat circulant.Gazificarea în strat fluidizat turbulent reprezintă o tehnologie de gazificare mai simplă decît cea în strat fluidizat circulant.

Schema de principiu a gazificatorului este destul de simplă, și cu puțin diferă de gazificatoarele cu strat fix, diferența o constituie doar agentul de fluidizare, care se introduce în gazificator pentru a mișca biomasa.Agentul de fluidizare conrtibuie la o mișcare haotică a biomasei, astfel cenușa și cocsul sunt lăsați să se coboare în straturile de jos a biomasei.

Mișcarea biomasei și a agentului de fluidizare au același sens, se mișcă în sus. Schema de principiu este prezentată în fig 3.3.

Figura 3.3. Schema de principiu a gazificatorului în strat fluidizant turbulent

Un avantaj considerabil al acestei tehnologii de gazificare este căldura de ardere asingazului produs este ridicată, tot ca avantaje pot fi și conținutul mediu de gudron, construcția simplă a gazificatorului.

Pentru a calcula debitul volumetric orar de singaz produs se va utiliza noțiunea de randament al gazificatorului ηgz:

,

unde: Vg- reprezintă debitul volumetric orar de singaz produs,

mt-debitul masic orar de biomasă uscată în gazificator,

Qi biomasa – căldura de ardere inferioară a biomasei,

Qi gaz-căldura de ardere inferioară a singazului.

Randamentul gazificatorului constituie raportul dintre energia ieșită cu gazul de sinteză și cea intrată cu biomasa. Randamentul gazificatoarelor moderne variază între 0.6-0.7.

În continuare vom calcula debitul orar de biomasă disponibil:

=2820/6000= 0,47 t/h,

ca urmare înlocuind în formula datele obținute se va calcula productivitatea gazificatorului:
= 0.65∙13∙470/13=306 m3/h

Ca combustibil folosit la gazificator va fi cocsul și singazul. Pentru a determina volumul de singaz disponibil de a fi introdus în instalația de cogenerare este nevoie de determinat consumul propriu de singaz. Consumul de singaz necesar la gazificarea biomasei reprezintă o valoare de 0,3-0,5 din volumul de singaz produs. Pentru gazificatorul proiectat se ia în considerație că gazificatorul este de o putere medie și consumul de singaz va constitui 0,4 din volumul de singaz produs. Deci volumul de singaz consumat pentru gazificarea biomasei se determina cu următoarea relație:

m3/h,

În continuare se va determina volumul de singaz disponibil de a fi introdus în instalația de cogenerare. Acest volum se determină cu următoarea relație:

m3/h,

Gazificarea biomasei prin tehnologia dată presupune un consum de abur necesar fluidizării biomasei. În subcapitolul 4.2.1. fiind prezentată caracteristicile gazificatorului, astfel raportul abur biomasă constituie 0,64. Deci consumul de abur se va determina cu următoarele relații:

,

unde: ψ – reprezintă raportul abur-biomasă;

– debitul de abur introdus în gazificator, kg/h;

W – umiditatea introdusă în gazificator cu biomasa, kg/h;

Unde este conținutul de umiditate a biomasei, %. Conținutul de umeditate a biomasei constituie 30 %. Datorită tehnologiei de gazificare în strat fluidizat turbulent, biomasa poate fi introdusă cu o umiditate de 30 % ca urmare ea nu necesită uscare suplimentară. Deci consumul de abur necesar fluidizării biomasei este:

3.3.Tehnologii de cogenerare a energiei

3.3.1.Cogenerarea bazată pe motoare cu ardere internă(MAI)

Motorul cu ardere internă,este motorul care transformă energia chimică a combustibilului prin ardere, în interiorul motorului, în energie mecanică. Energia calorică, rezultată în camera de ardere, se transformă în mișcare mecanică rectilinie ciclică după care în mișcare de rotație uniformă,obținută la arbprele cotit.Arderea combustibilului produce energie calorică în cilindrii motorului. Pentru obținerea energiei calorice necesare se folosește combustibilul lichid ca: benzina, motorina sau gazul natural lichefiat.

Oxigenul necesar arderii se obține din aerul atmosferic. Combustibilul în amestec cu aerul se numește amestec carburant. Arderea amestecului carburant poartă denumirea de combustie.

După viteza de propagare a arderii, arderea poate fi lentă sau rapidă. Dacă arderea rapidă se dezvoltă treptat în masa combustibilului, aceasta poartă denumirea de ardere rapidă progresivă, iar dacă se transmite și se produce aproape instantaneu în toată masa amestecului carburant se numește explozie. Arderea poate fi inițiată prin punerea în contact direct a amestecului carburant cu o sursă de căldură sau se poate produce aproape instantaneu în toată masa amestecului caz în care

se numește detonație și are un caracter exploziv.

Prin arderea carburanților rezultă diferit produsede ardere cu o temperatură de aproximativ

2000°C. Majoritatea acestor produse se prezintă sub formă gazoasă.

La o ardere completă, adică dacă se asigură combustibilului o cantitate de oxigen dozată astfel încât să producă oxidarea integrală a elementelor componente (pentru arderea unui litru de benzină, este necesar oxigenul conținut în aproximtiv 10 m3 de aer.Motoarele cu ardere interna cu piston pot fi clasatein funcție de evoluția fluidului motor in motoare cu piston cu evoluție alternativă sau rotativă.

Punct mort interior (Pmi) (învechit: punct mort superior, PMS)este poziția limită interioară cilindrului la care ajunge extremitatea dinspre chiulasă a pistonului când aceasta se găsește – în timpul deplasării sale – la cea mai mare distanță posibilă față de axa arborelui cotit; această poziție coincide cu distnța minimă a pistonului față de chiulasă și este determinată de montajul pistonului în ansamblul mecanismului bielă-manivelă.

Punct mort exterior (PME), (învechit: punct mort inferior, PMI) este poziția-limită interioară cilindrului la care ajunge extremitatea dinspre chiulasă a pistonului când acesta se găsește – în timpul deplasării – la cea mai micî distanță posibilă față de axa arborelui cotit; această poziție coincide cu distanța maxima a pistonului față de chiulasă și este determinată, de asemenea de montajul pistonului în ansamblul mecanismului bielă-manivelă.

Motoarele termice se împart după mai multe criterii, dintre care se enumeră: procedeul de aprindere a combustibilului; durata ciclului; procedeul de formare a amestecului aer-combustibil; numărul de curse ale pistonului in care se realizează ciclul motor; starea de agregare a combustibilului; numărul de combustibili utilizați; sensul de rotație; numărul de cilindri.

Motoarele cu ardere internă se compun din:

mecanismul motor;

ansamblul de sisteme auxiliare;

aparatura de control și automatizare a funcționarii.

Mecanismul motor este format din două părți:

partea mobilă numită mecanism bielă-manivelă și care cuprinde următoarele organe principale:

piston, bielă, axa cu came, arbore motor (arbore cotit);

partea fixă este compusă din: cilindrul chiulasei, carter.

Ansamblul de sisteme auxiliare este format din: sistemul de distribuție; sistemul de alimentare cu combustibil, sistemul de aprindere; sistemul de răcire; sistemul de ungere; sistemul de filtrare; sistemul de pornire; sistemul de supraalimentare.

Aparatura de control și automatizare este alcătuită din diferite aparate de control pentru măsurarea presiunilor, temperaturilor, turației, etc. precum și bucle de automatizare privind încărcarea în putere, reglarea temperaturii agentului de răcire la intrarea în motor, protecții privind supraturația, temperatura minimă si maximă admisa, etc.

În funcție de ciclul termic după care are loc producerea lucrului mecanic motoarele se pot împărți în:

motor cu aprindere prin scânteie (motor funcționând după ciclul Otto, Beau de Rochas), m.a.s.;

motor cu aprindere prin comprimare (motor funcționând după cilul Diesel), m.a.c.;

motor cu aprindere prin jet de combustibil (motor funcționând după ciclul Sabathe, Seilinger), motor Diesel-Gaz (dual-fuel).

Mărirea puterii care poate fi obținută de un motor se poate face prin folosirea suplimentarii, prin intermediul unor turbosuflante cu turație ridicată, variabilă, ce folosesc gazele de ardere ieșite din motor ca fluid termodinamic de antrenare.

Pentru aceeași putere la cuplă, datorită supraalimentării volumul ocupat de motor scade față de motorul nesupraalimentat cu cca. 23-29%. Toate motoarele folosite pentru cogenerare sunt supraalimentate, datorita avantajelor aduse de supraalimentare.

Puterea electrică unitară este cuprinsă între 25 și 5000 kW.Combustibil folosiți sunt:

gaze naturale, motorină, biogaz, biodiesel, gaz de generator.

Căldura din gazele arse evacuate (la 500 oC) poate fi recuperată în proporție de cca 70%, prin răcirea acestora pînă la 120 oC (motorul Otto) și respectiv la 200 oC (motorul Diesel).

Căldura din apa de răcire și din uleiul deungere (la cca 100 oC) poate fi recuperată practic în totalitate.Căldura livrată consumatorilor este în formă de apă caldă sau abur.

Principalele avantaje a motorului cu ardere internă (MAI) sunt: cuprinde o gamă larga de tipuri de combustibil(gaze naturale, motorină,biogaz, biodiesel, gaz de generator);recuperara căldurii nu influențiază generara electricității;are un indice de cogenerare ridicat;modulabil și adaptabil la sarcini mici și variabile; reprezintă o sursă de siguranță;costuri moderate.

Caldura și energia electrică pot fi generate în apropierea consumatorului, eliminând astfel pierderile în retelele de transport, așa cum se întâmplă în cadrul marilor sisteme de încălzire centralizată. Eficiența totală a unei cogenerări cu motoare cu combustie interna se ridică la peste 85%, având în vedere consumatorul final, aproximativ cu 10% mai mare decât la centrala convențională din sistemul de încălzire centralizată.

Reducerea consumului de energie primară prin utilizarea cu eficiență ridicată a căldurii din gazele de ardere și din apa de răcire a motorului.Reducerea poluării mediului prin caldura reziduală a gazelor de ardere. Realizarea modulară a centralelor de cogenerare utilizând mai multe blocuri motor-generator conduce la o mai bună adaptare la cererea de putere.

Pe lingă avantajele enumerate mai sus, MAI are și un șir de dezavantaje.ele fiind enumerate mai jos:

mororul cu ardere internă este nepotrivit pntru livrare de abur;

necesită sistem suplimentar de răcire;

greutate și volum specific ridicat;

intreținere scumpă;

la funcționarea motorului cu ardere internă produce zgomot ridicat și vibrații.

3.3.2.Cogenerarea bazată pe instalații turbine cu gaze (ITG)

Instalația de turbină cu gaze (ITG) este o mașină termică care realizeazăconversia energiei chimice a combustibilului în energie mecanică, utilizând caagent termic un gaz. Gazele utilizate în acest scop pot fi: aer, gaze de ardere, dioxidde carbon, heliu, etc.Ciclul termodinamic după care evoluează instalațiile moderne de turbine cugaze este ciclul Brayton, întâlnit în literatura de specialitate și sub denumirea deJoule. În figura 3.6 este prezentata în coordonate temperatura-entropie (T-s) formaciclului Brayton teoretic, pentru care se disting următoarele transformăritermodinamice.

Din punct de vedere al modului de interactiune între agentul termic șiprodusele de ardere corespunzatoare sursei calde a ciclului, se disting:

ITG în circuit deschis

Agentul de lucru se amestecă cu produsele de ardere la sursa caldă și apoise destind împreună în turbină, pentru a fi ulterior esapate în atmosferă. Din punct de vedere termodinamic nu se poate vorbi în acest caz despre un ciclu propriu-zis.Închiderea acestuia se realizeaza prin intermediul atmosferei, care reprezintă în acelasi timp și sursa rece a ciclului. În mod exclusiv, la ITG în circuit deschis se utilizează ca agent termic aerul.

ITG în circuit închis

Spre deosebire de cazul anterior, atât sursa caldă, cât și sursa rece aciclului se caracterizează prin prezenta unor suprafete de schimb de căldură. Agentul termic nu intră în contact direct nici cu produsele de ardere, nici cu fluidul de răcire. Masa de agent termic se va conserva în interiorul ciclului, deci se pot utiliza în acest scop gaze mai scumpe, dar cu proprietati termodinamice mai bune decât ale aerului: CO2, He.

Într-o proportie covârsitoare, în centralele termoelectrice se utilizeaza ITG în circuit deschis. ITG în circuit închis au o raspândire limitată, putând fiîntâlnite în cadrul unor filiere de centrale nuclearo-electrice.În figura 3.7 sunt prezentate schema de principiu pentru o ITG în circuit deschis și procesul real în coordonate T-s.

K-compresor; CA-camera de ardere; TG-turbină cu gaze; FA-filtru de aer; AZ-amortizor de zgomot; GE-generator electric.

Principalele componentele ale unei I.T.G. sunt: 1) compresorul, 2) camera de ardere ,3) turbina

propriu-zisă. „Arhitectura” clasica a I.T.G. medii și mari cu mașini mecano-energetice axiale, pe o singurălinie de arbori, este cu compresorul și turbina parcurse de fluide în acelasi sens și camera de ardere amplasată între ele. Schema clasica de legaturi între componentele ITG asigură o serie de avantaje:

antrenarea directăa compresorului de catre turbină;

echilibrarea forțelor axiale asupra rotoarelor celor două mașini;

legături scurte atât între compresor si CA, cât și între CA si TG;

posibilitatea preluării de aer de racire de la compresor și transmitere a lui, prin arbore, la TG;

cuplarea mecanică a generatorului electric se poate realiza atât la capatul TG propriu-zise, cât si la cel al compresorului.

Ca soluții tehnice de realizare a acestora, menționăm:

1) Compresorul – este o mașină mecano-energetica consumatoare de lucru mecanic. Se poate realiza în constructie axiala multietajată, la puteri medii și mari, sau radial – centrifuga, monoetajata, la unele TG de mică putere, în special micro T.G (vezi figurile 3.8.a. și 3.9.b.);

2) Camera de Ardere(CA)- pentru creșterea temperaturii maxime în ciclu și reducerea producției de NOX, camerele de ardere moderne au o circulație a aerului care să asigure arderea difuzivă și racirea pereților fierbințti. Variantele moderne utilizează introducerea combustibilului în 2 trepte.

Soluțiile constructive de realizare a CA diferă mult în funcție de tipul TG și de experiența firmelor producatoare.

Ca exemple mentionam:

C.A. cu volum mare (ITG heavy-duty „clasice” folosesc 1÷2 C.A. de acest tip;

C.A. cu volum mic dispuse circular de (ITG aeroderivative au 6÷14 CA – vezi figura 3.10.

CA cu volum mediu de constructie inelara (la ITG heavy-duty moderne – vezi figura 3.11.

Camera de ardere ale I.T.G., pot folosi o gama variata de combustibili:

gazoși: gaz natural, gaze cu putere calorifică mică cu conținut mic de sulf (biogaz, gaze reziduale din industrie)

lichizi: motorină, petrol lampant, kerosen sau chiar păcură ușoară.

3) Turbinapropriu-zisa – mașina axială multietajată (la puteri medii si mari – vezi figura 3.12.), sauradial – centripeta (la Micro TG). Turbinele axiale moderne sunt prevazute cu sisteme de racire apaletajului fierbinte cu aer de la compresor. Primele rânduri de palete fixe si mobile sunt goale prininterior.

Aerul se introduce pe la baza lor si se evacueaza prin bordul de fuga (vezi figura 3.13.).

Modul de functionare al unei ITG în circuit deschis poate fi descris astfel:

aerul este aspirat de compresor prin intermediul unui filtru FA. Acesta are rolul de a opri eventualele impuritati mecanice care ar conduce la degradarea paletajului compresorului.

după compresie, aerul patrunde în camera de ardere unde se amesteca cu combustibilul. Energia necesara compresiei este furnizata de turbina cu gaze (compresorul si turbina cu gaze sunt dispuse pe aceeasi linie de arbori).

produsele de ardere ies din CA si se destind în turbina cu gaze producând lucru mecanic. O parte din lucrul mecanic produs este utilizat pentru antrenarea compresorului, iar cealalta parte este transmisa catre generatorul electric.

gazele de ardere sunt esapate în atmosfera prin intermediul unui amortizor de zgomot care are rolul de a reduce poluarea fonica.

Pentru a proteja turbina cu gaze contra fenomenului de eroziune, gazele de ardere provenite din CA trebuie sa fie deosebit de curate din punct de vedere al continutului de pulberi. În consecinta, nu este posibila utilizarea directa în ITG a combustibililor solizi.

Tipurile de combustibili folosiți în ITG pot fi: combustibili traditionali: gaze naturale, combustibil lichid usor(motorina); combustibili lichizi speciali: metanol, kerosen; combustibili gazosi speciali: gaz de sinteza, gaz de furnal, gaz de gazogen.

Gazul natural reprezintă cel mai comod combustibil, atât din punct de vedere al manipularii, cât și al caracteristicilor de ardere. În absența gazului natural, combustibilul lichid ușor constituie un bun înlocuitor. El pune însă o serie de probleme în ceea ce priveste asigurarea unui randament bun al arderii.

Mărirea temperaturii înainte de turbină, ca o masură de creștere aperformanțelor ITG, este limitată de nivelul de dezvoltare tehnologică atins la unmoment dat. Astfel, calitatea materialelor din care este executată partea caldă aITG (camera de ardere, turbina cu gaze) influențeaza alegerea temperaturii fluidului de lucru, prin limita de rezistență acestora la temperatură.

Pe de altă parte, o importanta limitare a puterii unitare se datoreazăcaderilor relativ mici de entalpie din turbina cu gaze (în general 500 ÷ 600 kJ pentru 1kg de aer aspirat de compresor). Creșterea puterii unitare doar pe baza sporirii debitului masic de agent ar duce, în condițiile presiunilor și temperaturilor uzuale ale ITG, la secțiuni de curgere mari. Secțiunea de curgere nu poate avea orice dimensiune, existând restricții în ceea ce priveste lungimea paletelor, impusă la rândul ei de rezistenta la rupere a materialelor.În consecință, pentru îmbunatățirea în continuare a performantelor ITG(randament, putere unitara) trebuiesc abordate soluții de perfectionare a cicluluitermodinamic.

Soluțiile fiind următoarele:

destinderea fracționatăcombinatăcu arderea intermediară;

recuperarea internă de caldură: În scopul cresterii randamentului, un mod eficient este reprezentat de introducerea unui schimbator de caldura. Gazele de ardere, înainte de a fi evacuate din ITG, servesc la preîncalzirea aerului refulat din compresor. Efectul scontat este o diminuare a consumului de combustibil a ITG, în conditiile în care puterea produsa ramâne neschimbata.

compresia fractionata combinata cu racirea intermediara.

Principalii parametrii care caracterizeaza ciclul termodinamic ce sta la bazafunctionarii ITG sunt:

temperatura înainte de turbina cu gaze (T3 );

raportul de compresie: ℇk = p2 / p1.

Acesti doi parametrii sunt utilizati, în general, de furnizorii de ITG în cataloagele de prezentare a produselor proprii. În ceea ce priveste efectul variatiei și asupra performanțelor nominale ale ITG se cunosc următoarele elemente:

cresterea lui conduce în mod nemijlocit la cresterea randamentului si puterii ITG

exista o valoare a raportului de compresie () pentru care randamentul ITG devine maxim (în ipoteza = const.).

exista o valoare a raportului de compresie () pentru care puterea ITG devine maxima (în conditiile în care si debitul de aer aspirat de compresor ramân constante).

intotdeauna este valabila relatia:.

Folosite inițial ca turbine de vârf la furnizarea energiei electrice,actualmente turbinele cu gaze cuplate cu un cazan rcuperator sunt în mod curent folosite în cogenerare pentru sarcina de bază.

Excesul de oxigen din gazele de ardere permite de asemenea folosirea erderii suplimentare de combustibil în cazanul recuperator,pentru marirea flexabilității.

Temperatura de calcul a gazelor de ardere este impusă de considerente legate de punctul de rouă,depunrele de acid(când există sulf în combustibil) și de dispersia în atmosferă.

Dimnsionarea cazanului recuperator se va face în funție de temperaturile pe tur și retur din rețeaua de încălzire.Costul căldurii este relativ independent de temperatura de tur și de retur din rețeaua de încălzire.

Sunt posibile mai multe scheme în funcție de tipul de turbină cu gaze folosit.Mai pot fi folosite microturbine în centrale de tip bloc,sau turbin cu gaz cu injecție de abur(atât în turbină cât și în camera de ardere).

Puterea electrică unitară este cuprinsă între 0,25 și 0,5 MW, în cazul unităților de mică putere și atingînd 50 MW, în cazul grupurilor de puteri mari.

Combustibil: gaze naturale,biogaz, gaz de sinteză.

Căldura reziduală evacuată cu debitul important de gaze arse fierbinți (la cca 500 °C) poate să fie utilizatăpentru acoperirea unor consumuri termice (abur sau apă caldă).

O eventuală post-combustie a unui supliment de combustibil, utilizînd conținutul ridicat de oxigen al acestor gaze poate determina o creștere a cantității de căldură livrate, cu o îmbunătățire corespunzătoare a randamentului general.

Principalele avantaje a ITG sunt:

instalația de Turbină cu Gaz are posibilitatea livrării de abur ;

post combustie pentru preluara sarcinii de vîrf;

are un randament global bun;

greutate, volum specific redus;

costuri de investiție și întreținere reduși.

Ca orce instalție,ITG are și puncte slabe cum ar fi:

bandă îngustă de combustibili(gaze,combustibil lichid ușor);

indice de termoficare scăzut,la capacități mici;

necsită personal cu calificare superioară.

În comparație cu tehnologia motoarelor cu ardere internă, turbinele cu gaze sunt mai potrivite pentru acoperirea unor consumuri de abur fiind posibilă atingerea parametrilor aburului livrat de 110 bar/525°C.

3.3.3.Cogenerarea bazată pe instalații turbine cu abur (ITA)

Turbina cu abur (fig. 3.14) este o mașină termică rotativă motoare, care transformă entalpia aburului în energie mecanică disponibilă la cupla turbinei.

Transformarea se face cu ajutorul unor palete montate pe un rotor cu care se rotesc solidar. În prezent, turbinele cu abur înlocuiesc complet motoarele cu abur datorită randamentului termic superior și unui raport putere/greutate mai bun.

De asemenea, mișcarea de rotație a turbinelor se obține fără un mecanism cu părți în translație, de genul mecanismului bielă-manivelă, fiind optimă pentru acționarea generatoarelor electrice — cca. 86 % din puterea electrică produsă în lume este generată cu ajutorul turbinelor cu abur.

Modul de funcționare

Aburul, cu presiune și temperatură ridicată este destins în paletele statorului, numite și ajutaje, până la o presiune mai mică. Energia aburului, caracterizată prin entalpie este transformată în energie cinetică. Aburului cu viteză mare i se schimbă direcția de curgere cu ajutorul unor palete,rezultând o forță care acționează asupra paletelor, forță care creează un moment asupra rotorului. Acesta se rotește cu o anumită viteză unghiulară, livrând la cuplă putere sub formă de lucru mecanic în unitatea de timp.

Acest tip de cogenerare este utilizabil în zona de medie putere, prin folosirea unui ciclu simplu, cu parametri reduși ai aburului la intrare. Accentul trebuie pus pe obținerea unei disponibilități ridicate cu o investiție cât mai mică, mai curând decât obținerea unor randamente foarte mari la producerea energiei, câștigul principal fiind tocmai producerea în cogenerare a celor două forme deenergie.

La folosirea ciclului de turbină cu abur pot fi alese două variante: turbina cu condensație și prize reglabile (figura 3.15), sau turbina cu contrapresiune (figura 3.16).Ciclul cu contrapresiune simplă, utilizând apa fierbinte ca agent în circuitul primar, poate destinde aburul până la o presiune joasă cu un bun raport între energia electrică și căldura produsă. La acest ciclu producția de energie electrică este dependentă de consumatorul de caldură. Se poate utiliza o răcire suplimentară, astfel încât să se poată menține producția de energie electrică și în timpul verii când necesarul de căldură este foarte scăzut.

Ciclul cu condensație și prize reglabile este mai complex și asigură o eficiență mai mare a producerii energiei electrice. Are avantajul că producerea de energie electrică este asigurată și în perioadele când nu este necesar de căldură și că există o mai mare flexibilitate privind proporția între energia electrică și cea termică produsă. Cheltuielile mai mari de investiție, privind corpul de joasă presiune, condensatorul și sistemul de răcire, se recuperează prin vânzarea de energie electrică produsă suplimentar.

După principiul termodinamic de funcționare turbinele se împart în turbine cu acțiune, figura 3.17, turbine cu reacțiune, figura 3.18 și turbine combinate care au atît trepte cu acțiune (de obicei în partea de înaltă presiune), cît și trepte cu reacțiune (în partea de joasă presiune).

Turbine cu acțiune, este turbina la care toată căderea de entalpie disponibilă a aburului, este transformată în energie cinetică numai în paletele statorului, paletele rotorului având doar rolul de a transforma energia cinetică a aburului în energie mecanică. Turbina cu abur cu acțiune se caracterizează prin existența diafragmelor.

Turbine cu reacțiune sunt acele turbine la care căderea de entalpie este transformată în energie cinetică parțial în paletele statorului, numite și palete directoare, iar restul în paletele rotorului. Deoarece aburul se destinde și în paletele rotorului, forța tangențială ce acționează asupra acestora provine atât din devierea jetului de abur, cât și din forța reactivă datorită accelerării jetului.

Ciclul termodinamic care stă la baza functionarii centralelor cu abur este cel cu abur supraincalzit, cunoscut și sub denumirea de ciclul Rankine(figura 3.19). Principala caracteristica este faptul ca, lucrul mecanic este produs într-o turbină cu abur unde are loc destinderea acestuia.

Figura 3.19.Diagrama TS a instalației cu turbină cu abur

În ciclul dat se desting următoarele transformări:

0-1 destindere cu producere de lucru mecanic – transformare izoentropă;

1-2 cedare de caldura la sursa rece a ciclului – transformare izobară;

2-3 compresie cu consum de lucru mecanic – transformare izoentropă;

3-4-5-1 încalzire la sursa calda a ciclului – transformare izobara.

Aburul la intrarea în turbină are anumiți parametri. Prin destindere în cazul ideal transformarea acestora ar fi izoentropică, adică în diagrama i-s ar fi o linie verticală pînă în punctul 2. Căderea de entalpie disponibilă ar fi în acest caz ht.

Puterea electrică unitară este cuprinsă între 3 și 150 MW .Combustibilul utilizat este: gaze naturale, păcură, cărbune sau combustibil deșeu.

Căldura reziduală conținută în aburul de 0,7…16 bar evacuat din turbină, la ieșirea din treapta finală sau prin prize, poate să fie utilizată pentru acoperirea unor consumuri termice (abur sau apă caldă).

Acest tip de cogenerare este utilizabil în zona de medie putere, prin folosirea unui ciclu simplu, cu parametri reduși ai aburului la intrare. Accentul trebuie pus pe obținerea unei disponibilități ridicate cu o investiție cât mai mică, mai curând decât obținerea unor randamente foarte mari la producerea energiei, câștigul principal fiind tocmai producerea în cogenerare a celor două forme de energie.

Ciclul cu contrapresiune simplă, utilizând apa fierbinte ca agent în circuitul primar, poate destinde aburul până la o presiune joasă cu un bun raport între energia electrică și căldura produsă. La acest ciclu producția de energie electrică este dependentă de consumatorul de caldură. Se poate utiliza o răcire suplimentară, astfel încât să se poată menține producția de energie electrică și în timpul verii când necesarul de căldură este foarte scăzut.

Ciclul cu condensație și prize reglabile este mai complex și asigură o eficiență mai mare a producerii energiei electrice.

Instalația de turbină cu abur are umatoarele avantaje:

tehnologia bazată pe utilizarea turbinelor cu abur permite folosirea oricarui tip de combustibil. (gaze naturale, păcură, cărbune sau combustibil deșeu);

are avantajul că producerea de energie electrică este asigurată și în perioadele când nu este necesar de căldură și că există o mai mare flexibilitate privind proporția între energii;

tehnologia ciclului turbinei de abur este foarte bine stapânită;

costuri reduse de întreținere;

aplicabile la sisteme cntralizate mari;

mărimea centralei nu este limitată

Dezavantajele sunt următoarele:

eficiență redusă la producerea energiei electrice;

performanțe scăzute la funcționarea cu sarcină parțială;

costuri de exploatare ridicate;

nu permite opriri/porniri fregvente.

3.3.4.Cogenerarea bazată pe [NUME_REDACTAT] Rankine (ORC)

[NUME_REDACTAT] Rankine reprezintă o thenologie inițial aplicată în domeniul de conversie a energiei geotermale, care în ultimii ani a fost afectată considerabil de difuziune de mici dimensiuni în cogenerare, folosind în special biomasa ca sursă de energie. Tehnologia data este disponibilă comercial în gama capacitatilor de putere de 200 kWel – 2.5 MWel .

Tehnologia se bazează pe un ciclu inchis Rankine, în cazul în care mediul de lucru nu este apa dar un lichid organic, mult mai adecvat decit anteriorul. Atunci cînd sursa de căldură de alimentare este la temparatura joasă (70-400 0C) aceasta implică presiuni și temperaturi de lucru care duc la volume și debituri specifice mari în cazul în care este utilizată apa. De aceea sistemele bazate pe ORC sunt utilizate în energia geotermala menționată, dar de asemenea în energia termică solară (cuplat parabolic cu concetratoarele) sau în deșeuri de recuperare a căldurii (din gazele de evacuare la ieșirea de motoarele cu ardere internă, turbinele cu gaz, cuptoare industriale, etc).

În acest sens, utiliarea biomasei, care este in mod evident arsa într-un cazan, nu este o solutie optimă din punct de vedere a exergiei, deoarece gazele fierbinti valoroase produse din ardere sunt utilizate pentru a alimenta un ciclu termodinamic de putere care este foarte slab.

Arderea are loc într-un cuptor în care caldura nu este transformata direct in fluid de lucru, dar este absorbita de un ulei termic intermediar, de obicei la o temperatura de 300 0C. Valori mai mari nu sunt permise, doarece uleiul trebuie să rămănă în stare lichidă: aceasta limitează temperatura maximă a ciclului chiar și atunci cînd ar putea fi disponibilă o sursa de caldură fierbinte.

Uleiul este trimis la vaporizator unitate din sistemul ORC,unde căldura este cedată agentului de lucru ca în ciclul Rankine clasic. În cele din urmă se evaporă, apoi trece prin turbină, obținînd puteri mecanice , care sunt transformate în electricitate prin intermediul alternatorului. Lichidul fiind înca în faza de vapori la ieșirea din turbină, intră într-un regenerator și este în cele din urmă trimis la condensator în care se eliberează caldura latentă. Lichidul este pompat și după ce trce prin regenerator se întoarce la vaporizator.

Pe de altă parte gazele fierbinți ieșite din cuptor sunt utilizate în mod normal pentru preîncalzirea aerului pentru combustie și pe de alta parte ofera o putere termica suplimentara la procesul de termoficare.

Figura 3.20. Schema unei instalatii de ardere pe biomasa pe baza de ORC.

Figura 3.21. Imaginea unei instalatii bazate pe ORC

Randamentul electric al acestor instalatii este foarte scazut in raport cu instalatiile bazate pe arderea interna sau turbine cu gaze.

Avantajele tehnologiei ORC :

turbina cu eficienta înaltă (până la 85 %);

uzura mecanica scăzută în turbine, din cauza vitezei reduse (permisă de greutatea moleculară a lichidului organic);

cuplarea directă a turbinei cu alternatorul;

fară coreziunea lamelor turbine, ca urmarea a expansiunii complet uscate;

durata mare de viața, datorită caracteristicilor fluidului de lucru;

posibilitatea de a fi încarcata pînăla 10 % din puterea nominal, avînd performante bune;

zgomot slab în timp ce lucreaza;

simplicitate în pornire și oprire.

3.3.5. Alte tehnologii

[NUME_REDACTAT] sunt mașini cu piston, dar diferiți de aceste din urma nu sunt interesati de combustia interna, fiind alimentate cu energia termică provenind de la sursa externă; un cazan în care orice combustibil este ars, de asemenea și pierderi de caldură.

[NUME_REDACTAT] se bazează pe ciclu termodinamic care poarta același nume. Ciclul de lucru este închis și prin urmare fluidul de lucru poate fi și un gaz.

Figura 3.22.Imaginile unor instalatii Stirling de cogenerare a 9 kWel .

Figura 3.23. Reprezentarea fazelor de lucru a motorului [NUME_REDACTAT] cum schematic se vede fazele de lucru a motorului Stirling sunt compuse din o compresie izotermă (1-2), efectuata de eliberarea caldurii la un mediu rece, care poate fi fluxul de apa proiectat pentru o utilizare cogenerativa, (2-3) proces izocoric, cînd fluidul absoarbe căldura trecută printr-un regenerator poros , reprezintă o extindere poroasă (3-4), procesul (4-1) reprezentind un proces izocoric.

[NUME_REDACTAT] sunt disponibile pe scară mică (< 100 kWel). Eficiența energetică este puternic dependentă de dimensiune, asta poate varia de la 12 -15 % la intalațiile de 1kWel pina la 30-35 % la intalațiile de 50-100 kWel.

Alimentarea externă, după cum sa menționat, permite utilizarea oricarui combustibil, deoarece gazele de ardere nu sunt implicate în procesul de lucru. În afară de aceata permite funcționarea cu zgomot redus, vibrații, emisii și necesitatea de intretinere. Durata de viață utilă este buna

(40000-60000 de ore). Pe de altă parte costurile instalațiilor sunt destul de mari, cele la capacități mici pot varia de la 2500 -3000 €/ kWel pentru cițiva kilowați și la aproximativ 1200 €/ kWel pentru cîteva zeci de kiowați .

În celulele de combustie energia chimică conținută în combustibil este exploatată într-un mod complet diferit, deoarece aceasta este convertită direct în energi prin intermediul unor reacții electrochimice; nu limitează eficienta deoarece nu este prezent al doilea principiu al termodinamicii. Evident din cauza non indealității în acestea există pierderi de asemenea, dar datorită ceea ce sa menționat eficiența energetică ramîne ridicată pîna la aproximativ 40- 60 %. După cum se observa acestea au valori mari competitive cu acele instalatii mari și de putere mare.

Figura 3.24.Schema de funcționare a celulei de combustie

Celula de combustibil cu acid fosforic (PAFC)

Temperatura de lucru de 130-200 0C face ideală folosirea celulei de combusibil cu acid fosforic la producerea stationară de energie în centrale termice mici de blocuri. Primele instalații comerciale sunt deja pe piață și servesc la alimentarea blocurilor sau a fabricilor mici cu căldură și curent electric. Se folosesc celule de combustibil cu acid fosforic împreuna cu hidrogen. Cu ajutorul unui convertor se poate utiliza gaz sau metanol.

Caracteristici:

se face schimb de ioni de hidrogen, deci membrana trebuie sa fie permanent umedă;

ca electrolit se foloseste acid fosforic lichid; instalatiile sunt sensibile la monoxidul de carbon, ceea ce implică curătarea gazului din proces;

temperatura de lucru: 130-200 0C;

puterea: 50-500 W;

randamentul: 48-60 %;

se folosesc la centrale termice de bloc.

Celula de combustie cu carbonat topit (MCFC)

Temperatura înalta de lucru, 650 0C, faciliteaza, pe lânga producerea curentului electric și caldurii, și producerea de abur. Din cauza temperaturii ridicate, în celula poate avea loc conversia internă a gazului în hidrogen și bioxid de carbon. Un convertor extern nu este necesar. Temperaturile înalte și sărurile lichide ale electrolitului, atacă materialul.

Caracteristici:

se pot folosi doar gaze de ardere continând carbon, hidrogenul pur nu poate fi folosit;

problema o constituie dizolvarea lenta a catodului în electrolit;

se cauta materiale mai rezistente;

temperatura de lucru: 650 0C;

exista echipamente care dezvolta 250 kW, iar altele de 2,2 MW se dezvolta în prezent;

randamentul: 48-60 %;

se folosesc la centrale termice de bloc.

Celula de combustie cu oxid ceramic (SOFC)

Celula de combustibil cu oxid ceramic are temperatura de lucru cea mai ridicata, 800-1000 0C, și va fi folosită în centralele termice industriale. Se pot dezvolta și sisteme mai mici pentru case. Pentru acest tip se studiază și o forma tubară. Celula funcționează cu hidrogen, care datorită temperaturilor ridicate poate fi obtinut din gaz metan, printr-un proces intern.

Caracteristici:

se schimba ioni de oxigen într-un electrolit ceramic din zirconiu îmbunatatit;

este necesara gasirea unor electroliti mai subtiri, care sa functioneze la temperaturi mai mici;

puterea: 1-2,5 MW;

se folosesc îndeosebi în centrale termice.

Celula de combustie alcalina (AFC)

Celulele de combustibil alcaline au fost utilizate la bordul navetei spațiale Apollo. Ele sunt celulele clasice de combustibil. Datoritărandamentului electric ridicat și a temperaturii de lucru usor controlabila de 80 0C, sunt folosite și în prezent în zborurile spațiale.

Caracteristici:

reacția este foarte sensibilă datorită urmelor de bioxid de carbon din hidrogen și oxigen;

temperatura de lucru: 60-90 0C;

au fost realizate instalații cu puteri de la 1 kW la 120 kW;

randamentul este de pînă la 60%;

se utilizează la zborurile cosmice și bărci de agrement.

Celula de combustie cu membrana de polimer (PEFC)

Numele acestei celule provine de la o folie de polimer folosită drept perete despărțitor între anod și catod. Prototipurile se folosesc ca surse de energie pentru mașini, centrale termice pentru case sau ca baterii pentru laptop, telefoane mobile. Celula foloseste hidrogen purificat. Cu un convertor, se poate folosi și gaz metan sau benzină.

Caracteristici:

se schimbă ioni pozitivi de hidrogen, deci membrana trebuie să fie permanent umedă;

instalațiile sunt sensibile la monoxidul de carbon, ceea ce implica curățarea gazului din proces;

temperatura de lucru: 0-80 0C;

puterea pâna la 250 kW;

randamentul cu hidrogen: 60%;

randamentul cu metan: 40%;

se utilizează la alimentarea cu curent electric, în domeniul automobilelor, la centralele termice.

Celula de combustie cu metanol direct (DMFC)

Metanolul este lichid, deci poate fi utilizat ușor. Funcționează fără un convertor. Electrolitul este o membrană, iar temperatura de lucru 60-130 0C.

Caracteristici:

se schimba ioni pozitivi de hidrogen;

temperatura de lucru: 60-130 0C;

se utilizeaza la aparate mici. 

4.JUSTIFICAREA TEHNICO – ECONOMICĂ A OPȚIUNILOR

DE VALORIFICARE A BIOMASEI

4.1. Determinarea costului unitar al peletelor și brichetelor

4.1.1. Determinarea costurilor totale aferente producție de peletelor și brichetelor

Materia prima pentru producția de pelete și brichete o va constitui în mare majoritate paiele de grîu și orz disponibile pe teritoriul satului. Astfel dispunînd de parametrii caracteristici producerii de biocombustibili solizi putem percede la calculul costurilor totale aferente.

Cheltuilelite totale aferente cu producerea de pelete

Tabelul 4.1. Parametrii caracteristici producerii de peleti

Determinarea costurilor totale aferente se va efectua dupa urmatoarea formula;

;

unde: CTAI – cheltuielile totale actualizate cu investiția;

CTAcomb – cheltuielile totale actualizate cu combustibilul;

CTAe.m. – cheltuielile totale actualizate cu exploatarea și mentenanța;

CTAsalarii – cheltuilile totale actualizate cu salariile angajaților;

CTAenergie – cheltuilile totale actualizate cu consumul de energie.

1.Determinarea cheltuielilor cu investiția:

10000 $ pentru o instalație de peletizare cu o capacitate de productivitate de 100-150 kg/h dotata cu tocator, în acest pret se mai introduce proiectare și instalarea. La sfirsitul anului 5 instalația de peletizare va suporta investiții suplimentare ceea ce priveste remarația ei, astfel avem:

= 10000 ∙ (1+0,1)-5= 6209 $

Pentru transportarea materiei prime pentru fabricarea peletelor se va procura un tractor tipMTZ-82 pret nominal de 20000 $ și o remorcă 2PTS-4 cu o capacitate de transport maxim pînă la 6 tone.

Determinarea investitiei pentru procurarea mijloacelor de transport:

If.f. = Itractor + Iremorca = 20000 + 3000= 23000 $

2.Determinarea cheltuielilor totale aferente cu investitia:

= 6209 + 33000 = 39209 $.

3.Pentru determinarea cheltuielilor totale aferente cu combustibilul avem nevoie de cheltuielile anuale cu procurarea paielor și combustibilul pentru transportarea lor. Distanța parcursa de tractor pentru a transporta 5 tone de biomasa va fi 10 km, iar consumul de combustibil va fi de 20 litri la 100 km deci pentru trasportarea a 500 t biomasa tractorul va consuma 200 l.

Determinare cheltuielilor pentru combustibilul consumat de tractor:

= 200 ∙ 17 = 3400 lei sau 283,3 $/an,

determinare cheltuielilor pentru biomasa procurată:

= 500 ∙ 40 = 20000 $/an,

deci cheltuielilor totale aferente cu combustibilul sunt:

= (20000 + 283,3) ∙ 6,1446 = 124632,7 $.

4.Pentru a dertermina cheltuieli totale aferente cu exploatarea și mentenanța pentru instalație și mijloace de transport avem nevoie de cheltuielile anuale de exploatare a acestora.

Cheltuielile anuale de exploatare a instalației de pelete,= 5 % :

= 0,05 ∙ 10000 = 500 $/an,

cheltuielile anuale de exploatare a mijloacelor de transport, = 3 %:

= 0,03 ∙ 23000= 690 $/an.

Dertermina cheltuieli totale aferente cu exploatarea si mentenanta:

= (500+ 690) ∙ 6,1446 = 7312,07 $

5.Determinarea cheltuielilor totale aferente cu salariile necesită determinarea cheltuielilor anuale cu salariile. Pentru sectia de producere de pelete vom avea nevoie de 3 persoane a caror salariu mediu lunar de 4000 lei (rata de schimb valutar 12 lei/$). Astfel avem:

Csalarii= Nm ∙ Sm ∙ T,

unde:Nm – numarul de muncitori,

Sm – salariu mediu lunar,

T – durata de lucru.

Csalarii=3 ∙ 4000 ∙ 8 = 96000 lei/an,

astfel avem:

= 96000 ∙ 6,1446=589881,6 lei sau 49156,8 $

6.Cunoscînd consumul de energie elctrică la instalația de producere ca fiind 30 kWh/tmaterie(iluminat, instalația de producere) și cunocînd cantitatea de materie primă disponibilă putemdetermina cheltuielile totale aferente cu energeia ca apoi să determinăm cheltuielile totale aferente cu energia sau introducet totul în formulaurmatoare (rata de schimb valutar 12 lei/$):

= (30 ∙500 ∙1,86)∙6,1446 = 171434,3 lei
sau 14286,2 $.

7.Determinarea cheltuielile totale aferente pentru producerea de peleteva reprezenta suma tuturor cheltuielilor aferente:

CTA = CTAI + CTAe.m. + CTAcomb+CTAsalarii+ CTAenergie=

=39209 +7312,07 +124632,7+49156,8 +14286,2 = 234596,7 $.

Cheltuilelite totale aferente cu producerea de brichete

Tabelul 4.2. Parametrii caracteristici producerii de brichete

Determinarea costurilor totale aferente se va efectua după urmatoarea formulă;

;

unde:CTAI – cheltuielile totale actualizate cu investiția;

CTAcomb – cheltuielile totale actualizate cu combustibilul;

CTAe.m. – cheltuielile totale actualizate cu exploatarea și mentenanța;

CTAsalarii – cheltuilile totale actualizate cu salariile angajaților;

CTAenergie – cheltuilile totale actualizate cu consumul de energie.

1.Determinarea cheltuielilor cu investiția:

22000 $ pentru o instalație de brichetare cu o capacitate de productivitate de 80-150 kg/h dotata cu tocator, în acest preț se mai introduce proiectare și intalarea. La sfirșitul anului 5 intalația de brichetare va suporta investitii suplimentare ceea ce priveste remarația ei, astfel avem:

= 22000 ∙ (1+0,1)-5= 13660 $

Pentru transportarea materiei prime pentru fabricarea peletilor se va procura un tractor tip MTZ-82 pret nominal de 20000 $ și o remorcă 2PTS-4 cu o capacitate de transport maxim pină la 6 tone.

Determinarea investitiei pentru procurarea mijloacelor de transport:

If.f. = Itractor + Iremorca = 20000 + 3000= 23000 $.

2.Determinarea cheltuielilor totale aferente cu investiția :

= 13660 + 33000 = 46660 $.

3.Pentru determinarea cheltuielilor totale aferente cu combustibilul avem nevoie de cheltuielile anuale cu procurarea paielor și combustibilul pentru transportarea lor. Distanta parcursa de tractor pentru a transporta 5 tone de biomasa va fi 10 km, iar consumul de combustibil va fi de 20 litri la 100 km deci pentru trasportarea a 500 t biomasa tractorul va consuma 200 l.

Determinare cheltuielilor pentru combustibilul consumat de tractor:

= 200 ∙ 17 = 3400 lei sau 283,3 $/an,

determinare cheltuielilor pentru achiziționarea biomasei:

= 500 ∙ 40 = 20000 $/an,

deci cheltuielilor totale aferente cu combustibilul sunt:

= (20000 + 283,3) ∙ 6,1446 = 124632,7 $.

4.Pentru a dertermina cheltuieli totale aferente cu exploatarea și mentenantă pentru instalație și mijloace de transport avem nevoie de cheltuielile anuale de exploatare a acestora.

Cheltuielile anuale de exploatare a instalației de brichetare:

= 0,05 ∙ 22000 = 1100 $/an.

Cheltuielile anuale de exploatare a mijloacelor de transport:

= 0,03 ∙ 23000= 690 $/an.

Dertermina cheltuieli totale aferente cu exploatarea si mentenanta:

= (1100+ 690) ∙ 6,1446 = 10998,8 $

5.Determinarea cheltuielilor totale aferente cu salariile necesită determinarea cheltuielilor anuale cu salariile. Pentru sectia de producere de brichete vom avea nevoie de 3 persoane a caror salariu mediu lunar de 4000 lei (rata de schimb valutar 12 lei/$).

Astfel avem urmatoarea formulă:

Csalarii= Nm ∙ Sm ∙ T,

unde:Nm – numărul de muncitori,

Sm – salariu mediu lunar,

T – durata de lucru.

Csalarii=3 ∙ 4000 ∙ 8 = 96000 lei/an,

astfel avem:

= 96000 ∙ 6,1446=589881,6 lei sau 49156,8 $

6.Cunoscînd consumul de energie elctrică la instalația de producere ca fiind 40 kWh/tmaterie(iluminta, instalația de brichetare) și cunocînd cantitatea de materie primă disponibilă putem determina cheltuielile totale aferente cu energeia ca apoi să determinăm cheltuielile totale aferente cu energia sau întroducem totul în formula următoare(rata de schimb valutar 12 lei/$):

= (40 ∙500 ∙1,86)∙6,1446 = 228579,1 lei

sau 19048,2 $.

7.Determinarea cheltuielile totale aferente pentru producerea de brichete :

CTA = CTAI + CTAe.m. + CTAcomb+ CTAsalarii + CTAenergie =

=46660 +10998,8 +124632,7+49156,8 +19048,2 = 250496,5 $.

4.1.2. Calculul costului unitar al peletelor și brichetelor

Pentru a determina costul unitar de al peletilor si brichetelor avem nevoie de cheltuilelile totale aferente pentru producerea de acestor combustibili si volumul anual de biocombustibili produs.

Volumul actualizat de biocombustibil pe durata de studiu se va calcula:

unde:Vbiocom este volumul de biocombustibil produs în anul de referință;

– durata actualizată a perioadei de studiu.

=480∙ 6,1446= 2950 t,

cunoscind volumul actualizat de biocombustibil produs pe toată durata aflăm costul unei tone:

Cpelete =234596,7/2950= 79,5 $/t.

Aceeași formulă o vom atribui și determinării prețului brichetelor:

= 470∙ 6,1446= 2887.9 t,

Respectiv cunoscind volumul actualizat de biocombustibil produs pe toata durata aflam costul unei tone:

cbrichete = 250496,5 / 2888= 86,73 $/t.

4.2. Determinarea costului unitar al singazului produs

4.2.1. Determinarea costurilor totale aferente producție singaz

Pentru determinarea costurilor totale aferente producerii de singaz avem nevoie de datele gazeificatorului care sunt prezenta in tabelul 4.3.

Tabelul 4.3.Caracteristicile gazificatorului

Determinarea costurilor totale aferente se va efectua după urmatoarea formulă:

,

determinarea costurilor totale aferente cu investiția se determină după formula:

,

unde:CTAI – cheltuielile totale actualizate cu investiția;

CTAcomb – cheltuielile totale actualizate cu combustibilul;

CTAe.m. – cheltuielile totale actualizate cu exploatarea și mentenanța;

I0 – investiția în gazeificator și infrastructura în anul inițial;

– costul actualizat al reparației capitale din anul 7;

Ik – costul compresorului;

Ipur – investiția în purificatorul singazului;

Icaz – investiția în cazanul de abur.

1. Determinarea cheltuielilor totale aferente cu investiția:

cheltuieli pentru achiziția gazeificatorului:

= 1000 ∙ 450 = 450000 $,

investiției pentru reparația capitală la anul 5:

= 450000 ∙ (1+0,01)-5 = 279405 $,

cheltuileli pentru achiziționarea, montarea și transportul filtrului:

=0,15 ∙ 450000 = 67500 $,

cheltuieli cu investiția în cazanul de abur:

= 90 ∙ 115 =10350 $.

În cazul dat se vor procura 2 tractoare MTZ-82 și [NUME_REDACTAT] 7200R (mîna doua – 40000 $), o remorca 2PTS-4 și un macinator mobil marca [NUME_REDACTAT] HEM 18 (mina doua – 60000 $) care va fi cuplat la tractorul [NUME_REDACTAT].Astfel cheltuielile cu investitia pentru fonduri fixe vom avea:

,

astfel avem:

CTAI = 450000+279405+67500+10350+123000= 930255 $.

Cheltuielile totale aferente cu exploatarea și mentenantava include cheltuilelile instalației de gazeificare și a fondurilor fixe (ambele tractorare, macinatoru și remorca):

cheltuielile cu exploatarea și mentenanta a instalației de gazeificare, =6 %:

= 0,06 ∙ 450000 = 27000 $/an,

cheltuielile cu exploatarea și mentenanta a remorcii 2PTS-4 și tractorului MTZ-82, = 3 %:

=0,03 ∙ 23000= 690 $/an,

cheltuielile cu exploatarea și mentenanta a tractorului [NUME_REDACTAT], = 7 %:

=0,07 ∙ 40000= 2800 $/an,

cheltuielile cu exploatarea și mentenanta a macinatorului, = 7 %:

=0,07 ∙ 60000 = 4200 $/an.

Cheltuielile totale aferente cu exploatarea și mentenanta

= 34690 ∙ 6,1446 = 213156,1 $

3.Cheltuielile totale aferente cu combustibilul (materia primă) și motorina:

unde: Bgazeste consumul anual de combustibil în gazeificator, în kg/an;

Bcaz – consumul anual de combustibil în cazanul de abur, în kg/an.

unde:Q este energia termică produsă anual de cazanul de abur, în kWh;

ηt – randamentul cazanului de abur;

– căldura inferioară de ardere a combustibilului, în MJ/kg.

unde:Pt este puterea termică a cazanului de abur, în kW;

Tf – durata de funcționare anuală, în h/an.

Consumul de biomasa în anul de referință la cazan:

Q = 115 ∙ 6000 = 690000 kWh/an,

Bcaz = 690000∙ 3,6/0,8∙13 = 238,8 t/an.

Consumul de biomasa în anul de referință la gazificator:

,

astfel avem:

Q =450∙ 6000= 2700000 kWh/an,

=2700000∙ 3,6/ 0,7∙ 13= 1068,1 t/an.

Consumul de biomasa pentru producerea singazului:

Bcomb = 1068,1+ 238,8= 1306,9 t/an

Costul materiei prime procurate in anul de referinta:

= 1307 ∙ 40 = 52280 $/an.

Unul dintre tractoare va parcurge distanta de 10 km(tur – retur) pentru a transporta 5 tone de biomasa , iar consumul de combustibil va fi de 20 litri la 100 km, deci pentru trasportarea a 3300 t biomasa tractorul va consuma 2640 l. Celalalt tractor va stationa in apropierea de sursa de materie prima( cimp sau padure) si va fi conectat la macinator. Capacitatea macinatorului este de 10 t/h astfel este nevoie de 330 h pentru a macina intreaga contitate, cunoscind consumul de motorina a tractorului in regim stationar in jur de 9 l/h putem spune ca contitatea de combustibil consumata va fi 2970 l. Cheltuielile anuale cu motorina vor constitui( rSV= 12 lei/$ ).

= (2970 + 2640) ∙ 17= 95370 lei/an sau 7947,5 $/an.

Cheltuielile totale aferente cu combustibilul:

= (52280 +7947,5) ∙ 6,1446 = 370073,9 $.

4.Determinarea CTA pentru producerea de singaz:

CTA =930255+ 213156,1 + 370073,9= 1513485 $.

4.2.2. Calculul costului unitar al singazului

Pentru a determina costul unitar de al singazului avem nevoie de cheltuilelile totale aferente pentru producerea de singaz si volumul anual de singaz produs.

Volumul actualizat de singaz pe durata de studiu se va calcula:

unde:Vsingaz este volumul de singaz produs în anul de referință;

– durata actualizată a perioadei de studiu.

= 306 ∙6000∙ 6,1446= 11281,5 mii m3

Costul singazului produs:

csingaz = 13443233,1/ 11281,5= 119,06 $/mii m3

Pentru comparație, singazul va fi exprimat în mod echivalent în gaz natural:

unde:csingaz este prețul de cost al singazului;

– căldura inferioară de ardere a gazelor naturale, în GJ/mie m3;

– căldura inferioară de ardere a singazului,în GJ/mie m3.

cGNsingaz = 119,06 · 33,5/ 13 = 306,8 $/mie m3.

Costul unitar al singazului produs va fi 119,06 $/mii m3.

4.3.Determinarea costului căldurii produse

4.3.1. Determinarea costurilor totale aferente producției de căldură

Cunoscind date aproximative despre zona de consum energetic putem afla puterea necesara unei centrale termice. Astfel zona de consum este compusa din aproximativ 50 locuințe și 2 instituții de stat [NUME_REDACTAT] „[NUME_REDACTAT] ” și scoala medie generala. Volumul incaperilor ce necesita a fi incalzit in perioada rece a anului constituie aproximati 31800 m3. Cunoscind volumul de aer necesar a fi incalzit aflam capacitatea centralei termice cu urmatoare formula:

unde: WK- capacitatea centralei termice, kW

V- volumul necesar incalzirii, m3

25-coieficient de utilizare a capacității centralei termice pe biomasa (1kW la 25 m3);

1,15 –coeficient de rezerva destinat pentru acoperirea unor pierderi de caldura neplanificate.

Deci capacitatea centralei termice va fi de

= 1462.8 kW

Vom mări capacitatea centralei termice pînăla 2000 kW pentru orice eventualitate ceva aparea în perioada rece a anului.

Determinarea cheltuielilor totale aferente va avea loc după urmatoarea formulă:

CTA = CTAI + CTAe.m. + CTAcomb;

unde:CTAI- cheltuielile cu investiția,

CTAe.m.– cheltuieli cu întreținerea și reparația,

CTAcomb – cheltuieli cu combustibilul.

În continuare vom calcula CTA pentru centrala termica:

1.Valoarea actualizata a investitiei:

investitia initiala in generatorul de caldura;

= 90 ∙ 2000 =180000 $,

investitia in mijloacele fixe procurate (tractor si remorca);

= 20000 +3000 = 23000 $.

2.Determinarea cheltuielilor totale aferente cu investitia:

= 180000 ∙ (1+0,1)-5= 111762 $,

astfel avem:

= 180000 + 111762 +23000=313762 $

3.Determinarea cheltuielilor totale aferente cu combustibilul:

consumul specific de combustibil va fi:

= 1/0,80 ∙ 13= 0,096 kg/MJ = 0.4 kg/Mcal,

consumul anual de combustibil;

= 0,4 ∙ 5160000 = 2064 t/an.

Pentru determinarea cheltuielilor totale aferente cu combustibilul avem nevoie de cheltuielile anuale cu procurarea biomasei si combustibilul pentru transportarea lor. Distanta parcursa de tractor pentru a transporta 5 tone de biomasa va fi 10 km, iar consumul de combustibil va fi de 20 litri la 100 km deci pentru trasportarea a 3300 t biomasa tractorul va consuma 2640 l ( rSV= 12 lei/$).

= 2064 ∙ 40 = 82560 $/an ,

costul motorinei se va determina astfel:

= 2640 ∙ 17 = 44880 lei/an sau 3740 $/an.

Cheltuielile totale aferente cu combustibilul:

= (82560 + 3740) ∙ 6,1446 = 530279 $.

4.Determinarea cheltuieli totale aferente cu exploatarea si mentenanta instalatiei și fondurilor fixe:

cheltuieli cu exploatarea si mentenanta instalatiei:

= 0,07 ∙ 180000 = 12600 $/an,

cheltuieli cu exploatarea si mentenanta fondurilor fixe:

= 0,03 ∙ 23000 = 690 $/an,

cheltuieli totale aferente cu exploatarea si mentenanta instalatiei și fondurilor fixe:

= (12600 + 690) ∙ 6,1446 = 81661,7 $

5.Determinarea cheltuielile totale aferente pentru centrala termica :

CTA = CTAI + CTAe.m. + CTAcomb=313762 +81661,7 + 530279 = 925702,7$

4.3.2. Calculul costului unitar al căldurii

Pentru a determina costului unital al caldurii vom avem nevoie de valoarea actualizata a volumului de energie produsa pe durata de viata a instalatiei si cheltuielile totale aferente pentru producerea acestui volum de energie. Volumului total de energie produs pe durata de viata a instalatiei:

= 2000 ∙ 3000= 6000 MWh/an=5160 Gcal/an,

valoarea actualizată a volumului de energie produs:

=5160 ∙ 6,1446= 31706,1 Gcal.

Costul unitar al caldurii produse:

=925702,7/ 31706,1= 29,12 $/[NUME_REDACTAT] energiei termice determinat va fi de 29,12 $/Gcal.

4.4. Determinarea costului unitar al electricității produse

4.4.1. Determinarea costurilor totale aferente producției de electricitate

Tehnologia de cogenerare este aleasă în funcție de compararea tehnico-economică realizată în Anexa1. În acea anexa s-a determinat că cea mai avantajoasă tehnologie de cogenerare este acea bazată pe MAI. Pornind de la volumul de singaz disponibil putem determina puterea instalației de cogenerare. Puterea instalației de cogenerare se determină cu relațiile:

,

unde: Pel – reprezintă puterea electrică, kW;

Pth– puterea termică maximă, kW;

[NUME_REDACTAT]– cantitățile anuale de enrgie electrică respectiv termică produse anual, MWh;

Tf– timpul de funcțioare, Tf=6000 h/an;

kelși kth– gradul de utilizare a puterii nominale elctrice și puterii maxime termice.

Pentru a determina puterea instalației de cogenerare este nevoie de determinat cantitățile de energie produse anual. Aceste cantități se determină cu relația:

,

.

unde:Egen – reprezintă cantitatea totală de energie generată de instalația de cogenerare, GJ;

și – randamentele electric respectiv termic a instalației de cogenerare.

Cantitatea de totală de energie produsă de instalația de cogenerare este determinată prin intermediul formulei:

unde: Vs,an- este cantitatea anuală de singaz disponibilă, mii m3/an;

– randamentul global al instalației de cogenerare,

.

Volumul anual de singaz disponibil se determină în felul următor:

= 183,6 ∙ 6000 = 1101,6 mii m3/an.

Datele obținute în urma calculelor vor fi introduse în tabelul 4.5.

Tabelul 4.5. Calculul puterii instalației de cogenerare.

În baza calculelor efectuate se alege instalația de cogenerare bazată pe MAI. și s-a ales un motor cu umrătoarele caracteristici:

Tabelul 4.6. Caracteristicile tehnice ale MAI

În urma alegerii instalației de cogenerare se determină volumul de energie produs anual:

,

,

unde kel și kthreprezintă gradul de utilizare a puterii nominale elctrice și puterii maxime termice, kel=0,9 și kth=0,5.

Energia toală generată de către instalația de cogenerare:

Motorul ales este produs de către compania JENBACHER AG, o companie din Austria care se ocupă cu producerea instalațiilor de cogenerare bazate pe MAI, folosind ca combustibilul singazul obținut din biomasă.

Cunoscind tipul instalatiei de cogenerare JMS 208GL-B.L. fabricate de compania austriaca JENBACHER AG vom determina cheltuielile totale aferente pentru perioada de studiu.

Pentru determinarea cheltuielilor totale aferent se va utiliza urmatoarea expresia:

CTA = CTAI + CTAem + CTAcomb,

unde:CTAI- cheltuielile cu investiția,

CTAem– cheltuieli cu întreținerea și reparația,

CTAcomb – cheltuieli cu combustibilul.

Formula pentru determinarea CTA se va descompune în următoarele formule:

,

,

,

unde:I0– investitia initiala,

– costul actualizat al reparației capitale din anul 5,

Ce.m. – cheltuieli cu exploatarea si mentenanta instalatiei,

Ccomb – cheltuieli cu combustibilul,

– durata de serviciu normat actualizata.

În continuare vom calcula CTA pentru instalatia de cogenerare bazate pe MAI:

1.Valoarea actualizata volumului total de energie produs pe durata de viata a instalației:

=2412 ∙ 6,1446=14820,7 MWh

2.Valoarea actualizata a investiției:

= 800 ∙ 335 =268000 $

3.Cheltuilei totaleaferente cu investitia:

= 268000 ∙ (1+0,1)-5= 166401,2 $,

= 268000 + 166401,2=434401,2 $.

4.Consumul de combustibil în anul de referință :

= 1/0,81 ∙ 13= 0,094 m3/MJ = 0.338 m3/kWh,

= 0,338 ∙ 2412000 = 816,2 mii m3/an.

5.Costul combustibilului în anul de referință:

=816,2 ∙114,7 = 93618,1 $/an

6.Cheltuielile totale aferente cu combustibilul:

= 936181 ∙ 6,1446 = 575245,7 $

7.Cheltuieli aferente cu exploatarea și mentenanța instalației:

= 0,06 ∙ 268000 = 16080 $/an

= 16080 ∙ 6,1446 = 98805,1 $

8.Determinarea cheltuielile totale aferente pentru instalația de cogenerare:

CTA = CTAI + CTAem + CTAcomb= 434401,2 + 98805,1 + 575245,7 = 1108452 $

Cheltuielile totale aferente pentru IC tip JMS 208GL-B.L. au o valoare de 1108452 $.

4.4.2. Calculul costului unitar al electricității

Pentru determinarea prețului de cost al energiei electrice vom utiliza metoda cheltuielilor remanente. Prin urmare cheltuielile anuale la instalația de cogenerare vor avea forma:

(4.1)

CACET = CAW,CET + CAQ,CET. (4.2)

Valoarea medie a prețului de cost pentru energiile produse în cadrul IC pe perioada de ani T va fi:
(4.3)

,(4.4)

unde Wact si Qact reprezinta volumul energiei electrice si termice produse pe o perioada considerata de timp, actualizata la rata i;

sau

(4.5)

(4.6)

unde Wan si Qan reprezinta cantitatile celor doua energii produse pe o perioada considerata de timp.

Dacă înlocuim relațiile(4.5), (4.6) în (4.2) vom obține o ecuație cu două variabile –

cW,CET ·Wan + cQ,CET · Qan = CACET.(4.7)

În cazul în care unul din prețurile cW,CET șicQ,CET este acceptat la nivelul unei valori de referință – cQ,REF ușor determinăm celălalt preț.

Pentru cQ,CET = cQ,REF, rezultă –

cW,CET = (CACET – CAQ,REF) / Wan. (4.8)

Ca valoare de referință poate servi prețul de cost al energiei termice produsă într-o centrală termică, REF = CT.

Ca valoare de referință, vom accepta ca prețul de cost a energiei termice să fie de 29,12 $/MWh.

= 1108452/ 6,1446= 180394,5 $/an

=(180394,5 -1608∙ 29,12)/ 2412= 55,3 $/MWh=

= 5,5 c$/kWh

Conform metodei cheltuielilor remanente, prețul de cost al en. electrice este de cca 5,5 c$/kWh.

5. SECURITATEA ACTIVITĂȚII VITALE

5.1. Tehnica securității

5.1.1. [NUME_REDACTAT] muncii reprezintă un ansamblu de acte normative, măsuri și mijloace social economice, profilactice, organizatorice care asigură securitatea angajatului și menține capacitatea de lucru a acestuia.

Lucrarea data reprezinta optiuni de valorificare energetica a biomasei solide disponibile pe teritoriul satului Bardar. Opțiunile studiate vor fi obtinerea singazului, a căldurii, apei calde și electricității. Astfel dispunind de o cantitate de biomasa solida vom analiza tehnologii si vom proiecta sistem de producere și alimentare a unei zone de consum energetic.

Instalația de cogenerare cît și stația de producere a singazului vor fi exploatate în conformitate cu prescripțiile în vigoare ale legii protecției muncii, ale ordonanței corespunzătoare, a ordonanței securității întreprinderilor cît și normelor de prevenire a accidentelor. Pentru aceasta se vor lua în considerare anumite elemente ce prezintă pericol sporit la o stație de producere a singazului de acest tip. Construcția și operarea unei stații de producere a singazului trebuie să țină seama de o serie întreagă de norme de siguranță de importanță maximă, în caz contrar putând să apară un număr de potențiale riscuri privind siguranța oamenilor, a faunei și mediului. Luarea măsurilor corespunzătoare de siguranță are drept scop evitarea apariției oricăror riscuri, precum și a situațiilor neprevăzute, și să contribuie la asigurarea operării în siguranță a instalațiilor corespunzatoare.

Securitatea muncii include în sine patru compartimente de bază:

baza legislativă și organizatorică;

igiena muncii și sanităria industrială;

tehnica securității;

protecția contra incendiului.

Preocupările statelor pentru crearea unui mediu de muncă sigur și salubru au crescut odată cu intensificarea eforturilor de dezvoltare economică, socială și morală și, cu certitudine, și funcție de nivelul de civilizație atins, respectiv de respectul pe care fiecare țară l-a acordat drepturilor fundamentale ale omului, între care și cel la protecție în muncă.

Obiectivele tuturor statelor sunt:

îmbunătățirea continuă a securității și sănătății muncitorilor în toate domeniile;

protejarea lucrătorilor împotriva riscurilor de accidentare în muncă și îmbolnăviri profesionale;

contribuția, realizării unei piețe unice, la garantarea unui bun nivel de securitate și sănătate în muncă.

Guvernul aprobă cerințele minime de securitate și sănătate în muncă la locul de muncă pentru protecția lucrătorilor în anumite activități complexe, pentru folosirea echipamentelor de lucru și a echipamentelor individuale de producție.

5.1.2. Analiza condițiilor de muncă

Secția de producere a singazului trebuie să fie astfel proiectată și executată încît montarea, exploatarea, repararea și verificarea tehnică a tuturor instalațiilor aflate in interior să poată fi efecuate în condiții optime de lucru și de securitate.

Construcția secței de producere a singazului trebuie să fie de gradul I de rezistență la foc și din materiale necombustibile(peretii beton, iar acoperișul din material ușor în caz de explozie), conform reglementărilor tehnice de proiectare și realizare a construcțiilor privind protecția la acțiunea focului.

De asemenea, proiectarea și execuția trebuie să respecte prevederile reglementărilor referitoare la asigurarea protecției împotriva incendiilor, ale reglementărilor sanitare în vigoare, ale reglementărilor privind protecția mediului, ale reglemetărilor specifice privind construcția clădirilor avînd ca destinație centrale termice, precum și condițiile din prezenta prescripție tehnică. În acest sens, proiectele sălilor de cazane și centralelor termice pentru a deveni aplicabile trebuie să fie avizate.

Secția de produce a singazului, precum și încăperile auxiliare și sociale trebuie să fie asigurate cu instalație de ventilație naturală sau mecanică cupriză de aer direct din atmosferă.

Ventilația din secția de producere trebuie să servească pentru asigurarea evacuarării surplusului de umiditate, de gaze nocive, de praf, precum și pentru asigurarea temperaturii admisibile.

Prin microclimat de muncă se înțelege ansamblul factorilor de mediu (fizici, chimici, biologici, psihologici), care acționează pe un teritoriu delimitat.

Acțiunea factorilor de mediu asupra muncitorului din diferite domenii poate căpăta mai multe aspecte dependente, mai ales, de intensitatea sau de nivelul acestor factori. Diferitele niveluri mai scăzute sau mai ridicate decât limitele admise ale acestor factori pot da naștere fie la acțiuni acute sau imediate.

Confortul termic este definit de totalitatea condițiilor de microclimă dintr-o încăpere care determină o ambianță plăcută în care omul să se simtă bine, nefiind necesară solicitarea sistemului termoregulator al organismului.

Factorii principali ai confortului termic sunt:

Temperatura aerului;

Viteza aerului;

Umiditatea aerului;

Îmbrăcămintea;

Intensitatea activității fizice.

Temperatura aerului interior este cel mai important parametru de confort termic. Totodată, temperatura aerului interior are o importanță deosebită în energetica întregii clădiri pentru că ea determină consumurile energetice pentru încălzirea, respectiv răcirea, clădirii. Din punct de vedere fiziologic se consideră că temperatura corespunzătoare a aerului interior pentru un lucrator normal îmbrăcat este de 20 … 22oC iarnă (categorie de lucru ușoară), și 22 … 26oC vară (categorie de lucru ușoară) .

Umiditatea aerului este un parametru important al confortului termic. O parte din pierderile de căldură ale organismului uman este constituită de evaporarea de la suprafața pielii; intensitatea acestui fenomen depinde de diferența tensiunilor de vaporizare între apa de la nivelul pielii și vaporii de apă conținuți în aer. Limitele superioară și inferioară ale nivelului admisibil al umidității relative a aerului din încăperi sunt 70%, respectiv, 35%.

Umidități relative ale aerului interior mai mari de 70%, în perioada rece a anului, favorizează formarea condensatului pe suprafața interioară a pereților exteriori, mai ales la izolări termice reduse, ducând la apariția mucegaiului. Cercetările efectuate demonstrează că pentru o relație optimă între umiditatea relativă și temperatura aerului, acești indicatori trebuie să aibă următoarele perechi de valori .

Vibrațiile reprezintă prin sine oscilații mecanice ale instalații de cogenerare și instalatie de mărunțire percepute de om ca trepidații. După modul de transmitere asupra organismului uman a oscilațiilor, vibrația se împarte în generală și locală. Vibrația generală se transmite prin suprafețele de sprijin ale omului ce șede sau stă,iar vibrația locală se transmite prin mîini. În încăperea unde va fi montată instalația de cogenerare a energiei electrice vibrațiile vor fi generale, însă datorită puterii instalate modeste intensitatea vibrațiilor va fi destul de redusă, iar ca măsuri de combatere a acesteia se va utiliza vibroizolația.

Aceasta se efectuiază prin includerea în sistemul oscilator al unei legături elastice suplimentare, care împiedică transmiterea vibrațiilor de la sursa de vibrații spre fundație sau elementele megieșe ale construcțiilor. Această legătură poate fi folosită și pentru micșorarea transmiterii vibrațiilor pardoselei asupra omului sau agregatului protejat.

Viteza de mișcare a aerului într-o combinație reușită cu temperatura crează condiții favorabile, la temperaturi înalte este binevenit ca viteza să fie mare.

Tabelul 5.1.  Raportul umiditatea relativă și temperatura

La temperaturi uzuale ale aerului interior de 20 … 22oC viteza aerului trebuie să se situeze între 0,15 și 0,25 m/s. La temperature joase prezența vitezei mari crează senzația de frig. Analiza acestor factori este prezentată sub formă de tabel (tabelul 5.2).

Tabelul 5.2. Caracteristicile factorilor periculoși și dăunători în secția de producere

5.1.3. Măsuri privind sanitaria industrială

Igiena are rolul de a elabora norme de muncă și viață, care,sunt puse în practică, să ducă la prevenirea îmbolnăvirilor, scăderea mortalității și reducerea mortalității, promovarea stării de sănătate și prelungirea duratei de viață.

În sens strict, igiena muncii se ocupă de studiul condițiilor de muncă și influența lor asupra stării de sănătate a oamenilor muncii, în vederea prevenirii și combaterii bolilor profesionale care duc la scăderea capacității de muncă și, deci, la scăderea productivității.

Condițiile de muncă sunt determinate de caracterul procesului de muncă și factorii mediului extern, ce-l înconjoară pe lucrător în sfera de producție.

În timpul activității de muncă a omului are loc interacțiunea mediului de producție și a organismului. Omul transformă, acomodează mediul de producție la necesitățile sale, iar mediul de producție acționează într-un mod sau altul asupra lucrătorilor.

Pentru asigurarea condițiilor sănătoase de muncă proiectul prevede următoarele măsuri:

toți muncitorii vor fi asigurați cu încăperi sanitaro-igienice în conformitate cu normele de ramură, reieșind din numărul maximal de lucrători în cel mai numeros schimb de lucru;

la executarea lucrărilor în încăperi închise se vor crea condiții microclimaterice în conformitate cu cerințele normelor sanitare prin amenajarea sistemelor sau surselor de încălzire și a sistemelor de ventilație naturală și mecanică;

iluminatul locurilor de muncă se va organiza astfel ca să se asigure nivelul de iluminare prevăzut de SNiP II-4-79 „Iluminatul natural și artificial”. În locurile cu pericol deosebit de electrocutare iluminatul artificial va fi organizat de la surse alimentate cu o tensiune U12 V;

la executarea lucrărilor de sudare în spații limitate se va organiza ventilarea locului de muncă. Viteza curentului de aer se va afla în limitele 0,3…1,5m/s cu refularea aerului din partea inferioară;

angajații care vor executa lucrări cu formarea și răspândirea în mediu a prafului vor utiliza mijloace de protecție individuală în conformitate cu regulile de securitate: respiratoare, ochelari de protecție, costume antipraf;

la executarea lucrărilor în încăperi cu zgomot sporit sau în imediata apropiere a utilajului zgomotos, muncitorii vor fi dotați cu mijloace individuale de protecție: antifoane, căști antizgomot, iar durata lucrului neîntrerupt în aceste condiții nu va dura mai mult de 30 min;

la executarea lucrărilor în încăperi sau pe sectoare unde concentrația substanțelor nocive depășește concentrația maximă admisă (CMA), muncitorii vor folosi măști antigaz filtrante sau izolante;

muncitorii care execută lucrări cu scule vibroacustice acționate electric sau pneumatic vor folosi mănuși ce amortizează vibrația.

5.1.4. Măsuri privind tehnica securității

Norme de protecție a muncii specifice la executarea de lucrări la generatoare, si motoare electrice.

Generatoarele aflate in turație, chiar dezexcitate trebuie considerate ca fiind sub tensiune. Se interzice atingerea sau executarea lucrărilor in circuitele statorului generatorului sau compensatorului sincron aflat in turație.Manevrele pentru pornirea si oprirea mașinilor electrice de înalta tensiune se executa de către personalul operativ de serviciu.

Înaintea executării oricăror lucrări de reparații la partea mecanica a unui motor electric, se va opri motorul, se va realiza o separație de lucru vizibila care se va bloca, iar pe dispozitivul de acționare se va monta un indicator de interzicere.

Carcasele mașinilor electrice si cele ale echipamentelor de pornire ale acestora trebuie sa fie legate la pământ. Se interzice executarea de lucrări la aceste legături la pământ in timpul funcționarii mașinilor electrice.

În cadrul exploatării curente a instalațiilor, personalul de serviciu asigura supravegherea acestora, controlul lor periodic si manevrele necesare. Supravegherea se asigura prin urmărirea parametrilor din instalațiile respective si completarea evidentei acestora. Personalul executa de asemenea operațiile legate de curtenia locului de munca. În întreaga activitate se vor respecta cu strictețe normele de protecție a muncii indicate in cele ce urmează:

personalul de exploatare operativa a instalațiilor este cu desăvarsire interzis sa scoată din proprie inițiativa îngrădirile de protecție, sa pătrundă dincolo de acestea, sa execute lucrări sau manevre fără a exista o autorizație de lucru si instrucțiuni tehnice sau dispoziții in acest sens.

când schimbul este format din doua persoane, una din ele poate participa la lucrări, fiind inclusa in echipele de revizii sau reparații.

in timpul executării controlului, in instalațiile electrice, instalația trebuie considerată ca aflată în funcțiune, chiar atunci când se cunoaște că ea este scoasă de sub tensiune. Aceasta prevedere are în vedere faptul ca instalația nu este legată la pământ și că există eventualitatea punerii ei sub tensiune.

Măsurile principale pentru evitarea accidentelor prin electrocutare sunt următoarele:

părțile metalice ale echipamentelor electrice aflate sub tensiune în timpul lucrului să fie inaccesibile la o atingere întâmplătoare, ceea ce se realizează prin izolări, carcasări, îngrădiri, amplasări la înălțimi inaccesibile, blocări(protecție prin inaccesibilitate);

folosirea tensiunilor reduse, maxim admisibile:

izolarea de protecție;

separarea de protecție;

protecție prin legare la pământ;

protecție prin legare la nul;

deconectarea automată în cazul apariției unei tensiuni de atingere periculoasă;

deconectarea automată în cazul apariției unei scurgeri de curent periculoasă;

egalizarea potențialelor;

folosirea mijloacelor individuale de protecție;

organizarea corespunzătoare a lucrului.

Protecția prin legare la pământ și protecția prin legare la nul sunt principalele măsuri de protecție contra electrocutării prin atingere indirectă.

Alegerea unui sistem de protecție (prin legare la nul) se face numai cu avizul întreprinderii de electricitate în raza căreia se găsește unitatea respectivă.

Pentru protecția oamenilor împotriva accidentelor prin electrocutare, conductorii circuitelor aeriene din incinta unităților se amplasează la următoarele înălțimi deasupra solului, măsurate sub săgeata maximă a conductorilor respectivi;

6 m pentru conductoarele neizolate;

4 m pentru conductoarele protejate contra intemperiilor și totodată izolate la o tensiune de minimum 500V.

În toate cazurile, traversările cu conductoare aeriene peste drumuri carosabile se vor face la înălțimi minime de 6 m deasupra solului, măsurate sub săgeata maximă a conductoarelor.

Odată cu recepția instalației electrice se vor preda personalului din unități instrucțiuni scrise, prin care se interzice atingerea acestor conductori cu orice fel de obiecte.

Izolarea de protecție se aplică în afară de izolarea de lucru în cazurile în care protecția de bază contra electrocutărilor (legarea la pământ sau prin legare la nul) nu przintă suficientă siguranță.

Aceasta se realizează astfel:

aplicând o izolare suplimentară izolării de lucru, pentru ca părțile metalice din instalație, care nu fac parte din circuitul curentului de lucru, însă care pot fi atinse să nu primească tensiune în cazul nefuncționării izolației de lucru;

aplicând o izolare exterioară pe carcasa utilajului electric;

izolând amplasamentul cu ajutorul materialelor izolante (covoare de cauciuc, îngrădiri cu plăci electroizolante etc.) se realizează astfel izolarea omului, atât față de pământ cât și față de elementele care se găsesc în legătură cu pământul în raza de manipulare.

Izolarea suplimentară de protecție a echipamentului electric se execută prin acoperirea solidă și durabilă cu material izolant atât a echipamentului propriu-zis cât și a tuturor părților metalice accesibile unei atingeri și care în caz de defect pot primi direct sau indirect tensiune.

Izolarea de protecție se va aplica de la caz la caz, la aparatele și receptoarele electrice fixe și în special portative utilizate în unități, în funcție de tipul și fabricația echipamentului utilizat.

Separarea de protecție se aplică în special receptoarelor electrice, alimentate la tensiunea de maximum 380V și din care anumite părți vin în contact cu corpurile oamenilor sau animalelor, în cazurile în care protecția prin legare la pământ sau la conductorul de nul nu prezintă siguranță suficientă (unelte și scule electrice portative sau alte utilaje fixe sau mobile folosite în locuri periculoase și foarte periculoase).

Separarea de protecție poate constitui un mijloc principal de protecție la utilajele portative. Protecția prin legare la nul se va putea aplica numai în cazul rețelelor de curent alternativ trifazat, cu neutrul legat la pământ și cu o tensiune până la 1000V între faze. Se va aplica totdeauna când nu este posibilă obținerea cu mijloace economice a unor tensiuni de atingere sub valorile admise cu ajutorul unei protecții prin simpla legare la pământ.

Prin protecție de legare la nul se înțelege legarea la conductorul de nul de protecție a instalației electrice, a părților electrice, care în mod normal nu sunt sub tensiune, dar care se pot afla la un moment dat sub tensiune din cauza unui defect de izolație.

În această categorie se găsesc între altele:

carcasele mașinilor, transformatoarelor și aparatelor electrice;

carcasele dispozitivelor de acționare a aparatelor electrice;

înfășurările secundare ale transformatoarelor de măsură, dacă instalațiile de protecție prin relee permit acest lucru;

părțile metalice ale tablourilor de distribuție și panourilor de comandă.

În rețelele de curent alternativ cu patru conductori punctul neutru (nulul) se leagă la pământ.

Părțile metalice ale instalațiilor și echipamentelor enumerate mai sus se vor lega la punctul de nul printr-o instalație specială de protecție. Aceste legături trebuie astfel dimensionate încât să asigure posibilitatea separării printr-o deconectare rapidă, de către siguranțe fuzibile sau întrerupătoare automate, a porțiunilor în care s-au produs scurtcircuitele; de asemenea, să asigure realizarea unei tensiuni de atingere sub limita admisă pentru locul respectiv.

Conductorul de nul de protecție se va lega la pământ, urmărindu-se prin aceasta realizarea de tensiuni de atingere nepericuloase în cazurile când nu a avut loc o deconectare rapidă a părții de instalație cu izolația deteriorată.

Este interzisă utilizarea conductorilor din instalația de protecție prin legare la nul, drept conductori de lucru sau conductori de fază.

5.1.5. Masuri de protectie contra incendiilor

Instalația de cogenerare și stația de producere a singazului sunt dotate cu utilaje care necesită o atenție sporită securității antiincendiare. Ele funcționând la temperaturi mari și avînd ca materie primă combustibil ușor imflamabil, mereu sunt supuse riscului de incendiu, deaceea masurile antiincendiare trebuie sa fie îndeplinite cu strictețe deoarece este pusă în pericol sănătatea,cît și viața personalului ce deservește instalația.

Pe lîngă factorul uman mai există și factorul economic.Instalația fiind foarte costisitoare în urma unei avarii poate provoca daune majore din punct de vedere financiar. Deaceea prevenirea incendiilor trebuie să ocupe o atenție sporită din partea administrației.

Zonarea se realizează cu scopul de a limita propagarea incendiului în altă zonă și crează condiții favorabile pentru stingerea incendiului.

La orice întreprindere, teritoriul se distribuie în următoarele zone:

zona administrativă;

zona auxiliară;

zona de producere;

Pentru reducerea nivelului de risc la apariția și dezvoltarea incendiului este necesar de a se lua în considerație direcția dominantă a vântului. Nu se permite amplasarea diametral opusă a depozitelor cu lichide ușor inflamabile sau substanțe chimice cu blocurile de producere sau administrative, bătaia vântului fiind dominată din partea acestora.

Amplasarea rețelelor inginerești joacă un rol important. Rețelele inginerești pot fi amplasate în complex sau aparte (subteran sau suprateran).

Scopul activității de profilaxie a incendiilor este menținerea unui nivel înalt de securitate antiincendiară în orașe, localități, locuri de concentrare a bunurilor materiale și alte obiective din gospodăria națională.

Principalele probleme ale activității de profilaxie a incendiilor sunt: elaborarea și realizarea măsurilor orientate spre lichidarea cauzelor ce pot provoca incendiile; limitarea în spațiu a posibilelor incendii și crearea condițiilor favorabile de evacuare a oamenilor și bunurilor materiale în caz de incendiu; asigurarea condițiilor de descoperire la timp a incendiului apărut, anunțarea rapidă a serviciului de combatere a incendiilor și lichidarea cu succes a incendiului.

La centralele electrice cu termoficare se prevăd următoarele măsuri de combatere și profilaxie a incendiilor și exploziilor:

cu personalul centralei se vor efectua instructaje-discuții și instruire specială privind problemele securității împotriva incendiilor;

prin ordin vor fi numite persoane responsabile de securitatea incendiară a depozitelor, secțiilor, și altor obiecte;

distanța dintre depozitele de păstrare a materialelor inflamabile și ușor inflamabile și alte obiective în dependență de capacitatea lor se va afla în limitele de la 16 până la 50 m;

toate mecanismele și utilajele vor fi menținute în stare funcțională, se vor curăți la timp, se vor regla și unge pentru a preveni supraâncălzirea rulmenților și pieselor ce se află în contact de frecare, formarea scânteielor, iar zonele și agregatele ce se află în mișcare se vor proteja de nimerirea obiectelor străine;

în toate încăperile se va stabili un regim de pază împotriva incendiilor strict și permanent și se va controla respectarea lui de către toți angajații și vizitatorii centralei;

toate obiectele vor fi asigurate cu mijloace de stingere a incendiilor care vor fi menținute în stare fucțională permanentă;

la locuri vizibile vor fi amplasate schemele de evacuare a personalului centralei în caz de incendiu, iar căile de evacuare vor fi menținute într-o stare corespunzătoare;

se va organiza un control strict asupra locurilor unde se execută lucrări de sudare, lucrări cu foc deschis și alte lucrări cu pericol de incendiu.

Sistemele de stingere a incendiului staționare se caracterizează astfel:

sprincler, care prezintă un ansamblu de țevi de-a lungul atelierului umplute cu substanțe de stingere a incendiului. Ele sînt puse de obicei deasupra ușilor. Ele au upape închise cu capace de substanțe ușor topite. La t=70-80°C capacele se topesc.

drencer, se folosesc atunci cînd avem atelier fără divizarea camerelor, unde ansamblul de țevi are capacele deschise și fără substanțe de stingere ele patrund la comandă.

Pentru stingerea incendiilor sunt numeroase mijloace, atât la îndemâna oricui , cât și ceva mai complexe. Sunt trei tipuri de mijloace de stingere a incendiului: primare, transportabile și staționare (tabelul 5.3).

Tabelul 5.3 Mijloace de stingere a incendiului

Protecția oamenilor în caz de incendiu: Incendiile ce au loc la întreprinderile industriale și în instituții adesea capătă proporții considerabile, sunt însoțite de mari pagube materiale, iar uneori și de victime omenești. Factorii de bază sub acțiunea cărora au loc accidentele, otrăvirile, moartea oamenilor, precum și paguba materială sunt: focul deschis, scînteile, iradierea tehnică, temperatura sporită a mediului și obiectelor înconjurătoare, produsele toxice ale arderii, fumului, insuficiența de oxigen, prăbușirea construcțiilor și instalațiilor, explozia conductelor ,etc.

Pentru evacuarea la timp a oamenilor se stabilește:

numărul necesar și dimensiunile căilor de evacuare;

se asigură posibilitatea deplasării libere a oamenilor pe căile de evacuare;

se organizează în caz de necesitate dirijarea mișcării oamenilor pe aceste căi (indicatoare cu lumină, informație sonoră etc.).

Pe aceste căi de evacuare nu se admite instalarea turnichetelor, ușilor turnate sau culisante, precum și a scărilor elicoidale.

5.1.6. Problema individuală

De determinat valoarea tensiunii de pas în cazul în care omul se află la distanța l= a, m de la locul de scurtcircuitare la pămînt, dacă se cunosc următoarele: a= 5 m; Is.c.= 600 A; ρ= 350 Ω∙m.

Valoarea potențialului în orice punct x al zonei de scurgere a curentului se determina din relația:

,

unde: Is.c. – curentul de scurtcircuit, A;

ρp – rezsistența specifica a solului;

x – distanța până la punctul de scurtcircuit cu pământul.

Tensiunea de pas Up (V) se va determina conform relației:
,

unde 0,8 – reprezintă lungimea pasului stabilită pentru calcul,

Up= 600∙350/2∙3,14∙(1/5-1/5,8)= 1003 V.

Tensiunea este destul de mare, deoarece omul se află aproape de punctul de punere la pământ.

5.2. Protecția mediului ambiant

5.2.1. Măsuri de protecție a mediului ambiant

Măsuri de protecție a mediului de poluare pot fi grupate în modul următor: planificate, tehnologice, tehnico-organizatorice, sanitaro-igienice și juridice.

Măsuri planificate de protecție a aerului sunt examinate ca o parte componentă a programului complex de protecție a mediului înconjurător și folosire rațională a resurselor naturale. Ele presupun amplasarea orașelor, localităților, întreprinderilor industriale cu considerarea reliefului, condițiilor meteorologice, particularităților climaterice, învelișului de sol etc.; amplasarea argumentată a întreprinderilor, scoaterea lor în afara orașelor mari și construirea întreprinderilor noi în raioane puțin populate pe pământuri neprielnice pentru activitatea agricolă; micșorarea prin mijloace urbanistice a nivelului de poluare a spațiului locativ; crearea zonelor sanitare de protecție în jurul întreprinderilor industriale, a spațiului locativ.

Măsurile tehnologice prevăd aplicarea tehnologiilor avansate la întreprinderile existente și cele nou construite – tehnologii fără deșeuri, care exclud degajările de substanțe nocive în aer. Crearea a astfel de industrii necesită soluționarea unui șir de probleme inginerești, formarea a astfel de cicluri industriale și energetice, când deșeurile și degajările unei industrii sunt materie primă pentru altă industrie. Astăzi mai bine de 30% din cantitatea de acid sulfuric se obține din gazele de coș, care mai înainte se aruncau în atmosferă. Costul acestui acid este mai mic decât al acelui produs de întreprinderile industriei chimice. Poluarea atmosferei se preîntâmpină prin captarea deșeurilor și purificarea prin diferite metode a degajărilor gazoase.

Măsurile tehnico-organizatorice prevăd interzicerea dării în exploatare a întreprinderilor noi fără instalații de purificare a degajărilor, același lucru fiind prevăzut și pentru întreprinderile ce se reconstruiesc; reconstruirea, iar în cazuri excepționale reprofilarea întreprinderilor ce au influență negativă asupra mediului; stabilirea nivelului argumentat al degajărilor maxime admise în aerul atmosferic pentru a păstra calitatea aerului pentru populație; scoaterea întreprinderilor industriale în afara orașelor. Construirea în localități a întreprinderilor noi sau lărgirea celor existente se admite numai în cazul când acestea nu vor fi surse de poluare a aerului.

Măsurile sanitaro-igienice, prevăd stabilirea concentrațiilor maxime admise (CMA) pentru substanțele poluante, ce nimeresc în aerul atmosferic al localităților, și a zonelor sanitare de protecție ce despart întreprinderile industriale de spațiul locativ.

Măsurile juridice, bazate pe acțiunea legii „Cu privire la protecția aerului atmosferic”. Legea interzice aplicarea în practică a invențiilor, descoperirilor, instalațiilor, utilajului, punerea în funcțiune a proceselor tehnologice și altor obiecte, dacă ele nu corespund cerințelor de protecție a mediului.

Legea prevede pe lângă controlul executării și formele de responsabilitate (penală, administrativă, materială ș.a.) pentru încălcarea ei. Prin lege se stipulează că protecția aerului atmosferic trebuie să asigure condiții maximal favorabile de viață pentru întreaga populație.

5.2.2. Efectul de seră și pașii intreprinși la rezolvarea problemii mediului

Schimbările climatice sunt rezultatul activității umane, legată, în mare parte, de arderea combustibililor fosili. În ultimii ani, pe planeta noastră, au fost înregistrate un șir de evenimente meteorologice, așa ca: inundații, uragane, furtuni, temperaturi foarte ridicate în țările nordice etc. Această problemă globală prezintă punctul de discuție a multor politicieni și a șefilor de state. Sectorul energetic este unul din cele mai poluante sectoare ale industriei moderne. Țările UE au luat un șir de decizii privind limitarea impactului, au fost semnate un șir de acorduri internaționale.

Protocolul de la [NUME_REDACTAT] decembrie 1997, țărilor semnatare a [NUME_REDACTAT] a [NUME_REDACTAT] privind [NUME_REDACTAT], 161 de țări au semnat așa numitul ,,Protocolul de ”, care reprezintă un document internațional cu specificație obligatorie pentru toate țările semnatare. Acesta prevede ca pînă la sfîrșitul valabilității sale (2012) să se reducă la nivel global emisiile GES (gaze cu efect de sera) cu 5.7 %.

Gazele care au fost stipulate în acest acord ca fiind gaze cu efect de seră (GES) sînt: Bioxidul de carbon (CO2),Metanul (CH4), Dioxidul de azot (N2O), Hidrofluorocarburile (HFC), Perfluorocarburile (PFC), Hexafluorura de sulf (SF6).

Una din principalele idei care sînt susținute de UE este că poluatorul plătește, adică companiile sectorului energetic care vor polua mediul într-o măsură mai mare decît normele și acordurile prestabilite vor plăti impozite și penalități.

Fiecare țară semnatară a Protocolului de , pentru a-și îndeplini angajamentele asumate, precum și în scopul promovării unei dezvoltări durabile, este obligată să elaboreze și să intreprindă măsuri.

Dintre gazele cu efect de seră bioxidul de carbon este gazul cu cel mai pronunțat impact. Stratul de CO2 din atmosferă joacă rolul de filtru unidirecțional pentru razele solare și cele reflectate sau iradiate de suprafața planetei. Sporirea procentului de CO2 în atmosferă dereglează echilibrul termic al Terrei. Concentrația de CO2 în atmosferă s-a majorat cu cca 25% față de perioada preindustrială – de la 275 ppmv (părți per milion de volum), pînă la 360 ppmv în prezent.

Modificările doar a zecimelor de grade ale temperaturii medii globale la suprafața solului duce la schimbarea imprevizibilă a climei.

Deja sunt observate unele modificări ale condițiilor meteorologice, rezultate în urma schimbării globale a climei: topirea ghețarilor, tornade, cicloane, secete, etc.

Gazele cu efect indirect de seră, la rîndul lor (NOx, CO și SO2), în special oxizii de azot și bioxidul de sulf, generează precipitații atmosferice acide, cu un impact deosebit asupra sănătății oamenilor.

[NUME_REDACTAT] Moldova, sursele principale de poluare sunt: centrala termoelectrică moldovenească (CTEM) din orașul Dnestrovsk, centralele electrice de termoficare din municipiul Chișinău

(CET-1 și CET-2), centrala electrică de termoficare din orașul Bălți (CET-Nord).

În urma unor studii și cercetări efectuate se constată că creșterea concentrației gazelor cu efect de seră (GES) poate favoriza un proces accelerat și ireversibil de încălzire continuă a planetei, cu consecințe neplăcute pentru omenire.

Razele solare cu lungime scurtă de undă (lumina vizibilă a Soarelui) străbat ușor gazele "cu efect de seră", încălzind atmosfera și suprafața Pămîntului. Însă căldura de la suprafața Pămîntului (raze infraroșii, cu lungime lungă de undă) nu pot trece prin stratul de GES, din aceasta cauză caldura este îndreptată din nou spre Pământ, încălzind suprafața globului Pămîntesc suplimentar. Acest fenomen natural poartă denumirea de Efect de seră.

Atît timp cît în atmosferă concentrația gazelor ce produc efectul de seră – vaporii de apă, bioxidul de carbon, ozonul, metanul, bioxidul de azot – este cea naturală, efectul de seră asigură la suprafața Pămîntului o temperatură medie cuprinsă între +15… . Vaporii de apă sunt cei mai eficienți în producerea efectului de seră, asigurînd un climat normal.

Summitul climatic de la Cancun. Acord pentru crearea unui [NUME_REDACTAT]

Reprezentantii celor aproape 200 de tari reuniti sub egida ONU in statiunea mexicana Cancun au adoptat   un document care prevede o serie de mecanisme de combatere a incalzirii globale, printre care reducerea fenomenului despaduririi și infiintarea unui [NUME_REDACTAT] pentru asistarea statelor in curs de dezvoltare.Acest rezultat pozitiv permite o revigorare a procesului de negociere al ONU dupa deceptia provocata în anul 2010 de summitul de la Copenhaga, care nu a reusit sa se incheie cu un acord global concret privind lupta impotriva incălzirii globale și care să înlocuiască prevederile Protocolului de la Kyoto ce expiră in 2012.

Documentul adoptat lasă deschisă chestiunea sensibilă a viitorului Protocolului de la Kyoto, singurul text până în prezent care impune obligațtii in problema climatică.

Statele dezvoltate au promis în urmă cu un an, la summitul de la Copenhaga, ca vor crea, incepând cu anul 2020, un fond anual in valoare de 100 de miliarde de dolari. [NUME_REDACTAT], care va gestiona aceste resurse financiare, va avea un consiliu de administrațăie în care țările dezvoltate și cele in curs de dezvoltare vor fi reprezentate in mod egal.

Acordul de la Cancun prevede ca [NUME_REDACTAT] sa fie administrator interimar al acestui fond pentru primii trei ani de la creare.

Problema energiei este o problemă globală. Astăzi, cărbunele și energia nucleară nu mai sunt dorite. În ultimele decenii, problema substituirii combustibililor fosili, extrem de poluanți, cu biocombustibilii, aproape puri ecologic, preocupă tot mai mult omenirea. Creșterea risurilor economice și politice datorate prețurilor mari la resursele importate cât și agravarea amenințărilor venite din partea climei constituie motive puternice pentru întreprinderea unor soluții radicale.

Singazul are un diapazon de utilizare mai larg decât combustibilii solizi. Acesta poate fi utilizat direct în instalațiile de încălzire, în instalațiile de turbine, motoarele cu ardere internă, celulele de combustie, sau chiar poate fi amestecat cu gazul natural. Gazul obținut prin gazificarea biomasei poate fi bine purificat, iar utilizarea lui implică emisii mult mai reduse decât cu arderea directă a biomasei. Astfel însăși producerea de singaz este o metodă sau o măsură de reducere a eliminării de CO2 în atmosferă.

Avanatajele utilizării singazului:

valorificarea produsului rezultat prin comercializarea sa atât pe piața internă, cât și la export;

aplicarea standardelor de calitate și de mediu existente la nivel european;

asigurarea unei protecții ecologice eficiente a populației, precum și a apei, a pădurii etc.;

reciclarea materialelor;

eliminarea deșeurilor de material lemnos de pe suprafețele de depozitare;

utilizarea eficientă a deșeurilor de material lemnos rezultate prin prelucrarea lemnului;

reducerea volumului de depozitare a materialelor combustibile, ținând seama că volumul
unei brichete este de circa șapte-opt ori mai mic decât volumul ocupat de aceeași cantitate de rumeguș înainte de brichetare;

realizarea unei alternative simple pentru producerea căldurii în domeniul casnic sau în
întreprinderi din mica industrie;

realizarea de noi locuri de muncă.

[NUME_REDACTAT] lucrarea dată am evaluat potențialul de biomasă solidă existent în satul Bardar, raionul Ialoveni respectiv am analizat tehnologiile de producere a energiei și biocombustibililor, am determinat prețul de cost al pentru fiecare opțiune.

Deci, putem spune că utilizarea biomasei solide pentru producerea energiei și biocombustibililor solizi cît și gazoși în zona rurală este o soluție eficientă pentru acoperirea necesarului de energie.

În lucare am analizat producerea energiilor în regim de cogenerare cît și a biocombustibililor care poate servi drept exemplu pentru mai multe localitați, care prin urmare va corespunde cu strategia energetică națională și va micșora gradul de dependență energetică din importurile de energie.

Implementarea unui astfel de proiect necesită o analiză mai amănunțită în ceea ce priveste veniturile totale (VTA), venitul net (VNA), durata de recuperare a investițiilor (DRA), rata de rentabilitate contabilă (RRC) și mulți alți indicatori economici pentru a demosntra fezabilitatea unui astfel de proiect.

Este real pentru a implementa un proiect pentru valorificarea potențialului de biomasă, deoarece este justificat din punct de vedere tehnic și economic, respectiv prețul de cost al opțiunilor studiate este mai mic vizavi de prețul de cost al energiei livrate din rețeaua publică ceea ce privește energia electrică.

Deoarece, combustibilii fosili sunt resurse energetice limitate, concentrate în puține zone geografice de pe planeta noastră, acest lucru creează, pentru țările situate în afara acestor areale, o stare permanentă și nesigură de dependență de importul de resurse energetice. Majoritatea țărilor europene sunt puternic dependente de importurile de energie fosilă din regiuni bogate în surse de combustibili fosili, precum Rusia și [NUME_REDACTAT]. Dezvoltarea și implementarea sistemelor de energie regenerabilă, cum sunt deșeeurile agricole, biogazul de proveniență animalieră, bazate pe resurse naționale și regionale, vor crește siguranța rezervelor naționale de energie și vor reduce dependența de importul de energie.

[NUME_REDACTAT] se orientează către standarde noi în toate domeniile pentru a se alinia normelor UE, una din direcțiile importante este sectorul energetic care trebuie să se alinieze standardelor europene, să se ia măsuri de creștere a eficienței energetice și să se mărească cota energiilor regeneabile în totalul energiei produse.

Proiecte de utilizare a energiilor regenerabile vin să întărească poziția Moldovei în această cale de integrare, resursele de biomasă de care dispunem în țară sunt suficiente pentru a acoperi o bună parte din necesarul de energie al societății.

Bibliografie

V. Arion, V. Apreutesii, Economia energeticii, note de curs, Editura UTM,
Chișinău 2006.

V. Arion, C. Bordeianu, A. Boșcaneanu și alții, Biomasa și utilizarea ei în scopuri energetice, editura [NUME_REDACTAT], 2008.

Guțu, N. Baboi, V. Musteață, [NUME_REDACTAT] de energie, Editura UTM, Chișinău 2007.

T. Ambros, I. Sobor, V. Arion, Surse regenerabile de energie, editura Tehnica-Info, Chișinău 1999.

Strategia energetică a [NUME_REDACTAT] până în 2020.

Legea nr. 160 din 12.07.2007 cu privire la energia regenerabilă, [NUME_REDACTAT]
Nr. 127-130 din 17.08.2007.

Hotărâre nr. 321 din 22.01.2009 cu privire la aprobarea Metodologiei determinării, aprobării și aplicării tarifelor la energia electrică produse din surse regenerabile de energie și bocombustibili.

Directiva 2009/28/EC a parlamentului european și a consiliului din 23 aprilie 2009, privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile.

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] from [NUME_REDACTAT] I—Results of Screening for [NUME_REDACTAT] from Sugars and [NUME_REDACTAT], august 2004.

[NUME_REDACTAT] Technology,1997.

[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT], 2010.

www.deutz.com

Surse de energie regenerabilă, 23 iunie 2010, Chișinău.

Țuleanu, V. Tonu, Distribuția și utilizarea gazelor naturale combustibile, Editura UTM, Chișinău 2007.

ANEXA.1

A1. Compararea tehnlogiilor de cogenerare

Scopul acestei anexe este de a compara tehneologiile de cogenerare bazate pe arderea singazului. Tehnologiile descrise mai sus vor fi comparate în baza cheltuielilor anuale și anume esența acestei comparări este de a determina care tehnologie este mai avantajos de folosit în cazul cogenerării într-o localitate rurală.

Pentru aceasta se vor determina cheltuielile anuale pentru fiecare instalație de cogenerare:

unde: RI – reprezintă cheltuielile ce țin de rambursarea creditului, $/an;

Cexp – cheltuielile ce țin de exploatarea instalației, $/an,

Cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

.

Iar cheltuielile de exploatare conțin două componente:

Aceste componente la rândul său se determină în felul următor:

,

unde: I reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare, $;

– durata actualizată de studiu, ani;

Cî.r. – cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

kî.r. – coeficientul de întreținere și reparație, %/an;

ccomb – costul de achiziționare a combustibilului, $/ mie m3;

Bcomb – consumul anual de combustibil, mii m3/an.

Pentru a alege tehnologia de cogenerare, este nevoie de a face o analiză comparativă a 3 tehnologii bazate pe cogenerare si anume MAI, ITG si ITA.

Pentru a determina cheltuielile anuale, este nevoie de dimensionat instalația de cogenerare, în funcție de tehnologia folosită și de combustibilul disponibil. În calcul vor fi luați și parametrii tehnici a tehnologiei de cogenerare și anume randamentele lor. Dimensionarea se va face după umrătoarea formulă:

,

unde:Pel – reprezintă puterea electrică a instalației de cogenerare, kW;

– debitul orar de singaz produs, destinat cogenerării, m3/h;

Qi,sin – căldura de ardere inferioară a singazului, MJ/m3;

– randamentul electric al instalației de cogenerare.

Pentru fiecare instalație în parte vor efectuate calcule, rezultatele cărora vor fi introduse în tab. A.1.

Tabelul A.1. Puterea electrică calculată

Din acest tabel se observă faptul că pentru fiecare tehnologie în parte vom obține diferite puteri, dar pentru a compara aceste instalații este nevoie de creat condiții asemănătoare. Deci se va lucra cu ipoteza că puterea instalației va fi de 200 kW, astfel se vor crea condiții egale pentru toate tehnologiile comparate și vor fi analizate mai corect.

Tabelul A.2. Parametrii tehnici a instalațiilor de cogenerare 200 kW.

Reieșind din datele prezentate în tabelul de mai sus, se poate de determinat componentele CA pentru fiecare tehnologie comparată. Este necesar de menționat faptul că perioada de studiu va fi admisă 10 ani, iar rata de actualizare se admite 10 %. Deci durata actualizată de studiu va constitui 6,144 ani.

În continuare vom calcula componentele CA pentru fiecare tehnologie în parte:

Motorul cu ardere internă (MAI)

Cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

=180000/6.1446= 29294 $/an

unde: reprezintă perioada de studiu, ani;

I – reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare și se calculă după formula:

=900∙200=180000 $

Următorul component care ne ajută să determinăm cheltuielile anuale este: cheltuielile de exploatare (Cexp), ele se determină după expresia:

=8000+60791=68791 $/an

unde: reprezintă cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

– sunt cheltuielele cu combustibilul.

La rândul lor componentele prezentate mai sus se vor determina după următoarele expresii:

=40∙200=8000 $/an,

unde – costul specific anual de întreținere și reparație;

=119,06∙530=60791 $/an

unde:- este costul de achiziție a combustibilului, 119,06 $/mie m3

– consumul anual de combustibil, mii m3/an.

Consumul anual de combustibil îl putem calcula după formula:

=6588000 / 0,9 ∙13 = 530 mii m3/an

unde:- este energia anuală produsă, GJ/an;

– reprezintă randamentul global, %;

– este căldura de ardere inferioară a singazului, și este egală cu 13 MJ/m3.

La instalațiile de cogenerare energia anuală produsă este compusă din:

=1830 MWh/an=6588 GJ/an

unde: – energia electrică produsă anual;

– energia termică produsă anual;

= 200∙6000∙0,9=1080 MWh/an,

= 250∙6000∙0.5=750 MWh/an,

unde kel și kth reprezintă gradul de utilizare a puterii nominale elctrice și puterii maxime termice, kel=0,9 și kth=0,5.

Cunoscând toate aceste componente putem determina cheltuielile anuale pentru instalația dotată cu motor cu ardere internă.

=29294+68791=98085 $/an.

Deci cheltuielile anualepentru IC dotată cu motor cu ardere internă este in valoare de: 98085 $/an.

Instalația cu Turbină cu [NUME_REDACTAT] cum am calculat la MAI, la ITG vom folosi aceleași calcule, cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

=240000/6,1446=39058,6 $/an,

unde: – perioada de studiu, ani;

I – reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare și se calculă după formula:

=1200∙200=240000 $.

Următorul component care ne ajută să determinăm cheltuielile anuale este: cheltuielile de exploatare (Cexp), ele se determină după expresia:

=2000+84430,6=86430,6 $/an,

unde: – cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

– sunt cheltuielile cu combustibilul.

La rândul lor componentele prezentate mai sus se vor determina după următoarele expresii:

=10∙200=2000 $/an,

unde:- costul specific anual de întreținere și reparație.

=119,06 ∙736,1=84430,6 $/an

unde: – este costul de achiziție a combustibilului,este în valoare de 119,06 $/mii m3

– consumul anual de combustibil, mii m3/an.

Consumul anual de combustibil îl putem calcula după formula:

=7560000/0,79∙13 = 736,1 mii m3/an

unde: este energia anuală produsă, GJ/an;

– reprezintă randamentul global, %;

– este căldura de ardere inferioară a singazului, si este egală cu 13 MJ/m3.

La instalațiile de cogenerare energia anuală produsă este compusă din:

=2100 MW/an=7560 GJ/an,

unde:energia electrică produsă anual;

– energia termică produsă anual;

=200∙6000∙0,9=1080 MW/an,

=340∙6000∙0,5=1020 MW/an.

Cunoscând toate aceste componente putem determina cheltuielile anuale pentru instalația dotată cu turbina cu gaze:

=39058,6+86430,6=125489,2 $/an.

Deci cheltuielile anualepentru IC dotată cu turbina cu gaze este in valoare de: 125489,2 $/an.

[NUME_REDACTAT] cu [NUME_REDACTAT] instalația turbine cu abur formulele de calcul sunt identice precedentelor instalații. Cheltuielile ce țin de rambursarea creditului se vor determina cu următoarea relație:

=300000/6,1446=48823,3 $/an

unde: reprezintă perioada de studiu, ani;

I- reprezintă investiția totală în instalația de cogenerare și se calculă după formula:

=1500∙200=300000 $.

Următorul component care ne ajută să determinăm cheltuielile anuale este: cheltuielile de exploatare (Cexp), ele se determină dupa expresia:

=6000+82182,5 =88182,5 $/an

unde: – cheltuielile anuale ce țin de întreținere și reparație, $/an;

– sunt cheltuielile cu combustibilul.

La rândul lor componentele prezentate mai sus se vor determina după următoarele expresii:

=30∙200=6000 $/an

unde:- costul specific anual de întreținere și reparație;

=119,06∙716,5=82182,5 $/an,

unde: – este costul de achiziție a singazului,și este în valoare de 119,06 $/mii m3

– consumul anual de combustibil, mii m3/an

Consumul anual de combustibil îl putem calcula după formula:

=7452000/0,8∙13=716,5 mii m3/an,

unde:- este energia anuală produsă, GJ/an;

– reprezintă randamentul global, %;

– este căldura de ardere inferioară a singazului, si este egală cu 13 MJ/m3;

La instalațiile de cogenerare energia anuală produsă este compusă din:

=2070 MW/an=7452 GJ/an

unde:- energia electrică produsă anual;

– energia termică produsă anual;

=200∙6000∙0,9=1080 MW/an,

=330∙6000∙0,5=990 MW/an.

Cunoscând toate aceste componente putem determina cheltuielile anuale pentru instalația dotată cu motor cu ardere internă.

=48823,3+88182,5 =137005,8 $/an.

Cheltuielile anualepentru IC dotată cu turbine cu abur vor fi în valoare de: 141734,7 $/an.

Tabelul A.3. Componentele cheltuielilor anuale.

Din calculele efectuate se observă că cele mai mici cheltuieli sunt la instalația de cogenerare bazată pe MAI. Acest fapt se datorează eficienței înalte a instalației bazate pe MAI. Deci mai ieftin ar fi de folosit motoarele cu ardere internă în scopul cogenerării în zonele rurale.

ANEXA.2

A2. Determinarea puterii generatorului de abur

Pentru producerea aburului necesar de a fi injectat în gazeificator se utilizează un cazan de abur. Puterea cazanului de abur se va calcula în baza necesarului de căldură pentru încălzirea și vaporizarea apei luate inițial la 20 0C. Pentru încălzirea apei până la punctul de fierbere, cantitatea de căldură este:

unde: c’p apa, c’’p apa reprezintă capacitatea termică specifică a apei la temperatura inițială și finală;

t’apa, t’’apa– temperatura inițială și finală a apei.

Căldura consumată pentru vaporizarea completă a debitului de apă:

Qapa = [2 194,522 · (4,229 · 99,6 – 1,183 · 20)]/3600 = 242,341 kW.

unde:λ reprezintă căldura latentă de vaporizate a apeila 100 0C și presiunea 1 bar;

Qapa1 = (2 194,522 · 2260)/3600 = 1377,672 kW.

Puterea termică totală a generatorului de abur va constitui:

ca urmare avem:

Pcaz = 242,341 + 1377,672 = 1620 kW.