Generalitatia

1.1 Generalitatia

Apa este o resursa naturala esentiala desfasurarii si evolutiei vietii pe pamant,de calitatile ei trebuind sa beneficieze toti oamenii si vietuitoarele de pe un teritoriu dat.

In zonele aride, lipsite de apa, gestiunea calitativa a acesteia s-a facut prin reglementari locale inca de la inceputul mileniului I si probabil si inainte.Sunt cunoscute astfel de reglementari in Egipt, Grecia, Imperiul Roman, Orientul Apropiat, Spania etc. Una di calitatile cursurilor de apa este energia potentiala si cintica a acestora, care insa din antichitate a fost folosita pentru usurarea muncii colectivitatilor omenesti. Sunt cunoscute mori pentru macinat, ciocane pentru sfaramat minereurile, pentru producerea de tesuturi pentru imbracaminte etc.

Odata cu explozia industriala din secolul XIX , cans s-a inceput introducerea masiva a utilizarii energiei electrice si a fost posibila despartirea sursei de producere a energiei de locul de consumare a ei, s-au dezvoltat centrale hidroelectrice care sa foloseasca energia cursurilor de apa.

In secolul XX, odata cu dezvoltarea industriala pe baza de tehnologii noi si a concentrarilor umane in orase mari, a aparut pregnant pericolul de poluare a cursurilor de apa, poluarea care face practic inutilizabile volume mari de apa. In consecinta protectia calitatii apelor a devenit o activitate majora, ea fiind in multe tari, im special a celor dezvoltate, preponderenta fata de gestiunea cantitativa a apei.

In majoritatea tarilor apele curgatoare si marea teritoriala cu toate calitatile lor, inclusiv cele energetice, sunt considerate bunuri publice de interes major care nu pot fi vandute ci explorarea lor este posibila sa fie realizata numai pri concesionare sau inchiriere a obiectelor respective.

Hidroenergetica este un domeniu tehnic interdisciplinar, aflat la confluenta dintre mediul inconjurator geologic si biologic, tehnologic, economie si viata sociala.Acest sistem presupune rigurozitate si precizie in abordarea etapelor existentei sale. Buna lui functionare aduce bunastare si confort perspective de dezvoltare complexa, dupa cum proasta functionare, necontrolata corespunzator, poate duce la catastrofe. Toate lucrarile hidroenergetice care s-au realizat „in lupta cu natura’’ pentru a stabili si valorifica potentialul apelor, si-au pus amprenta pe insusirile oamenilor care lucreaza in acest sector.

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

Energia hidraulică este, de fapt, o energie mecanică, formată din energia potențială a apei, dată de diferența de nivel între lacul de acumulare și centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mișcare. Exploatarea acestei energii se face curent în hidrocentrale, care transformă energia potențială a apei în energie cinetică, captată apoi cu ajutorul unor turbine hidraulice, care acționează generatoare electrice, pentru a o transforma în energie electrică.

Din punctul de vedere al hidrologiei, energia hidraulică se manifestă prin forța apei asupra malurilor râului. Aceste forțe sunt maxime în timpul inundațiilor, datorită creșterii nivelului apelor; ele determină dislocarea sedimentelor și a altor materiale din albia râului, cauzând eroziune și alte distrugeri.

Hidrocentrale

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

Potențialul hidroenergetic al României era amenajat în 1994 în proporție de cca. 40 %. Centrale hidroelectrice aveau o putere instalată de 5,8 GW, reprezentând circa 40% din puterea instalată în România. Producția efectivă a hidrocentralelor a fost în 1994 de aproape 13 TWh, reprezentând circa 24 % din totalul energiei electrice produse. Actual puterea instalată depășește 6 GW, iar producția este de cca. 20 TWh pe an. Cota de energie electrică produsă pe bază de energie hidraulică este de cca. 22 – 33 %.

Microcentrale și picocentrale hidraulice

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

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

Microcentralele se pot instala pe râuri relativ mici, dar, datorită fluctuațiilor sezoniere de debit ale râurilor, în lipsa barajului debitul râului trebuie să fie considerabil mai mare decât cel prelevat pentru microcentrală. Pentru o putere de 1 kW este necesar, pentru o cădere de 100 m, un debit de 1 l/s. În practică, datorită randamentelor de transformare, este nevoie de un debit aproape dublu, randamentul uzual fiind puțin peste 50 %.

Apa este rareori tratată ca resursă energetică și numai în contextul care abordează energia hidraulică a căderilor de apă sau a mareelor. Dar apa este componenta principală în orice proces convențional de conversie energetică și se anunță ca o resursă energetică principală pentru procesele neconvenționale de conversie.

Din punctul de vedere al naturii apelor, acestea sunt:

– ape de adâncime (de infiltrație și minerale);

– ape de suprafață (apele râurilor, lacurilor, mărilor și oceanelor).

Din punctul de vedere al scopului în care sunt folosite, aceste ape se pot împărți în:

– apă potabilă, folosită pentru uz casnic;

– ape industriale sau tehnologice (pentru diferite procese de fabricație sau pentru producerea aburului în cazane energetice);

– ape reziduale.

Sursa hidro poate fi considerată prima sursă regenerabilă de electricitate.

În albia naturală, energia apei se irosește prin frecarea cu pereții (provocând erodarea solului) și prin frecările și ciocnirile dintre particulele lichide. Valorificarea unei părți din această energie este posibilă numai prin realizarea unei amenajări hidroenergetice, al cărei scop principal este obținerea unei căderi concentrate. Deși amenajările hidroenergetice presupun cheltuieli de investiție ridicate, exploatarea energiei hidraulice este convenabilă, deoarece se face fără poluarea mediului înconjurător și fără consumarea unor substanțe energetice (apa este integral și nealterat restituită ciclului natural), ceea ce duce la cheltuieli de exploatare extrem de scăzute.

Centralele hidroelectrice (CHE) reprezintă instalațiile cele mai simple de obținere a energiei electrice. Purtătorul de energie, apa, este administrată în turbinele CHE din partea amonte a râului (rezervorul de apă format la bararea râului) și trimisă în aval. Prețul de cost al energiei electrice produse la CHE este, în medie, de 4 ori mai mic decât prețul energiei electrice produse în termocentrale, iar recuperarea costului CHE este tot de atâtea ori mai rapidă.

Centralele hidroelectrice au cele mai reduse costuri de exploatare și cea mai mare durată de viață, în comparație cu alte tipuri de centrale electrice. Există o experiență de peste un secol în realizarea și exploatarea lor, ceea ce face ca ele să atingă niveluri de performanță tehnică și economică foarte ridicate. Energia hidraulică nu mai este de mult o promisiune, ci o certitudine pentru toate țările lumii, dezvoltate sau în curs de dezvoltare.

Hidrocentralele prezintă unele particularități, care pot fi sau nu avantajoase. Astfel, principalele avantaje sunt:

– pornire rapidă (cca. 1 – 3 minute);

– funcționare cu performanțe ridicate și la încărcări parțiale.

Principalele dezavantaje sunt:

– nu pot funcționa în perioade de secetă și îngheț;

– performanțele lor sunt dependente de înălțimea de cădere și de debitul de apă al râului;

– construcția lor este foarte costisitoare și se amortizează greu în timp.

Energia apei , la fel ca si energia vantului a fost folosita de catre om inca din cele mai vechi timpuri. Oamenii s-au folosit de energia apei cu ajutorul morilor de apa(figura 1.1.1), care ereau intrebuintate la macinatul cerealelor. Astazi, energia apei este captata si transformata in electricitate de catre hidrocentrale. Hidrocentralele, pentru a produce electricitate, au nevoie in permanenta de un volum mare de apa, de aceea sunt asezate pe rauri. Apa curge cu mare putere si invarteste turbina care este conectata la generator,transformand astfel energia apei in electricitate.

Figura 1.1.1 Moara de apa

Centralele hidro electrice au cele mai reduse costuri de operare si ce mai mare durata de viata in comparatie cu alte tipuri de centrale electrice. Exista o experienta de peste un secol in realizarea si exploatarea lor, ceea ce face ca ele sa atinga niveluri de performanta tehnica si economica foarte ridicate. Energi hidro nu mai este de mult o promisiune, ci o certitudine pentru toate tarile lumii, dezvoltate sau in curs de dezvoltare.