În capitolul doi am abordat principalele tipuri de energii regenerabile: energia solară, eoliană, hidraulică, din biomasă și energia geotermală. [307759]

Introducere

Toți oamenii de pe planetă sunt consumatori de energie într-o [anonimizat] a [anonimizat]. Ca urmare a epuizării accelerate a surselor de combustibili fosili, a degradării mediului ce rezultă din consumul lor și a cresterii continue a cererii la nivel mondial, s-a creat tendința de migrare cât mai rapidă către surse de energie regenerabile.

Am ales această temă pornind de la două idei. În primul rând consider că nu putem ignora consecințele datorate consumului de energie asupra ecosistemelor planetei precum și asupra climei. [anonimizat], [anonimizat], frumoase dar și cu costuri de întreținere cât mai mici. [anonimizat].

În primul capitol sunt prezentate câteva noțiuni despre energiile regenerabile: definiții, un scurt istoric precum și avantajele dar și dezavantajele utilizării acestora.

În capitolul doi am abordat principalele tipuri de energii regenerabile: [anonimizat], hidraulică, din biomasă și energia geotermală.

Capitolul trei cuprinde sistemele de energii regenerabile care pot fi folosite pentru locuințe. [anonimizat]-[anonimizat] a biomasei pentru obținerea energiei termice. Deasemenea am vorbit despre sistemele energetice bazate pe energii regenerabile care pot fi conectate la rețeaua națională și cele independente de această rețea.

În capitolul patru am vorbit despre utilizarea energiilor regenerabile în România și despre programele implementate în țara noastră de dezvoltare a domeniului energiilor regenerabile pentru locuințe. La sfărșitul acestui capitol am adăugat principalii producători și furnizori de sisteme de energii regenerabile pentru uz casnic din țara noastră

Capitolul 1. Energia regenerabilă

1.1. [anonimizat] a [anonimizat] (energie solară), vântul (energie eoliană), râurile (energie hidroelectrică), izvoarele termale (energie geotermală), mareele (energia mareelor) și biomasa (biocombustibili).

[anonimizat], vântul, ploia, [anonimizat] (completate în mod natural).

Având în vedere încălzirea globală și necesitatea de a [anonimizat]. [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat] o alternativă privilegiată de dezvoltare.

Energiile regenerabile desemnează toate resursele care sunt formate sau reînnoite mai repede decât sunt consumate. [anonimizat], [anonimizat]. Curate și practic inepuizabile, participă pe deplin la tranziția energetică.

Energia electrică reprezintă aproximativ 50% din energia utilizată în gospodării, dar creează aproximativ 87% din emisiile de gaze cu efect de seră. Cea mai mare parte este generată de arderea combustibililor fosili neregenerabili: cărbune, petrol, gaze naturale și gaze petroliere lichide (GPL).

Sistemele curate de energie electrică regenerabilă sunt din ce în ce mai accesibile pentru proprietarul unei gospodării, fie instalate acasă, fie conectate la rețea, fie achiziționate ca GreenPower.

Energia regenerabilă poate fi folosită și pentru încălzirea și răcirea locuinței, apă caldă și chiar pentru gătit. Sistemele de energie regenerabilă utilizează surse de energie regenerabile pentru a produce energie electrică cu emisii foarte reduse de gaze cu efect de seră. Aceste surse, cum ar fi soarele, vântul și apa, sunt refăcute în mod natural, dar nu sunt disponibile în mod continuu. În sistemele de sine stătătoare, electricitatea de rezervă poate fi furnizată de la bateriile de stocare sau de la generatoare. Pentru sistemele conectate la rețea, electricitatea bazată pe combustibil fosil poate acționa ca rezervă atunci când sistemele regenerabile nu generează.

La scară largă acum există modalități din ce în ce mai inovatoare și mai puțin costisitoare de a capta și reține energia eoliană și solară, energiile regenerabile devenind o sursă de energie importantă. Extinderea energiilor regenerabile se întâmplă și la scără mai mică, cum ar fi panouri solare instalate pe acoperiș, generatoare eoliene interne, micro generatoare hidraulice.

1.2. Scurt istoric al energiei din surse regenerabile

Chiar dacă energia regenerabilă este adesea gândită ca o tehnologie nouă, exploatarea forței naturii a fost folosită de mult timp pentru încălzire, transport, iluminat și multe altele. Vântul a alimentat bărcile pentru a naviga pe mări și mori de vânt pentru a macina cereale. Soarele a furnizat căldură în timpul zilei și a ajutat la aprinderea incendiilor să dureze până seara.

Înainte de descoperirea depozitelor de cărbune, în perioada Revoluției industriale, cea mai mare parte a energiei folosită pentru iluminat și încălzire provenea din surse regenerabile. Apoi a fost descoperit cărbune, care a alimentat revoluția industrială în lumea de vest, și mai târziu s-a ajuns la extracția petrolului în cantități mai mari, ceea ce a dus la o accelerare a tehnologiilor care s-au dezvoltat în secolul XX.

Istoria utilizării energiei solare

Oamenii au exploatat energia solară de secole. Încă din secolul al VII-lea î.Hr., oamenii foloseau lupele simple pentru a concentra lumina soarelui pe grinzi astfel încât provoca lemnul să ia foc. În urmă cu peste 100 de ani, în Franța, un om de știință folosea căldura de la un colector solar pentru a produce abur pentru a un motor care funcționa cu abur.

La începutul acestui secol, oamenii de știință și inginerii au început să cerceteze modalități de utilizare a energiei solare cu seriozitate. O dezvoltare importantă a fost un cazan solar extrem de eficient inventat de Charles Greeley Abbott, astrofizician american, în 1936. Încălzitorul de apă solar a câștigat popularitate la începutul anilor 1920 și a fost folosit până la mijlocul anilor '50, când gazul natural low-cost a devenit combustibilul principal pentru încălzirea caselor americane. Guvernele publice și mondiale au rămas în mare măsură indiferent de posibilitățile energiei solare până la lipsa de petrol din anii ’70. Astăzi oamenii folosesc energia solară pentru a încălzi clădirile și apa și pentru a genera energie electrică.

Istoria utilizării energiei eoliene

Energia eoliană este utilizată de omenire de mii de ani. Încă la începuturile civilizației, energia eoliană era folosită în navigare. Se crede că egipteni antici navigau chiar și acum 5000 de ani. Prin anii 700 d.Hr. pe teritoriul actual al Afghanistanului mașini eoliene cu axă verticală de rotație erau folosite pentru măcinarea cerealelor. Morile de vânt puneau în funcțiune sistemele de irigație de pe insula Creta din Marea Mediterană. Morile de vânt au fost considerate unul dintre cele mai importante progrese tehnologice ale Evului Mediu.

În secolul XIV olandezii, modernizînd modelul morilor de vânt răspândite în Orientul Mijlociu, au început să le utilizeze pe scară largă pentru măcinarea cerealelor (Fig.1.1).

Fig. 1.1. Moară de vânt

Pompa de apă pusă în funcțiune de energia eoliană a fost inventată în 1854, în Statele Unite ale Americii. Era un model similar de moară de vânt cu o mulțime de palete și o giruietă pentru a determina direcția vîntului.

În timpul iernii 1887-1888, Charles Brush (1848-1929) a construit ceea ce astăzi este considerat a fi prima turbină eoliană pentru producerea de energie electrică (Fig. 1.2). Turbina avea un rotor de 17 m diametru și paletele realizate din lemn de cedru. Turbina a funcționat timp de 20 de ani și in pofida dimensiunilor mari, generatorul avea o capacitate de producție de doar 12 KW.

Fig. 1.2 Turbina eoliană a lui Charles Brush

Prin 1940 în SUA funcționau peste 6 milioane de astfel de mori de vânt, utilizate pentru pomparea apei și producerea de energie electrică.

Exploatarea cu succes a teritoriilor din vestul SUA a fost facilitată inclusiv datorită acestor mori de vînt, care furnizează apă pentru fermele zootehnice.

Totuși la mijlocul sec. XX utilizarea pe larg a morilor de vânt a încetat, deoarece au apărut surse noi, moderne de energie: petrolul, gazul natural…

Energia vântului se folosește pe larg în țările cu climă eoliană favorabilă, cu relief plat și în care se simte necesitatea altor resurse energetice naturale, cum ar fi petrolul, gazele, cărbunele. Printre țările înaintate în domeniul folosirii energiei eoliene se numără, în primul rând, Germania, Danemarca, Spania, SUA. Lider mondial este Germania, care în anii ‘90 ai secolului trecut a renunțat la construcția centralelor atomoelectrice și, în scurt timp, au fost construite peste 8700 de agregate electrice eoliene MW, randamentul cărora depășește randamentul centralei atomoelectrice de 3000 MW. Puterea unei unități în serie a agregatelor electrice eoliene a crescut în ultimul timp de la 400 kW la 2,5-3 MW. Printre țările înaintate în domeniul folosirii energiei vântului se află și India, unde în prezent au fost construite tot atîtea turbine de vânt ca și în Danemarca. Producția centralelor electrice eoliene a devenit un sector important al exportului Danemarcei și Germaniei. În decursul ultimilor 10 ani această ramură a asigurat cu locuri de muncă peste 50 000 de oameni în Europa și s-a dezvoltat mai repede decât domeniul telecomunicațiilor (telefonia mobilă).

Istoria evoluției hidroenergeticii

Datorită circuitului apei în natură, întreținut automat de energia Soarelui, energia apei este o formă de energie regenerabilă. Resursele energetice ale cursurilor de apă au fost utilizate încă din antichitate în scopul producerii de energie mecanică pentru mori, irigații, etc. Morile de apă (Fig. 1.3) au reprezentat primele exemple de utilizare a energiei regenerabile, acestea utilizând energia apelor curgătoare pentru a acționa roata de apă, unealta de lucru a instalației.

Fig. 1.3 Moară de apă

Morile de apă au fost folosite de greci și romani pentru a zdrobi, măcina și iriga. Primele roți de apă de la mori au folosit pur și simplu cursul apei (căderea apei unui râu) pentru a le învârti, acestea la rândul lor acționând niște pietre de moară care striveau boabele de grâu sau de porumb. Mai târziu oamenii și-au dat seama că mult mai multă energie putea fi produsă dacă apa curgea din partea de sus a roții și dacă ea cădea de la o distanță considerabilă. Prin sec al XIX lea, roata Pelton, turbina Kaplan și alte dispozitive au fost modificate pentru a corespunde unor debite și căderi diferite ale apei. În 1849, inginerul James Francis a inventat prima turbină modernă, care a rămas până în ziua de astăzi cea mai folosită. (Fig. 1.4)

Fig. 1.4 a.Roata Pelton, b.Turbina Kaplan, c. Turbina Francis

De la transformarea energiei hidraulice în energie mecanică și până la transformarea ei în energie electrică a fost necesar un mare progres al științei și tehnicii. Descoperirea electricității a deschis noi posibilități pentru folosirea energiei apei.

Exploatarea acestei energii se face în hidrocentrale (Fig. 1.5) care transformă energia potențială a apei în energie cinetică, pe care apoi o captează cu ajutorul unor turbine hidraulice ce acționează generatoare electrice care o transformă în energie electrică.

Fig. 1. 5. Hidrocentrală

Istoria utilizării energiei geotermale

Multe popoare străvechi au descoperit și au folosit izvoarele fierbinți pentru îmbăiere, gătit și încălzire. Apa provenită din izvoarele termale este acum utilizată la nivel mondial în stațiuni balneare, pentru încălzirea clădirilor și pentru uz agricol și industrial. Mulți oameni cred că izvoarele minerale calde au puteri naturale de vindecare.

Energia geotermală este adesea asociată cu izvoarele fierbinți, gheizerele și cu activitatea vulcanică, de exemplu în Islanda sau Noua Zeelandă. În 1904 a fost construită prima centrală geotermală cu abur uscat – în Larderello, Toscana (Italia). Astăzi, această centrală furnizează energie electrică pentru aproape un milion de gospodării.

Energia geotermală este utilizată la scară comercială din jurul anilor 1920, când a început să fie utilizată în special căldura apelor geotermale sau cea provenită din gheizere (Fig.1.6.), pentru încălzirea locuințelor sau a unor spații comerciale.

Fig. 1.6. Gheizerul Strokkur, Islanda

Istoria utilizării biomasei

De-a lungul celei mai mari perioade din istoria omenirii și a preistoriei, s-a ars ceea ce astăzi ar fi cunoscut drept „masă bio”: material vegetal precum lemn, iarbă, mușchi și așa mai departe, pentru ca oamenii să-și alimenteze vatra și mai târziu, casele de locuit. Din punct de vedere istoric, biomasa reprezintă prima formă de energie care a fost utilizată de către om, în momentul descoperirii focului. Energia înglobată în biomasă poate fi eliberată prin metode diverse, dar toate acestea se reduc în cele din urmă la un proces de ardere.

Alte utilizări ale energiilor regenerabile din antichitate includ puterea animalelor (folosirea bovinelor pentru a conduce plugurile sau a deplasa pietrele de moară) și vântul pentru deplasarea navelor cu vele, care au condus comerțul pentru aproximativ 8.000 de ani de istorie umană. Deasemenea, utilizarea surselor de apă, cum ar fi crearea de baraje pentru a valorifica puterea mișcării fluide a apei, nu este o idee nouă.

1.3. Energia regenerabilă versus energia convențională

Există nouă domenii majore ale resurselor energetice. (Fig. 1.7.) Acestea se încadrează în două categorii: neregenerabile și regenerabile. Resursele de energie neregenerabile, cum ar fi cărbunele, uraniul, petrolul și gazele naturale, sunt disponibile în resurse limitate. Acest lucru se datorează, de regulă, duratei lungi de timp pentru ca acestea să fie completate. Resursele regenerabile sunt completate în mod natural și pe perioade relativ scurte de timp. Cele cinci resurse majore de energie regenerabilă sunt solară, eoliană, apă (hidro), biomasă și geotermală.

Fig. 1.7. Resurse energetice

Încă de la începuturile umanității, oamenii au folosit surse regenerabile de energie pentru a supraviețui – lemn pentru gătit și încălzire, vânt și apă pentru măcinarea cerealelor și Soarele pentru aprinderea incendiilor. O dată cu revoluția industrială, adică cu ceva mai mult de 150 de ani în urmă, oamenii au creat tehnologia pentru a extrage energie din vechile resturi fosilizate de plante și animale. Aceste surse, foarte bogate în unele locuri dar limitate, de energie (cărbune, petrol și gaze naturale) au înlocuit rapid lemnul, vântul, energia solară și apa ca principale surse de combustibil.

Combustibilii fosili sunt o sursă valoroasă de energie. Sunt relativ ieftine ca tehnologie de extragere. De asemenea, pot fi depozitate și expediate oriunde în lume. Un alt avantaj este că centralele care le folosesc sunt capabile să producă mai multă energie la cerere.

Cu toate acestea, arderea combustibililor fosili este dăunătoare pentru mediu. Atunci când cărbunele și petrolul sunt arse, ele eliberează particule care pot polua aerul, apa și pământul.

Multe surse de energie neregenerabile pot pune în pericol mediul înconjurător sau sănătatea umană. De exemplu, forajul petrolier poate duce la deversări petroliere accidentale, ceea ce înseamnă adevărate catastrofe pentru mediu. Tehnologia de fracturare hidraulică prin care se extrag gazele naturale poate provoca cutremure și poluarea apei, iar centralele de cărbune produc poluarea aerului în zonele unde sunt amplasate.

Sursele de energie care nu sunt regenerabile se găsesc, de obicei, în anumite părți ale lumii, ceea ce duce la dependența unor țări de exporturile din țările bogate în combustibili fosili. În schimb, fiecare țară are acces la soare și vânt.

Deși nu creează nici o poluare a aerului sau nu emite dioxid de carbon, ci generează energie prin fisiunea nucleară (procesul de divizare a atomilor de uraniu), energia nucleară este considerată totuși o resursă de energie neregenerabilă.

Acest lucru se datorează faptului că atât exploatarea uraniului, precum și construirea de centrale nucleare sunt consumatoare de energie. Alte dezavantaje ale energiei nucleare sunt cantitatea finită de depozite de uraniu de pe planetă și producerea deșeurilor nocive din reactoarele nucleare care trebuie stocate cu mare grijă.

Energia alternativă reprezintă o variantă durabilă de dezvoltare, caracterizată ca fiind ecologică și ieftină (chiar gratuită, dacă excludem amortizarea investiției). Sursele neconvenționale sunt regenereabile, există permanent în natură și pot fi folosite pentru producția de curent electric dar și pentru apa încălzită în locuințe, dar mai ales sunt folosite la nivel strategic, de țară.

Energia regenerabilă în România se bucură de susținere prin programe de încurajare a acestor investiții. Legislativul stimulează producțea de energie alternativă, pe de o parte obligând furnizorii de energie să achiziționeze o cotă parte de certificate verzi (Legea nr. 134/2012), pe de altă parte finanțând prin programul ”Casa verde” consumatorii care achiziționează sisteme care utilizarea energiei regerabilă (panouri solare pentru încălzirea apei, sisteme fortovoltaice, pompe de căldură).

Resursele naturale, atât convenționale, cât și neconvenționale, sunt importante pentru noi toți. Trebuie să conservăm și să folosim cu atenție resursele naturale. Viitorul nostru depinde de ele.

În contextul actual, caracterizat de creșterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependenței de acești combustibili.

Soluția este folosirea redusă și rațională a surselor de energie tradițională în paralel cu sursele de energie regenerabilă (“energie verde”) care au avantajul că sunt inepuizabile, puțin poluante și nu produc schimbări climaterice.

1.4. Avantajele și dezavantajele utilizării energiei regenerabile

Există avantaje și dezavantaje pentru orice tip de sursă de energie.

Combustibilii fosili constituie o mare parte a pieței energiei actuale, deși apar noi tehnologii regenerabile. Apar în continuare inovații atât în ​​industriile energiilor neregenerabile, cât și în cele din surse regenerabile. Fiecare are beneficii și provocări și se referă la tehnologii unice care joacă un rol în sistemul nostru energetic actual. Din mai multe motive, cum ar fi cantitatea limitată de combustibili fosili și efectele lor asupra mediului, există un interes crescut pentru utilizarea formelor regenerabile de energie și dezvoltarea tehnologiilor pentru a le crește eficiența.

Sursele de energie regenerabile pot produce energie electrică cu un impact mai mic asupra mediului decât sursele tradiționale de combustibil. Este posibilă producerea energiei electrice din surse de energie regenerabilă fără a crea dioxid de carbon (CO2), care este cauza principală a schimbărilor climatice globale. Prin urmare, este importantă energia regenerabilă. Cu toate acestea, există dezavantaje în utilizarea energiei regenerabile în comparație cu sursele tradiționale de combustibil.

Energia eoliană este un tip universal de energie regenerabilă. De asemenea, este una dintre resursele cele mai importante de producere a energiei electrice. Dar în timp ce există beneficii pentru mediu prin utilizarea energiei eoliene, există și o serie de dezavantaje.

Turbinele eoliene sunt zgomotoase și neatractive din punct de vedere vizual. Acestea pot avea un efect negativ asupra mediului fizic care îi înconjoară. Energia eoliană este intermitentă, prin faptul că turbinele sunt dependente de vreme și, prin urmare, nu sunt capabile să genereze electricitate tot timpul.

Energia eoliană este curată și regenerabilă, are costuri de operare reduse și este eficientă în spațiu, însă capacitatea unei centrale eoliene de a genera energie electrică depinde de vreme. Prin urmare, poate fi problematic să se prevadă cu exactitate cât de multă energie electrică va genera o turbină eoliană.

Dacă briza vântului este prea scăzută într-o zi, rotorul turbinei nu se va învârti, ceea ce provoacă o lipsă de energie generată în momentele cererii maxime. Pentru a depăși această problemă, va trebui să existe un fel de stocare de energie, care nu este încă disponibilă.

Turbinele eoliene sunt zgomotoase atunci când funcționează, din cauza funcționării mecanice și a vârtejului eolian care se produce atunci când palele turbinei se învârt. Parcurile eoliene sunt de obicei amplasate în zone pitorești, cum ar fi lanțurile muntoase, văile, lacurile și oceanele. Turbinele eoliene au înălțimi foarte mari, cu palele elicelor deasemenea foarte mari și care se învârte la viteze excesive, speriind și ucigând păsările și liliecii.

Energia solară este o adevărată resursă regenerabilă. Toate zonele lumii au capacitatea de a colecta o cantitate de energie solară, iar energia solară este disponibilă pentru colectare în fiecare zi.

Energia solară este nepoluantă. Nu creează gaze cu efect de seră, cum ar fi energia pe bază de petrol și nici nu creează deșeuri care trebuie stocate, cum ar fi energia nucleară. Sistemele de energie solară de dimensiuni rezidențiale au, de asemenea, un impact foarte mic asupra mediului înconjurător, în contrast cu alte surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană și hidroelectrică.

Panourile solare nu au piese în mișcare și necesită o întreținere foarte mică dincolo de curățarea obișnuită. După costurile inițiale de instalare a panourilor, costurile de întreținere și reparații sunt foarte rezonabile.

Energia solară rămâne o formă de producere a energiei mai puțin folosită în multe țări din cauza unor dezavantaje destul de importante:

Cea mai mare problemă de utilizare a energiei solare este în principal costul implicat. În ciuda progreselor înregistrate în tehnologie, panourile solare rămân destul de costisitoare. Chiar și atunci când costul panourilor este ignorat, sistemul necesar pentru stocarea energiei pentru utilizare poate fi, de asemenea, destul de costisitor.

Deși o parte din energia solară poate fi colectată chiar și în cele mai înnorate zile, colectarea eficientă a energiei solare depinde de lumina soarelui. Chiar și câteva zile înnorate pot avea un impact major asupra unui sistem energetic, mai ales odată cu faptul că energia solară nu poate fi colectată noaptea.

În timp ce unele zone ar beneficia de adaptarea energiei solare, alte părți ale lumii ar beneficia puțin de beneficiile sistemelor solare actuale. Panourile solare necesită încă lumina directă a soarelui pentru a colecta cantități mari de energie, iar în multe zone ale lumii există doar câteva zile care vor alimenta eficient un sistem.

Depozitarea energiei este costisitoare, dar sistemele de stocare, cum ar fi bateriile solare, fac ca energia solară să fie mai stabilă decât energia eoliana, dar tehnologia solară este costisitoare.

Procesele de fabricațieale panourilor solare emit gaze cu efect de seră, cum sunt trifluorura de azot și hexafluorura de sulf. Deoarece acestea sunt gaze cu efect de seră puternice, au impact de mii de ori mai negativ asupra încălzirii globale în comparație cu dioxidul de carbon.

Energia hidraulică este cea mai folosită dintre sursele regenerabile de energie.

Realizarea amenajărilor hidroenergetice oferă, prin lucrările de infrastructură o serie de beneficii, printre care:

atenuarea undelor de viitură și de protecție împotriva inundațiilor

asigurarea alimentării cu apă potabilă și industrială

asigurarea sistemului de irigații, datorită lacului de acumulare

dezvoltarea turismului, a pisciculturii

crearea de locuri de muncă.

Principiul pe care se bazează o hidrocentrală este conversia energiei hidraulice în energie electrică. Această conversie nu este poluantă, presupune cheltuieli relativ mici de întreținere, nu implică folosirea unui combustibil și constituie o solutie de lungă durată.

Centralele hidroelectrice au cele mai reduse costuri de exploatare și cea mai mare duratã de viată în comparație cu alte tipuri de centrale electrice.

Dar există și dezavantaje ale sistemelor hidrolectrice:

Centrala hidroelectrică presupune crearea unui lac de acumulare, care produce dereglări ale climei, florei și faunei din zonă, prin modificarea regimului precipitațiilor, lucru care poate determina dispariția unor specii de plante și animale.

Construirea unei hidrocentrale este costisitoare și uneori poate genera conflicte când sunt amplasate în parcuri naționale sau sunt necesare expropieri.

Construirea unei hidrocentrale mari poate insemna inundarea unei zone mari, datorită creșterii nivelului apei din lacul de acumulare.

Biomasa este o sursă regenerabilă de energie, derivată din arderea deșeurilor vegetale și animale. Aproape toate industriile, inclusiv agricultura, silvicultura, școlile, universitățile, municipalitățile, hotelurile, stațiunile, locurile de sport, spitalele, produc deșeuri care pot fi transformate în căldură și electricitate.

Avantajul biomasei asupra celorlalte surse de energie regenerabilă constă în faptul că poate fi ușor stocată. Deasemenea biomasa este mai durabilă decât combustibilii fosili, deoarece CO2 pe care îl eliberează este echilibrat de CO2 absorbit în creșterea plantelor.

Argumentele în favoarea utilizării energetice a biomasei sunt atît de natură a protecției mediului, cît și de natură socioeconomică, prin ocuparea și stabilizarea forței de muncă a fermierilor în zonele de cultivare a plantelor cu valorificare energetică, materie primă cu caracter regenerativ. În același timp, pot fi valorificate terenurile necultivate din cauza supraproducției agricole, terenurile degradate sau pădurile defrișate.

Producerii energiei din biomasă are și dezavantaje, cum ar fi cantitatea de spațiu de care are nevoie. Este necesară o cantitate mare de pământ și apă pentru a produce anumite culturi de biomasă. După cultivarea plantelor, produsul necesită o cantitate semnificativă de spațiu de depozitare înainte de a fi transformat în sursă de energie. Alocarea de noi terenuri agricole pentru combustibil în locul alimentelor devine din ce în ce mai greu de justificat.

Energia biomasei este costisitoare, inclusiv forța de muncă implicată și costurile de transport. Deasemenea, arderea biomasei poate avea impact negativ asupra mediului înconjurător (produce gaze cu efect de seră).

Numeroase studii au concluzionat că puterea valurilor poate fi folosită pentru producerea energiei. Dar operarea în ocean este mult mai problematică decât pe uscat. Apa sărată este un mediu ostil pentru instalații, iar valurile prezintă o provocare pentru acumularea de energie, deoarece undele nu numai că trec pe lângă un dispozitiv, ci și în sus și în jos.

Energia geotermală poate fi valorificată în foarte puține locuri unde magma apare relativ aproape de suprafață și încălzește apa freatică. Apa fierbinte fierbinte poate fi adusă la suprafață, unde conținutul său de căldură este folosit pentru încălzirea clădirilor sau pentru generarea de electricitate. Energia geotermală este o sursă regenerabilă, atâta timp cât furnizarea apei subterane disponibile pentru a fi încălzită în pământ nu este epuizată prin pompare excesivă.

Unele instalații geotermale produc deșeuri solide care trebuie aruncate în siturile aprobate, deși unele produse secundare pot fi recuperate și reciclate.

Capitolul 2. Tipuri de energie regenerabilă

O sursă de energie regenerabilă înseamnă energie durabil, adică o sursă care nu poate fi epuizată, precum soarele, vântul, apa. Energia alternativă sau regenerabilă provine din procese naturale care pot produce în mod fiabil energie ieftină cu impact minim asupra mediului.

Cele mai populare surse de energie regenerabilă sunt în prezent:

Energia solară

Energia eoliană

Hidroenergia

Energia valurilor

Energia geotermală

Energia biomasei

2.1. Energia solară

Lumina Soarelui este una dintre cele mai abundente și libere resurse energetice ale planetei noastre. Soarele, care este de așteptat să existe încă șase miliarde de ani, în comparație cu durata de viață a omului, pare să dureze pentru totdeauna. Acest lucru face ca energia solară să fie o sursă fiabilă. În fiecare zi Soarele radiază sau trimite o cantitate enormă de energie. Cantitatea de energie solară care ajunge la suprafața Pământului într-o oră este mai mare decât necesarul total de energie al planetei pentru un an întreg.

Toată această energie provine din interiorul Soarelui însuși. Ca și alte stele, soarele este o bilă mare de gaz formată în mare parte din hidrogen și heliu. Soarele generează energie în miezul său într-un proces numit fuziune nucleară. În timpul fuziunii nucleare, presiunea extrem de ridicată a soarelui și temperatura înaltă (15,6 milioane grade Kelvin) fac ca atomii de hidrogen să se despartă și nucleele lor (miezurile centrale ale atomilor) să fuzioneze sau să se combine. Patru nuclee de hidrogen fuzionează pentru a deveni un atom de heliu. Dar atomul de heliu cântărește mai puțin decât cele patru nuclee care s-au combinat pentru a-l forma, astfel că în timpul fuziunii nucleare, o parte din materie se pierde. Materia pierdută este emisă în spațiu ca energie radiantă (lumină și cădură).

Este nevoie de milioane de ani pentru ca energia din miezul soarelui să-și croiască drumul către suprafața solară și apoi puțin peste opt minute să parcurgă cele 93 de milioane de mile pe pământ. Energia solară călătorește spre pământ cu o viteză de aproximativ 3×108 metri pe secundă, viteza luminii.

Energia solară este sursa ce menține viața pe planeta noastră. Soarele încălzește atmosfera și suprafața Pământului. Datorită energiei solare pe planeta noastră se formează vântul, circuitul apei în natură, se încălzesc mările și oceanele, se dezvolta plantele și animalele, s-au format combustibilii fosili. Energia solară poate fi transformată în căldură sau frig, în energie mecanică sau electrică. Soarele radiază o cantitate enormă de energie – aproximativ 1,1 x 1020 kW/h pe secundă. 1 kilowatt/oră reprezintă cantitatea de energie necesară pentru funcționarea unui bec cu puterea de 100 de wați timp de 10 ore. Straturile exterioare ale atmosferei Pământului opresc aproximativ o milionime din energia emisă de Soare. Cu toate acestea, din cauza reflectării, difuzării și absorbției de către gazele atmosferice, doar 47% din energia totală atinge suprafața Pământului.

Cantitatea de energie solară, ajunsă pe Pământ depinde de mai mulți factori:

Poziția geografică

Cantitatea de energie solară ajunsă la Pământ este influențată și de mișcările Pământului, adică depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului. La amiază, când Soarele se găsește la o înălțime mare, calea parcursă de razele solare prin atmosferă este mai scurtă decât dimineața sau seara (Fig. 2.1.). Evident, cantitatea de radiație difuză și absorbită este mai mică, iar la suprafața Pământului ajunge o cantitate mai mare de energie. Același lucru se întâmplă în anotimpul de vară, comparativ cu iarna sau toamna.

Fig. 2.1. Înălțimea Soarelui deasupra orizontului

Cantitatea de energie solară ce ajunge la Pământ depinde și de poziția geografică a teritoriului: cu cât este mai aproape de ecuator, cu atât aceasta este mai mare.

Nebulozitatea

Cantitatea de radiație solară ce ajunge la suprafața Pamântului depinde atât de poziția Soarelui în timpul zilei și al anului, cât și de condițiile meteorologice diferite. Norii sunt principalul fenomen atmosferic care determină cantitatea de radiație solară ce ajunge la suprafața Pamântului. În orice loc de pe Pământ radiația solară scade, dacă înnourarea crește. În consecință, țările cu vremea noroasă dominantă primesc o cantitate mai mică de radiație solară decât regiunile de deșert, unde vremea este în cea mai mare parte senină. Formarea norilor este condiționată în mare parte de particularitățile terenului local: prezența munților, a mărilor și oceanelor, precum și a lacurilor mari. Prin urmare, cantitatea de radiație solară, primită în aceste zone și în regiunile învecinate, poate fi diferită. De exemplu, la munte cantitatea de radiație solară este mai mică decât în regiunile vecine și pe câmpii. Vânturile, care bat în direcția munților, asigură ridicarea aerului pe pantă, răcirea lui și, în consecință, crește umiditatea aerului și se formează norii. Cantitatea de radiație solară în zonele de litoral de asemenea se deosebește de cea înregistrată în regiunile din interiorul continentului.

Cantitatea de energie solară ajunsă în timpul zilei depinde în mare măsură de condițiile meteorologice locale. În condiții de cer senin în Europa Centrală cantitatea de radiație solară poate ajunge la 1000 W/m2 la amiază (în condiții meteorologice deosebit de favorabile, această cifră ar putea fi mai mare), în timp ce pe timp noros ea este mai mică de 100 W/m2, chiar și la amiază.

Poluarea

Activitatea omului poate limita ca și fenomenele naturale, cantitatea de radiație solară ajunsă la suprafața Pămantului. Smogul urban, fumul de la incendiile forestiere și cenușa aruncată în aer în urma activității vulcanice reduc posibilitatea de utilizare a energiei solare, deoarece crește cantitatea radiației solare difuze și absorbite. Adică, acești factori influențează mai mult radiația solară directă și nu pe cea totală. Dacă poluarea aerului este ridicată (de exemplu, în caz de smog), radiația directă se reduce cu 40%, iar cea totală – doar cu 15-25%. Erupțiile vulcanice majore pot reduce pe suprafețe considerabile radiația solară directă cu 20%, iar cea totală – cu 10% pentru o perioadă de la 6 luni la 2 ani.

Energia radiației solare se poate converti direct în energie termică (căldură) și în energie electrică. Lumina solară poate fi convertită direct în electricitate, folosind modulele fotovoltaice, sau indirect, concentrând puterea solară, ceea ce în mod normal se axează pe energia Soarelui de a fierbe apa, care este apoi folosită pentru a produce aburi utilizați în centralele termosolare ce produc energie electrică, precum și alte tehnologii.

Celule și modulele fotovoltaicele au fost inițial folosite pentru a alimenta aplicații mici și mijlocii ca mărime, de la calculatoare alimentate de o singură celulă solară la rețelele de case alimentate de o serie de panouri fotovoltaice. Singura problemă semnificativă este costul de instalare. Însă, pentru a furniza permanent energie, energia solară poate fi combinată cu alte surse de energie. Sistemele de concentrare a energiei solare folosesc lentile sau oglinzi în sisteme de canalizare pentru a focaliza un flux mare de lumina de la Soare într-un fascicul mic. Căldura concentrată este apoi folosită ca sursă de căldură pentru o centrală electrică cu ciclu tradițional de producere a energiei electrice. O celulă/baterie solară, sau celula fotovoltaică, este un dispozitiv care convertește direct lumina în curent electric folosindu-se de efectul fotoelectric.

Energia solară este prototipul unei surse de energie ecologice. Nu consumă niciuna din resursele noastre de energie prețioase, nu aduce nici o contribuție la poluarea aerului, a apei sau a zgomotului, nu prezintă un pericol pentru sănătate și nu contribuie la producerea deșeurilor nocive pentru mediu.

Există și alte avantaje: energia solară nu poate fi stocată sau controlată de nici o națiune și se va termina când Soarele va înceta să mai strălucească.

2.2. Energia eoliană

Vântul este pur și simplu aer în mișcare. Mișcarea aerului este cauzată de încălzirea neuniformă a suprafeței Pământului de către Soare. Deoarece suprafața Pământului este alcătuită din zone de pământ, deșert, apă și pădure, acestea absorb diferit radiațiile soarelui. În timpul zilei, aerul de deasupra pământului se încălzește mai repede decât aerul de deasupra apei. Aerul fierbinte de pe uscat se ridică, iar aerul de la suprafața apei care este mai rece și mai greu, se grăbește să-i ia locul, creând vânturi locale. Noaptea, vânturile sunt inversate, deoarece aerul se răcește mai rapid la suprafața pământului decât la suprafața apei.

În mod similar, vânturile mari atmosferice care înconjoară Pământul sunt create pentru că zonele din apropierea ecuatorului sunt încălzite mai mult de Soare decât cele din apropierea Polilor Nord și Sud.

Astăzi oamenii pot folosi energia eoliană pentru a produce energie electrică. Vântul este denumit o sursă de energie regenerabilă, deoarece nu vom rămâne niciodată fără vânt, atâta timp cât există Soarele.

Așadar, energia eoliană este derivată din cea solară, în urma încălzirii inegale a suprafeței Pământului. În fiecare oră, Pământul primește 1×1014 kW/h de energie solară. Din această cantitate circa 1-2% este transformată în energie eoliană. De mii de ani omenirea utilizează energia eoliană. Vântul a suflat pânzele corăbiilor, a pus în funcțiune morile de vânt. Energia vântului a fost întotdeauna disponibilă în aproape toate colțurile Pământului. Energia eoliană este ecologică: la utilizare nu au loc emisii de deșeuri periculoase, nici radioactive.

Prin noțiunea de energie eoliană se înțelege procesul de conversie a energiei cinetice a maselor de aer, în lucru mecanic cu ajutorul motoarelor eoliene (turbine eoliene) care acționează convertoare electromecanice (generatoare) pentru producerea energiei electrice. Cea mai mare parte din energia stocată în fluxurile de vânt poate fi găsită la altitudini ridicate, unde apar vânturi permanente cu viteze de peste 160 km/h.

Mașina eoliană de astăzi care se numește turbină eoliană este foarte diferită de moara de vânt de ieri. Pe lângă schimbarea numelui au apărut schimbări și în utilizarea și tehnologia morii de vânt. În timp ce morile de vânt au fost folosite în principal pentru a converti energia cinetică a vântului în putere mecanică pentru a măcina cereale sau pentru a pompa apa, turbinele eoliene sunt utilizate în principal pentru a genera electricitate.

La fel ca morile de vânt, turbinele eoliene din zilele noastre folosesc încă palele pentru a colecta energia cinetică a vântului. Palele de vânt funcționează deoarece încetinesc viteza vântului. Vântul trece peste palele de aer provocând ridicare, ca efectul asupra aripilor avionului, determinându-le să se rotească. Palele sunt conectate la un arbore de antrenare care acționează un generator electric pentru a produce energie electrică.

Turbinele eoliene încă se luptă cu ce să facă atunci când vântul nu bate. Turbinele mari sunt conectate la rețeaua de energie electrică – un alt tip de generator care ridică sarcina atunci când nu există vânt. Turbinele mici sunt adesea conectate la generatoarele diesel/electrice sau au uneori o baterie pentru a stoca energia suplimentară pe care o colectează atunci când vântul bate puternic.

Tipuri de turbine eoliene

Turbinele eoliene pot fi clasificate după mai multe criterii, în continuare fiind prezentate doar câteva dintre acestea:

a.După puterea electrică furnizată

– Turbine de putere redusă (sub 100kW) utilizate în principal pentru uz casnic, agricol, etc.; (Fig. 2.2.)

– Turbine de putere mare (peste 100kW) utilizate pentru furnizarea energiei electrice în sistemele energetice naționale. (Fig. 2.3.)

Fig. 2.2. Turbină eoliană de putere mică

Fig. 2.3. Turbină eoliană de putere mare

b.După direcția de orientare a axei

– Turbine cu axă orizontală (cele mai răspândite) având axa paralelă cu direcția vântului (Fig. 2.4.);

– Turbine cu axă verticală (aflate în stadiu de cercetare) având axa perpendiculară pe direcția vântului(Fig. 2.5.).

Fig 2.4. Turbine eoliene cu axă orizontală

Fig 2.5. Turbine eoliene cu axă verticală

Turbinele eoliene cu axa orizontală sunt cele mai utilizate. Ele reprezintă 95% din toate turbinele eoliene. O turbină de vânt orizontală tipică este la fel de înaltă ca o clădire cu 10 etaje și are două sau trei lame care se întind pe 60 de metri. Cele mai mari turbine eoliene din lume au lame mai lungi decât un teren de fotbal! Turbinele eoliene stau înalte și largi pentru a capta mai mult vânt.

Turbinele eoliene cu axă verticală reprezintă doar cinci la sută din turbinele eoliene folosite astăzi. Turbina tipică de vânt verticală are o înălțime de 100 de metri și o lățime de 50 de metri. Cea mai populară turbină eoliană verticală este astăzi turbina eoliană Darrieus, numită după inventatorul său, JGS Darrieus, un inginer francez.

c.După numărul de palete

– Cu două palete (Fig.2.6);

– Cu trei palete (cele mai răspândite)(Fig. 2.4).

Fig.2.6. Turbine eoliene cu două palete

d.După locul de amplasare

– Amplasare terestră (Fig.2.7);

– Amplasare marină (Fig.2.8).

Grupurile marine de turbine eoline prezintă un interes din în ce mai mare datorită faptului că acestea reduc „ocuparea terenului” și datorită intensității sporite a vânturilor.

Fig.2.7. Turbine eoliene terestre

Fig.2.8. Turbine eoliene marine

Energia eoliană este curată. Mașinile eoliene nu produc poluarea aerului sau a apei, deoarece nu se ard combustibil pentru a genera electricitate.

Singurele dezavantaje ale energiei eoliene pot fi efectul unei plante eoliene asupra populațiilor de păsări și impactul său vizual asupra peisajului din jur. Pentru unii, lamele strălucitoare ale mașinilor eoliene sunt ochi de vedere; pentru alții, sunt o alternativă frumoasă la cerul plin de smog.

Vântul, ca sursă de energie primară, nu costă nimic. Această sursă de energie poate fi utilizată descentralizat. Nu este nevoie de linii de distribuție a energiei electrice.

2.3. Energia hidraulică

Apa este una dintre substanțele cele mai răspândite pe planeta Pământ, formând unul din învelișurile acesteia, numit hidrosferă. Apa a apărut în mediul geografic la începutul etapei geologice a dezvoltării planetei, fiind una dintre componentele primare ale mediului pe Terra. Ea a avut un rol important în apariția și menținerea vieții pe Pământ.

Energia hidraulică sau hidroenergia este energia care provine din forța apei în mișcare.

Căderea și curgerea apei pe Pământ fac parte dintr-un ciclu natural continuu numit circuitul apei în natură (Fig.2.9.), care se datorează activității Soarelui. Ca rezultat, apa se evaporă din oceane, mări, organisme, se formează nori, cade sub formă de ploaie sau zăpadă și ajunge înapoi în ocean.

Fig. 2.9. Circuitul apei în natură

Utilizarea apei pentru a produce energie mecanică constituie o practică destul de veche. Apă, căzînd de la înălțime, rotește paletele generatorului și poduce electricitate. Cantitatea de energie produsă de apă depinde de diferența de înălțime. Energia valurilor, a mareelor și curenților oceanici reprezintă alte surse de energie a apei. Rezervele de energie, conservate în ciclul planetar al apei și în valurile oceanice, sunt enorme, însă utilizarea ei este dificilă.

De la transformarea energiei hidraulice în energie mecanică și până la transformarea ei în energie electrică a fost necesar un mare progres al științei și tehnicii. Descoperirea electricității a deschis noi posibilități pentru folosirea energiei apei.

Exploatarea acestei energii se face în hidrocentrale care transformă energia potențială a apei în energie cinetică, pe care apoi o captează cu ajutorul unor turbine hidraulice ce acționează generatoare electrice care o transformă în energie electrică.

O turbină hidraulică este o mașină de forță care transformă energia hidraulică în energie mecanică prin intermediul unui rotor prevăzut cu palete.

Turbinele au fost atașate generatoarelor de electricitate și împreună cu un ansamblu de construcții și alte instalații alcătuiesc o hidrocentrală.

Tipuri de hidrocentrale

Căderea de apă ca parametru, este determinată de diferența de nivel dintre oglinda apei din lacul de acumulare (în spatele barajului) și oglinda apei de jos după ce apa a trecut prin turbină. Astfel hidrocentralele sunt:

-cu o cădere mică de apă – < 15 m, cu debit mare

-cu o cădere mijlocie – 15–50 m, cu debit mijlociu de apă

-cu o cădere mare 50–2.000 m, cu un debit mic de apă

După modul de amplasare, hidrocentralele pot fi:

-de bazin: apa este recoltată prin intermediul unui baraj sau a unui dig; în funcție de capacitatea lor de acumulare sunt centrale: cu acumulare săptămânală, cu acumulare sezonieră, cu acumulare anuală. În perioadele când cererea de energie electrică este redusă apa poate fi acumulată și utilizată atunci când cererea de energie este mare. Controlul acumulărilor de apă aduce avantajul păstrării constante a nivelului râului;

-de apă curgătoare: poziționate pe cursul apei; utilizează apa în mod continuu, avand capacitate de acumulare mică; apa care nu este utilizată deversează peste baraj și este pierdută;

-de acumulare: apa este transportată sus prin intermediul pompelor; se construiesc acolo unde râurile nu alimentează pe cale naturală lacul de acumulare. În prezent acestea constituie singura metodă economică de a acumula mari cantități de energie „electrică“.

În general, o centrală hidroelectrică cuprinde: lacul de acumulare, conductele de transport cu vanele de admisie, turbinele hidraulice, generatoarele electrice, stația de transformare, instalațiile de comandă, instalațiile anexe (Fig.2.10.). Lacul de acumulare poate fi realizat fie prin construirea unui baraj de beton, fie prin construirea unui baraj din pămant și anrocamente în calea unui curs de apă.

Fig. 2.10. Hidrocentrală

Funcționarea unei hidrocentrale

Centralele hidroelectrice exploatează debitele râurilor mari sau căderile foarte mari de apă pe râurile repezi. Principiul lor de funcționare constă în transformarea energiei potențiale a apei captate în lacuri de acumulare în energie mecanică (Fig.2.11.). Din lacul de acumulare, prin conducta forțată, apa cade pe paletele unei turbine hidraulice, rotindu-i axul. Acesta antrenează generatorul electric, care transformă energia mecanică în energie electrică. Transformatorul are rolul de a ridica tensiunea la valori de sute și mii de KV, deoarece, pentru a transporta energia la consumatori, la distanțe mari, pe liniile de înaltă tensiune, diametrul conductorilor liniei trebuie să fie cât mai mic (diametrul conductorului este invers proporțional cu valoarea tensiunii).

Printr-un baraj de acumulare a apei pe cursul unui râu unde poate fi prezentă și o cascadă, se realizează acumularea unei energii potențiale, transformată în energie cinetică prin rotirea turbinei hidrocentralei. Această mișcare de rotație va fi transmisă mai departe printr-un angrenaj de roti dințate generatorului de curent electric, care prin rotirea rotorului generatorului într-un câmp magnetic, va transforma energia mecanică în energie electrică.

Fig. 2.10. Schema de principiu a unei hidrocentrale

Ca avantaje ale hidroenergeticii pot fi menționate capacitatea de reciclare, prețul de cost redus al energiei, lipsa emisiilor poluante în atmosferă. Ca dezavantaje ale hidroenergeticii pot fi evidențiate investițiile enorme în construcția de centrale hidroelectrice și daunele aduse mediului în timpul construcției și funcționării centralelor hidroelectrice.

Apa este numită sursă de energie regenerabilă, deoarece rezervele de apă sunt refăcute de zăpadă și precipitații. Atâta timp cât ploaia va cădea, nu vom rămâne fără această sursă de energie.

2.4. Energia geotermală

Energia geotermală provine de la căldura din Pământ. Oamenii din întreaga lume folosesc energie geotermală pentru a produce energie electrică. Căldura geotermală poate fi utilizată la încălzirea locuințelor, individual sau chiar a unor întregi orașe, la creșterea plantelor în sere, la încălzirea apei în crescătorii de pești, etc.

Energia geotermală reprezintă diverse categorii particulare de energie termică, pe care le conține scoarța terestră. Cu cât mai adînc se coboară în interiorul scoarței terestre, temperatura crește și teoretic energia geotermală poate fi utilizată tot mai eficient, singura problemă fiind reprezentată de adâncimea la care este disponibilă această energie.

Evident, temperatura Pământului crește dinspre suprafață spre centru, unde atinge o valoare de circa 6000°C, care însă nu a fost încă precis determinată de oamenii de știință.

Este de remarcat că 99% din interiorul Pământului se găsește la o temperatură de peste 1000°C, iar 99% din restul de 1% se găsește la o temperatură de peste 100°C.

Aceste elemente sugerează că interiorul Pământului reprezintă o sursă regenerabilă de energie care merită toată atenția și care trebuie exploatată într-o măsură cît mai mare.

Pentru a genera putere din energia geotermală sunt folosite trei tipuri de centrale: cu abur uscat, captatoare și binare.

Centralele cu abur uscat captează aburul din fracturile scoarței și se folosește direct pentru a pune în mișcare o turbină care acționează un generator.

Centralele de captare preiau apa fierbinte (de obicei la temperaturi de peste 200°C) din Pământ și îi dau posibilitatea de fierbere pe măsură ce ajunge la suprafața Pamântului, apoi separă aburul în separatoare de abur și apă, după care trimite aburul printr-o turbină.

În centralele binare apa fierbinte curge prin schimbătoare de căldură, fierbând un fluid organic ce acționează turbina. Aburul condensat și restul de fluid geotermal din toate cele trei tipuri de centrale sunt injectate înapoi în rocă pentru a aduna mai multă căldură.

Pompele de căldură geotermale sunt sisteme ce utilizează utilaje acționate electric pentru a extrage căldură din cei câțiva metri de sol de la suprafața Pământului. Funcționând la fel ca un frigider, acestea utilizează masa termică foarte mare a Pământului pentru a furniza agentului de lucru căldura primară, a cărei temperatură este apoi crescută de circuitul pompei de căldură la un nivel la care poate fi utilizat pentru încălzire. Utilizarea acestora este în special limitată la aplicațiile casnice. (Fig. 2.11.)

Fig. 2.11. Pompă de căldură geotermală

De obicei, energia geotermală se află foarte adânc, în subteran. Geologii folosesc multe metode pentru a găsi resurse geotermale. Aceștia pot studia fotografii aeriene și hărți geologice, pot analiza chimia surselor de apă locale și concentrația metalelor din sol, deasemenea pot măsura variații ale gravitației și ale câmpurilor magnetice. Cu toate acestea, singurul mod în care pot fi siguri că există o resursă geotermală este prin forarea puțurilor pentru a măsura temperaturile subterane.

Cele mai active resurse geotermale se găsesc, de obicei, de-a lungul granițelor majore ale plăcilor, unde se concentrează cutremurele și vulcanii. Cea mai mare parte a activității geotermale din lume are loc într-o zonă cunoscută sub numele de „Inelul de foc al Pacificului” și este delimitat de Japonia, Filipine, Insulele Aleutiene, America de Nord, America Centrală și America de Sud.

Energia hidrotermică, furnizată în mod obișnuit de rezervoarele de apă subterane, este o sursă principală de energie termică utilizată în producerea energiei electrice. Apa este adesea pompată ca abur la suprafața pământului pentru a acționa turbinele care generează electricitate.

Atunci când temperatura unei resurse hidrotermale este în jur de 100C, ea poate fi utilizată direct pentru încălzirea clădirilor, cultivarea culturilor, iazurile de pește cald sau pentru alte utilizări. Majoritatea oamenilor din Islanda și peste 500.000 de oameni din Franța folosesc căldură geotermală pentru clădirile publice, școlile și casele lor. În Statele Unite, pompele de căldură geotermale sunt utilizate în 45 de state pentru încălzirea și răcirea caselor și clădirilor.

Romaânia este a treia țară din Europa ca potențtial geotermal. Pe lângă proprietățile balneoterapeutice pe care le are, apa poate fi folosită și pentru încălzirea locuințelor.

Locuitorii din Beiuș se încălzesc cu apă termală din 2001. Este singurul oraș din țară care se bazează în totalitate pe acest tip de energie pentru încălzirea locuințelor și are proiecte importante de a deveni un adevărat centru ecologic geotermal. Deasemenea, în comuna Lovrin, din județul Timiș, peste 100 de locuinte sunt încălzite cu apa geotermală.

Energia geotermală este numită sursă de energie regenerabilă, deoarece apa este completată mereu de precipitații, iar căldura este produsă continuu de Pământ. Cercetătorii spun că resursele globale de energie geotermală sunt mult mai mari decât resursele de cărbuni, petrol, uraniu, gaze naturale, împreună.

2.5. Energia biomasei

Biomasa este orice materie organică (Fig.2.12.) (lemn, culturi agricole, alge marine, deșeuri animale) care poate fi utilizată ca sursă de energie. Biomasa este probabil cea mai veche sursă de energie. De mii de ani, oamenii au ars lemne pentru a-și încălzi casele și a-și găti mâncarea.

Biomasa își capătă energia de la Soare. În timpul procesului de fotosinteză, lumina solară oferă plantelor energia de care au nevoie pentru a converti apa, dioxidul de carbon și mineralele în oxigen și zaharuri. Zaharurile, numite carbohidrați, alimentează plantele (sau animalele care mănâncă plante) cu energie.

Fig. 2.12. Categorii de biomasă și utilizările ei

Pe parcursul ultimelor secole omenirea a învațat să obțină formele fosile de biomasă, îndeosebi sub formă de carbune, petrol, gaze naturale. Toate tipurile de combustibil fosil, utilizate de către omenire reprezintă biomasa străveche.

Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă incluzând absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii. Biomasa este utilizată în scopuri energetice din momentul descoperirii de către om a focului. Astăzi combustibilul din biomasă poate fi utilizat în diferite scopuri – de la încălzirea încăperilor pînă la producerea energiei electrice și a combustibililor pentru automobile.

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

Pe plan mondial există o amplă activitate de utilizare a biomasei pentru producerea de energie electrică și termică, impulsionată de necesitatea reducerii emisiei de CO2 impuse de politica energetică a Uniunii Europene.

Timp de milioane de ani resturile vegetale se transformă în combustibil. Deși combustibilul extras are aceeași compoziție – hidrogen (H2) și carbon (C) – ca și biomasa ”proaspată”, el nu poate fi clasificat ca resursă energetică regenerabilă, pentru că formarea lui necesită o perioadă lungă de timp.

Plantele pot fi crescute special pentru a fi utilizate ca sursă de energie, fie prin combustie pentru a produce energie termică, fie printr-un proces de transformare în combustibili gazoși sau lichizi, fie pentru a genera energie electrică. Biomasa este considerată o sursă de energie ,,neutră din punctul de vedere al carbonului”, deoarece carbonul emis în timpul combustiei a fost anterior absorbit prin fotosinteză în timpul creșterii plantelor. Dacă culturile sunt plantate din nou, există posibilitatea de a forma un circuit închis. Plantarea de copaci în scopul utilizării acestora ca sursă de combustie a fost utilizată frecvent de-a lungul secolelor, iar utilizarea lor modernă nu este decît o extensie a acestei tradiții.

În țările dezvoltate sunt utilizate tehnologii moderne de valorificare a potențialului energetic al biomasei prin ardere directă sau prin obținerea de combustibili lichizi și gazoși. Sursele de biomasă sunt reprezentate de deșeurile forestiere, deșeurile rezultate din prelucrarea lemnului, resturile vegetale din agricultură și din industria alimentară, reziduuri animale, iar în ultima perioadă – de culturile speciale cu ritm intens de creștere. O tehnologie actuală de valorificare energetică a biomasei este reprezentată de obținerea de biogaz. Avantajul acestei tehnologii constă în utilizarea unui combustibil ecologic.

Biomasa este o sursă de energie regenerabilă, deoarece resursele sale nu sunt limitate. Putem mereu să plantăm copaci și diferite culturi, iar oamenii vor produce întotdeauna gunoi.

Capitolul 3. Energii regenerabile pentru uz casnic

Sistemele de energie regenerabilă utilizează surse de energie regenerabile pentru a produce energie electrică sau termică cu emisii foarte reduse de gaze cu efect de seră. Aceste surse, cum ar fi soarele, vântul și apa, sunt reumplute în mod natural, dar nu sunt disponibile în mod continuu. În sistemele de sine stătătoare, electricitatea de rezervă poate fi furnizată de la bateriile de stocare sau generatoare. Pentru sistemele conectate la rețea, electricitatea bazată pe combustibil fosil predominant furnizată prin rețea, poate acționa ca rezervă atunci când sistemele regenerabile nu generează.

Aceste sisteme pot sa vină în ajutorul consumatorului prin reducerea facturilor pentru diferite utilități (apă, încălzire) și printr-un timp de amortizare scurt în cazul sistemelor de încălzire a apei menajere, adoptarea unui astfel de sistem devinind o investiție extrem de rentabilă în cazul consumatorilor casnici, a hotelurilor, spitalelor etc.

Atât energia solară, cât și energia eoliană pot fi utilizate individual sau în combinație, atunci când ambele resurse sunt suficient disponibile.

3.1. Sisteme de energii regenerabile pentru producerea energiei electrice

Electricitatea generată din surse regenerabile devine din ce în mai accesibilă pentru proprietarul de locuințe, fie instalate acasă, fie conectate la rețea, fie achiziționate ca energie verde.

Aceste sisteme energetice funcționează de obicei cu costuri de funcționare reduse, dar pot fi costisitoare de instalat, deși costurile echipamentelor sunt în general în scădere. Întreținerea poate fi, de asemenea, o problemă de cost pentru sistemele bazate pe baterii. Costul pe kilowatt pe oră (kWh) pentru durata de viață a sistemului include costurile de instalare și întreținere, dar acestea rămân neafectate de creșterile viitoare ale prețurilor la energie și pot acționa astfel ca o formă de asigurare împotriva acestor creșteri.

Proiectarea și instalarea acestor sisteme este o sarcină complexă care necesită cunoștințe de specialitate.

3.1.1. Sisteme fotovoltaice

În viitor, nu va exista o unică sursă de energie, ci mai multe surse regenerabile (și neregenerabile) care vor fi combinate pentru a răspunde cerințelor de electrificare ale planetei. Energia fotovoltaică este una dintre aceste surse. Utilizând celulele solare, este posibilă convertirea directă a luminii solare în electricitate prin procesul fotoelectric.

Fig. 3.1. Componentele unui sistem fotovoltaic

Energia solară fotovoltaică este energia produsă prin celule fotovoltaice solare, care convertesc lumina soarelui direct în energie electrică. Celulele solare erau folosite adesea pentru alimentarea, fără baterii electrice, a calculatoarelor de buzunar și a ceasurilor. Ele sunt fabricate din materiale semiconductoare similare cu cele utilizate în electronică la cipurile semiconductoare din componența dispozitivelor semiconductoare.

Când lumina soarelui este absorbită de aceste celule, energia solară este convertită cu ajutorul participarii particulelor subatomice, iar fluxul dirijat de electroni ce ia naștere reprezintă electricitatea (Fig. 3.2.). Acest proces de conversie a energiei luminii în energie electrică se numește efect fotovoltaic, descoperit de Edmond Bacquerel în 1839.

Efectul fotovoltaic este un fenomen fizic care are loc numai în materiale numite semiconductori. Când particule de lumină numite fotoni lovesc suprafețele semiconductorilor, își transferă energia către electronii acestor materiale, deplasându-i de pe orbită. Dacă semiconductorul este dopat cu impurități potrivite care fac ca electronii să fie atrași spre o suprafață, se stabilește o sarcină electrică, care stă la baza unui curent electric.

Fig. 3.2. Principiul celulei fotoelectrice

Panourile solare fotovoltaice sunt, de obicei, structuri de celule fotovoltaice elementare grupate în module, care conțin aproximativ 40 de celule. Un număr mai mare din aceste module pot forma unități de câțiva metri pătrați. Aceste panouri sunt plate și pot fi montate sub un unghi de expunere către sud, fix, sau pot fi montate pe un dispozitiv autoreglabil de urmărire a soarelui, care să le permită să capteze lumina soarelui în decursul unei întregi zile.

Celulele solare utilizează straturi de materiale semiconductoare doar câțiva microni grosime. Saltul de tehnologie a făcut posibil ca aceste să poată fi integrate perfect în fațade, pe acoperișuri, etc. Unele celule solare sunt proiectate pentru a funcționa cu lumină de soare concentrată. Aceste celule sunt construite bazându-se pe concentrare a luminii folosind o lentilă corespunzător poziționată. Această abordare are atât avantaje și dezavantaje în comparație cu panourile plate. Principala idee este de a folosi foarte puțin costisitoarea parte de semiconductor din panourile fotovoltaice în timp ce colectarea de lumina solara să fie optimizată cât mai mult. Dar, pentru că lentilele trebuie să fie permanent orientate spre soare, utilizarea de colectoare solare concentrate este deocamdată puțin răspândită.

Performanța unei celule fotovoltaice este măsurată după intensitatea curentului electric produs de ea. Din acest motiv panourile solare fotovoltaice au în cel mai bun caz o eficiență de 15%. O eficiență atât de mică a unui panou conduce la un număr mare de panouri necesare și deci înseamnă costuri mai mari. Îmbunătățirea celulelor solare este principalul obiectiv actual și de viitor al industriei fotovoltaice pentru îmbunătățirea randamentului. Primele celule fotovoltaice aveau 4% eficiență și au fost produse în anul 1950. Astăzi a treia generație de panouri fotovoltaice conțin celule cu o eficiență de 20% și se pare că în câțiva ani aceasta să crească.

Mai multe panouri interconectate pot furniza suficientă energie pentru uzul casnic al unei locuințe. Deoarece lumina soarelui este distribuită uniform, orice clădire are potențialul de a genera local electricitate. Acoperișul este locul cel mai convenabil de montare a celulelor solare, dacă este corect orientat pentru a primi radiația solară. În acest sistem, două tipuri de energie se fac remarcate. Primul este energia radiantă a soarelui (lumina), sursa cea mai uniform distribuită din câte există. Cea de a doua este energia electrică produsă, energia cea mai utilizată de către oameni.

Tipuri de sisteme fotovoltaice

Sisteme fotovoltaice independente

Dacă rețeaua electrică nu ajunge până la o locuință, este posibil ca locuința să-și producă propria electricitate. În orice caz, această electricitate va trebui înmagazinată, deoarece fluxul solar variază pe durata zilei și odată cu modificarea vremii. În acest fel, se va putea obține un curent electric regulat. Bateriile sunt modul cel mai obișnuit de înmagazinare a electricității, deoarece pot înmagazina electricitate pe durate lungi de timp.

Fig. 3.3. Sistem fotovoltaic independent

Panourile fotovoltaice produc electricitate. Bateriile înmagazinează electricitatea. Regulatorul reglează injecția de curent în baterii astfel încât acestea să nu se consume prea pe. Alternatorul transformă curentul continuu din baterii în curent alternativ necesr receptorilor din locuință care utilizează curent alternativ (Fig. 3.3.).

Pentru a calcula dimensiunea sistemului fotovoltaic trebuie luate în considerație următoarele:

a) Pentru că locuința trebuie să fie independentă de sistemul național de electriciate, trebuie să fie calculat consumul zilnic. Pentru a face acest lucru, consumul de energie al tuturor receptorilor, în funcție de nevoile familiei, trebuie să fie însumat pe o perioadă de 24 de ore. Numărul de baterii va fi apoi ales astfel încât să se satisfacă necesarul de energie, cu o mică marjă de siguranță.

b) Numai odată ce această etapă este încheiată se poate cunoaște suprafața necesară de panouri fotovoltaice. Trebuie să fie suficientă pentru a încărca bateriile în fiecare săptămână. Va depinde în mare măsură de cantitatea de energie solară disponibilă în locuință.

c) Energia radiantă a soarelui variază cu latitudinea, relieful, climatul și obstacolele.

Este important ca apoi să se aleagă echipament cu consum redus, deoarece de obicei acest echipament, utilizat pentru înmagazinarea energiei în baterii, ocupă mult spațiu și este scump. În orice caz, autonomia acestor sisteme face posibilă evitarea unei munci dificile pentru extinderea rețelei de electrificare. Cabanele montane, toaletele izolate, clădirile fermelor, stâlpii de telecomunicații, pompele de apă, refugiile etc. au fost echipate cu sisteme fotovoltaice (generatoare solare).

Sisteme fotovoltaice conectate la rețea

Un acoperiș fotovoltaic conectat la rețea este pur și simplu o mică centrală electrică instalată aproape de locul unde este necesară energia. Nu este necesar să înmagazinezi electricitate, deoarece energia este injectată în rețea pentru a fi folosită de alte locuințe. Energia poate fi în acest fel cumpărată și vândută. Aceasta este o producție de energie electrică locală și nepoluantă, care poate fi utilizată în scopuri personale sau în cele ale comunității.

Fig. 3.4. Sistem fotovoltaic conectat la rețea

Panourile fotovoltaice produc energie electrică. Un alternator special transformă curentul electric astfel încât să respecte caracteristicle impuse de rețeaua elctrică. Se va semna un contract cu o firmă responsabilă pentru transportul de nergie electrică. Un contor electric înregistrează cantitatea de energie electrică injectată în rețea, cantitate care va fi plătită de către compania de electricitate (Fig. 3.4).

În majoritatea caselor individuale sau a blocurilor există spațiu suficient pentru instalarea panourilor fotovoltaice capabile să producă cea mai mare parte a enrgei electrice consumate anual.

Producția anuală de energie electrică al unei centrale fotovoltaice depinde de:

• Expunerea la soare a locului (iradiația anuală primită).

• Un factor de corecție bazat pe diferența în orientare față de sud, înclinarea panourilor față de planul orizontal și existența oricărui fel de zonă umbrită datorată obstacolelor din locul respectiv.

• Caracteristicile tehnice ale modulelor (puterea teoretică maximă pe care o pot produce în condiții standarde de expunere la razele soarelui) și alternatorului.

Figura 3.5. prezintă energia electrică medie produsă în Europa, pe metru pătrat de panou fotovoltaic. Unitatea de măsură este kWh/m2.

Fig. 3.5 Harta energeiei fotovoltaice în Europa

Impactul asupra mediului

Impactul major este asociat cu producerea celulelor solare și poate fi minimizat prin reciclarea materialelor. Alt impact este cel vizual deoarece modulele fotovoltaice, ca și modulele solare utilizate pentru încalzirea apei, vor fi vizibile de acoperisurile cladirilor.

Avantaje și dezavantaje

Electricitatea fotovoltaică are multe avantaje:

• Tehnologia poate fi utilizată aproape oriunde deoarece soarele strălucește peste tot.

• Echipamentul de producție poate fi aproape întotdeauna instalat în apropierea locului de consum, evitându-se astfel pierderile de electricitate datorate distribuției și transportului.

• Dimensiunea instalației poate fi ajustată cu ușurință în conformitate cu nevoile și resursele disponibile.

• Nu există poluare în timpul funcționării. Nu sunt emisii de gaze, deșeuri, risc de accidente fizice.

• Actitivățile de întreținere și reparații sunt minime deaoarece nu există părți în mișcare. De asemenea, electricitatea poate fi produsă local, încurajându-se astfel autonomia și descentralizarea.

Dazavantajele includ:

• Acoperișul clădirii poate să nu fie corect orientat, adică spre sud

• Tehnologia este scumpă, dar costurile sunt în scădere

• Prețul obținut prin vinderea excesului de energie produsă este mult mai mic decât cel al cumpărării echipamentului, astfel încât generarea în exces este remunerată inadecvat.

3.1.2. Sisteme eoliene

Deși turbinele eoliene sunt mai potrivite pentru zonele nelocuite, deoarece trebuie montate pe un turn și emit destul zgomot în funcționare, cele de dimensiuni mici pot fi folosite și în zonele de locuințe. Au apărut deasemenea modele aerodinamice și cu axe verticale care depășesc cu succes turbulențele vântului și problemele de zgomot chiar dacă nu oferă același potențial de producție de energie ca turbinele cu axe orizontale. La nivel individual turbinele eoliene sunt folosite cu precădere de locuințele din zonele izolate.

Turbinele eoliene mici pot fi:

conectate la rețeaua centrală

utilizate în mod autonom.

Turbinele eoliene conectate la rețea asigură o reducere a consumului de energie electrică necesară pentru iluminat, aparate de încălzire etc. În cazul în care turbina eoliană produce mai multă energie electrică decît este necesar pentru economie, excesul poate fi vîndut la rețeaua centrală și, datorită tehnologiilor moderne, comutarea se face automat.

Turbinele eoliene autonome (Fig. 3.6.) sunt ideale pentru case individuale, ferme sau gospodării comunale situate la distanță de liniile de înalta tensiune.

Fig. 3.6. Turbină eoliană autonomă

Turbinele eoliene mici sunt cel mai des utilizate:

la pomparea apei; în prezent în lume funcționează pe baza energiei eoliene mai mult de 100000 de pompe de apă. Cele mai multe sunt situate în mediul rural în zonele neelectrificate. Ele sunt folosite în primul rînd de agricultori pentru a pompa apă potabilă și apă necesară pentru nevoile casnice și pentru irigare;

în telecomunicații: înălțimea și amplasarea antenei sunt potrivite și pentru

turbinele eoliene;

la încărcarea acumulatoarelor: acumularea energiei eoliene în baterii permite utilizarea ei atunci cînd este nevoie și nu este vânt.

Sistem pentru producerea și utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

În Fig. 3.7. este prezentat un sistem casnic de producere și utilizare a curentului electric continuu și alternativ, cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici și putere redusă. Acest sistem permite atât alimentarea unor consumatori de curent continuu, cât și alimentarea unor consumatori de curent alternativ.

Fig. 3.7. Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

În zonele în care apa se găsește în cantități limitate, dar există apă freatică la adâncime și vântul suflă în mod regulat (situație tipică pentru zonele deșertice sau uscate), se poate utiliza cu succes o turbină eoliană, pentru pomparea apei la suprafață în vederea utilizării ulterioare a acesteia. Schema unui asemenea sistem este prezentată în Fig. 3.8.

Fig. 3.8. Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafață, cu turbină eoliană

(www.lpelectric.ro)

Acest sistem este utilizabil și în agricultură, pentru irigații în zone secetoase, pentru pomparea apei din râuri, etc. Practic, exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită, exceptând eventualele costuri de întreținere și metenanță. Costurile privind investiția inițială trebuie analizate în contextul importanței economice și sociale a unei asemenea investiții, care poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei în anumite regiuni.

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

În unele situații, mai ales în sisteme de dimensiuni reduse, producerea energiei electrice cu ajutorul turbinelor eoliene, poate fi asigurată și de sisteme alternative.

Astfel, în Fig. 3.9. este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice, care include și un generator de curent electric antrenat de un motor termic.

Fig. 3.9. Sistem eolian hibrid

www.lpelectric.ro

Motorul va funcționa numai în condițiile în care viteza vântului este prea mică, sau prea mare, deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene.

În Fig. 3.10. este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu ajutorul surselor regenerabile de energie.

Fig. 3.10. Sistem hibrid pentru producerea curentului electric

utilizând surse regenerabile de energie

www.lpelectric.ro

Acest sistem include în plus față de sistemul prezentat anterior și o baterie de panouri fotovoltaice, iar energia electrică furnizată de acestea este stocată în acumulatori. Dacă vântul este prea slab sau prea puternic și dacă nu se manifestă nici suficientă radiație solară, pentru a fi posibilă funcționarea panourilor panourilor fotovoltaice, poate fi utilizat motorul cu ardere internă, pentru producerea energiei electrice.

Vântul și Soarele se pot completa reciproc: în timpul iernii, atunci cînd vîntul suflă des, sistemele combinate ,,vînt-Soare” pot, de exemplu, încălzi camera, iar în timpul verii, atunci cînd este exces de energie solară – pot încălzi apa. Astfel de sisteme hibride sunt deosebit de atractive pentru alimentarea cu energie autonomă.

Avantaje și dezavantaje

Dezvoltarea tehnologică a turbinelor va duce la scăderea costurilor de producere a curentului provenit din energie eoliana, acesta fiind principalul factor motivant pentru folosirea unei surse de energie alternative.

Dezavantajele includ:

Din păcate predictibilitatea scăzuta a cantității de energie ce poate fi produsă face necesară folosirea energiei eoliene în conjuncție cu alte mijloace de furnizare a electricității.

Unele dintre dezavantajele folosirii energiei eoliene sunt impactul asupra pasărilor si impactul vizual asupra mediului.

3.1.3. Sistemele micro-hidro

Energia electrică provenită de la microhidrocentrale este o formă eficientă și curată de energie regenerabilă. Poate fi o metodă excelentă de a valorifica cursul apelor din râurile și pâraiele mici.

Sistemele micro-hidro, produc de obicei de la 5 kW la 100 kW de energie electrică folosind fluxul natural de apă. Instalațiile sub 5 kW se numesc pico-hidro. Aceste instalații pot furniza energie către o casă izolată sau o comunitate mică sau sunt uneori conectate la rețele electrice, în special în cazul în care se oferă contorizare netă.

Microhidrocentralele se realizează frecvent cu o roată Pelton (Fig. 3.11.) pentru alimentarea cu apă cu debit ridicat și nu au nevoie de baraje mari pentru stocarea apei.

Fig. 3.11. Turbină Pelton pentru microhidrocentrale

Detaliile de construcție ale unei microhidrocentrale sunt specifice amplasamentului. În general, sistemele micro-hidro sunt alcătuite dintr-o serie de componente (Fig. 3.12.):

Bazinul de acumulare a apei

Canalul prin care apa este deviată de la cursull natural, pentru a asigura căderea de apă.

Priza de apă cu grătar folosită pentru a reține resturile plutitoare și peștele, utilizând un ecran sau o serie de bare pentru a păstra obiectele mari. În zonele cu climă temperată, această structură trebuie să reziste și la bucăți de gheață.

Conducta de apă prin care curge apa

Sistemul micro-hidro (microhidrocentrala) une apa care intră cu presiune acționează paletele turbinei, montate pe un ax care antrenează un generator electric. Acesta transformă energia mecanică în energie electrică și poate fi conectat direct la sistemul energetic al unei singure clădiri în instalații foarte mici sau poate fi conectat la un sistem comunitar de distribuție pentru mai multe locuințe sau clădiri.

Apa care iese din clădirea turbinei ajunge înapoi în râu.

Fig. 3.12. Componentele unui sistem micro-hidro

De obicei, instalațiile microhidraulice nu au baraj și rezervor, cum au hidrocentralele mari, bazându-se pe un debit minim de apă care să fie disponibil pe tot parcursul anului.

Microhidrocentralele pot fi amplasate fie în zone muntoase, unde râurile sunt repezi, fie în zone joase, cu râuri mari. 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.

Proiectarea microhidrocentralelor necesită studii tehnice și financiare pentru a determina dacă un amplasament este fezabil din punct de vedere tehnic și economic. Aceste studii sunt legate de:

• Topografia și geomorfologia amplasamentului

• Evaluarea resurselor de apă și potențialului acestora

• Alegerea amplasamentului și aranjamente de bază

• Dimensionare/alegere.proiectare pentru turbinele și generatoarele hidraulice și echipamentele de control asociate

• Măsuri legate de protecția mediului și de micșorare a impactului

• Evaluare economică a proiectului și a potențialului financiar

• Cadrul instituțional și procedurile administrative pentru a obține autorizațiile necesare

Avantajele sistemelor micro-hidro

Este nevoie de o cantitate mică de debit sau o cădere a apei de până la 1 m pentru a genera electricitate cu microhidro.

Energia electrică poate fi livrată până la 1 km distanță de la locația în care este produsă.

Dacă sunt planificate cu atenție și bine adaptate la condițiile de mediu, sistemele micro-hidro produc o furnizare continuă și previzibilă de energie electrică în comparație cu alte tehnologii regenerabile la scară mică.

Microhidrocentrala este considerată a funcționa ca un sistem „curgător al râului”, ceea ce înseamnă că apa care trece prin turbină este direcționată înapoi în rău, cu un impact relativ redus asupra ecologiei înconjurătoare.

Au costuri reduse de distribuție și funcționare (nu necesită combustibil și doar întreținere redusă), precum și implementarea și gestionarea locală.

Hidroenergia este o tehnologie durabilă și robustă; sistemele durează de obicei 50 de ani sau mai mult fără investiții majore noi

Dezavantajele sistemelor micro-hidro

Microhidrocentrala necesită anumite condiții de amplasament, prin urmare, nu sunt potrivite pentru orice locație.

Dimensiunea instalației și debitele râurilor mici, pot restricționa extinderea viitoare a sistemului pe măsură ce crește cererea de energie.

În lunile de vară va fi probabil un debit al râului mai mic și, prin urmare, o putere mai mică.

Trebuie luate în considerare impactul asupra mediului înainte de începerea construcției, deoarece apa curentă va fi deviată pe o porțiune a râului.

3.2. Sisteme de energii regenerabile pentru producerea energiei termice

Utilizarea energiilor regenerabile pentru generarea energiei termice în industrii, instalații agricole dar și în birouri și locuințe rezidențiale este, în zilele noastre, o realitate. În prezent, tehnologia existentă permite utilizarea energiilor regenerabile cu cea mai mare eficiență energetică și în cele mai bune condiții posibile în ceea ce privește securitatea utilizării și fiabilitatea.

Sursele de energie regenerabilă care sunt capabile să genereze energie termică sunt energia solară, energia geotermală și biomasa.

3.2.1. Sisteme solar-termice

Sunt folosite pentru încălzirea apei menajere și pentru încălzirea locuințelor. Un sistem de conversie a energiei solare în energie termică trebuie sa fie optim din punct de vedere al performanței, costurilor de achiziție și funcționare și durabilității.

Structura clasică a unui sistem de încălzire a apei folosind energia radianta solară constă în următoarele componente:

Unul sau mai multe colectoare solare

Sistemul de transfer de căldura și sistemul de (re)circulare; schimbătorul de căldură (daca este cazul, în funcție de tipul instalației);

Sistemul de stocare a apei calde;

Sistemul de comandă și control;

Sistemul auxiliar de încălzire, care furnizează căldură suplimentară în situațiile în care radiația solară nu este suficientă. De obicei acesta constă într-o rezistență electrică sau un echipament de încălzire cu gaze naturale.

Fig. 3.13 Structura unui sistem solar de încălzire a apei:

a-sistem activ indirect; b-sistem pasiv direct

Figura 3.13.-a prezintă un sistem activ indirect. Agentul termic preia energia termică în zona panoului solar. Transferul de căldura de la agentul termic către apa din rezervor se face prin schimbătorul de căldură aflat la partea inferioară a rezervorului. În cazul în care agentul termic este un lichid antigel, acest sistem este funcțional inclusiv în perioadele de iarnă, în condiții de vreme însorită.

Pentru aplicații de mici dimensiuni, cum ar fi furnizarea de apă caldă pentru locuințe individuale, sistemele active indirecte includ un rezervor în care schimbătorul de căldură se va afla la partea inferioară, recomandându-se ca rezistența electrică de rezervă să fie amplasată la partea superioară. Diverse alte configurații sunt oferite de furnizorii de echipamente, mai des întâlnite fiind rezervoarele cu două schimbătoare de căldură, cel de-al doilea putând fi cuplat la o centrală cu funcționare pe gaze naturale sau pe biomasă.

Sistemele pasive (Fig. 3.13.-b) nu dispun de pompe și pot fi de tip integrat sau cu circularea apei prin efectul de termosifon. În cazul sistemelor integrate apa circulă către colectorul solar datorită presiunii din rețeaua de alimentare. Principiul termosifonului permite circulația naturală a apei, datorită diferențelor de temperatură dintre zonele calde și cele reci ale circuitului, fără a necesita pompe. Circulația apei între colector și rezervor se face pe principiul termosifonului; presiunea din rețea nu intervine în acest proces, ci alimentează rezervorul pe măsură ce apa este consumată.

Din punct de vedere al întreținerii, fiabilității și prețului de cost, sistemele pasive sunt mai avantajoase decât cele active întrucât nu au componente electrice, fiind mai simple constructiv. Există însă și dezavantaje care trebuie luate în considerare la achiziționarea sau proiectarea unui sistem pasiv:

– Au o eficiență mai scăzută decât sistemele active;

– Rezervorul de apă trebuie să fie amplasat mai sus decât colectorul solar.

– Întrucât nu există protecție la îngheț, nu funcționează în caz de vreme rece (este necesară evacuarea circuitului și scoaterea din funcțiune în timpul iernii);

– În regiunile cu apă dură se formează în timp depuneri de calcar pe circuitul apei.

– Nu oferă protecție în caz de supraîncălzire. Acest fenomen apare în zilele însorite, când nu este consumată apa caldă produsă de sistem.

Panourile solare sunt dispozitive care utilizează radiația solară pentru a produce ulterior alte resurse. Acestea sunt fabricate din materiale speciale, care absorb lumina și căldura soarelui prin intermediul celulelor din componența lor, le transformă și le eliberează apoi sub formă de energie termică. Din punct de vedere funcțional, componenta principală a colectorului solar este elementul absorbant care transformă energia razelor solare în energie termică și o cedează unui agent termic (apă, antigel). Cu ajutorul acestui agent termic, energia este preluată de la colector și este fie stocată, fie utilizată direct (ex. apă caldă de consum). Aceste colectoare sunt montate în general pe acoperiș și trebuie să fie foarte rezistente, deoarece sunt expuse la o varietate de condiții meteorologice diferite.

Panourile solare termice pot fi:.

panouri termice plane, care folosesc plăci din cupru cu rol de absorbție a energiei solare; (Fig. 3.14.)

Fig. 3.14. Panouri termice plane

panouri termice cu tuburi vidate, care folosesc o tehnologie avansată (tehnologia heat-pipe) și includ un sistem de tuburi din sticlă borosilicată cu rol de absorbție a energiei solare. (Fig. 3.14.)

Fig. 3.15 Panouri termice cu tuburi vidate

Dintre cele două, panourile cu tuburi vidate au un grad mai mare de absorbție a energiei solare, deoarece captează razele soarelui din mai multe unghiuri, asigurând o distribuție eficientă a căldurii.

Construcția sistemului de panouri solare va fi stabilită în funcție de configurația spațiului. Dacă este montat pe sol, va trebui ca acesta să nu fie obstrucționat de copaci sau de alți factori, pentru a putea absorbi cum trebuie lumina solară.

Cât despre întreținerea panourilor solare, acestea nu implică niște costuri foarte mari. Odată puse în funcțiune, nu mai trebuie decât să te asiguri că sunt curățate în mod constant de praf și de murdărie (se curăță cu ușurință cu apă caldă și o cârpă, de preferat la primele ore ale dimineții, când soarele încă nu bate puternic).

În ceea ce privește verificarea și monitorizarea lor, este recomandat să apelați la o echipă de specialiști care să poată evalua corect situația firelor, a conexiunilor, chiar și amplasarea panourilor solare.

În concluzie, panourile solare sunt, la momentul actual, una dintre cele mai bune opțiuni pentru cei care vor să apeleze la o metodă neconvențională de producere a energiei, să aibă costuri reduse în ceea ce privește încălzirea casei și a apei menajere, dar și să se bucure de un mediu mai puțin poluat, apelând la o resursă regenerabilă și inepuizabilă.

Avantajele încălzirii cu panouri solare

Reducerea poluării. Panourile solare utilizează energia solară, o resursă regenerabilă și inepuizabilă, care nu poluează mediul, așa cum se întâmplă în cazul combustibililor tradiționali (cărbuni, gaze etc.);

Costuri scăzute. Pentru că este produsă de la sine și nu implică extra-costuri de exploatare, energia solară este gratuită, ceea ce înseamnă că încălzirea apei menajere și a casei se va face cu buget redus;

Instalare simplă și rapidă. Panourile solare sunt ușor de montat și pot fi amplasate atât pe acoperișul caselor, cât și pe câmpurile deschise, în funcție de nevoile fiecăruia;

Întreținere minimală și rezistență. Panourile solare au o durată de viață îndelungată (peste 20 de ani) și nu necesită o mentenanță complicată, mai ales că funcționarea acestora depinde aproape în totalitate de lumina soarelui. În plus, în cazul în care o componentă se strică (de exemplu, un tub al panourilor solare vidate), o poți înlocui cu ușurință.

Dezavantajele încălzirii cu panouri solare

Costurile inițiale de achiziție a panourilor solare sunt mai mari decât cele ale metodelor tradiționale de încălzire utilizate de oameni pentru producerea căldurii, însă partea bună este că investiția se amortizează în timp prin reducerea bugetului alocat încălzirii.

3.2.2. Sisteme de conversie a biomasei

Radiația solară ce cade pe Pământ produce lumină. Aceasta este transformată de plante și arbori în materii organice prin fotosinteză, permițând creșterea biomasei. Biomasa este cea mai veche și mai utilizată sursă de energie regenerabilă.

Lista surselor de biomasă include:

• Lemn ƒ

lemn de foc, bușteni sau lemn pregătit pentru ardere într-o sobă sau șemineu; ƒ

reziduuri și produse derivate din industria forestieră, coji, rumeguș și așchii, surcele, bucăți și alte resturi de lemn; ƒ

plantații energetice: salcie, plop

• Coceni și deșeuri din ferme agricole ƒ

coceni de porumb, plante oleaginoase (rapiță) și plante leguminoase;

resturi de la recoltare, coji de nuci de cocos, resturi de coceni de porumb; ƒ

deșeuri și produse derivate din industria de prelucrare, reziduuri după prelucrarea trestiei de zahăr. ƒ

Biomasa poate fi prelucrată în brichete sau pelete. Acestea sunt supuse procesului de ardere, în urma căruia se dgejă energie termică.

Brichetele de lemn (Fig. 3.16.) sunt produse din fragmente de deșeuri de cherestea, cum sunt rumegușul, surcelele sau bucățile mici de lemn care sunt comprimate sub presiune ridicată. Datorită conținutului scăzut de umiditate, valoarea energetică a brichetei este mai ridicată decât cea a lemnului. De asemenea, datorită densității ridicate relativ la volum, produsul de combustie are loc încet și gradat. Materia primă pentru producerea de brichete din biomasă poate fi din orice tip de plante sau deșeuri vegetale.

Fig. 3.16.Brichete ambalate

Cele mai importante din punct de vedere economic și cu valoarea comercială cea mai ridicată sunt brichetele din lemn. Practic toate tipurile de lemn și deșeuri de lemn, incluzând bucăți de lemn și rumeguș sunt potrivite pentru prelucrare. Brichetele se realizează la prese mecanice sau hidraulice, fără nici o substanță adezivă. Forma brichetelor este determinată de tipul de presă folosit, fiind fie cilindrice, fie cubice. Peletele (granulele) sunt un combustibil regenerabil de înaltă eficiență produs din biomasă. În Uniunea Europeană producerea de granule obținute din deșeuri de cherestea a crescut de câteva ori în ultimii ani. Peletele se folosesc de mulți ani pentru încălzirea clădirilor publice și a locuințelor, iar industria de producere a peletelor este mai avansată în Suedia și Austria care au zone mari împădurite.

Peletele (Fig. 3.17.) sunt prelucrate din deșeuri de cherestea produse de joagăre și companii de prelucrare a cherestelei, precum și din deșeuri forestiere. Cele mai utilizate deșeuri pentru producerea de pelete sunt rumegușul și surcelele de lemn. Din punct de vedere tehnic este posibil să se obțină pelete și din coji sau scoarță de copac, bucăți de lemn, paie și culturi energetice.

Fig. 3.17. Pelete

https://www.gruplemn.ro/

Producerea de pelete constă din trei etape: uscare, măcinare și comprimare. Peletele sunt extrudate sub presiune ridicată din fragmente de biomasă uscată, într-o presă circulară, fără substanțe adezive. Produsele finite sunt granule mici cu diametrul de 6-25 mm și lungimea de câțiva centimetri. Forțele puternice acționând asupra materialului prelucrat în timpul extruziunii le măresc densitatea, ceea ce înseamnă o mai mare cantitate de produs finit conținută într-un volum relativ mic. Acest combustibil se caracterizează printr-un conținut scăzut de umiditate (8–10%), cenușă (0,5%) și substanțe dăunătoare mediului, precum și printr-o valoare energetică ridicată. Aceste proprietăți îl fac să fie prietenos pentru mediul natural și ușor de transportat, depozitat și distribuit.

Biomasa poate fi arsă într-un boiler (cazan) adecvat pentru a produce încălzire cu apă caldă sau aer cald într-o clădire. Tipul de boiler depinde foarte mult de tipul de biomasă. Peletele de lemn sunt cea mai comună sursă de biomasă și boilerul este similar unui boiler convențional dar ceva mai mare datorită valorii calorice mai mici a peletelor. Sunt disponibile sisteme de alimentare automată care permit boilerului să fie aprovizionat continuu cu pelete. Adaptarea unui boiler pentru biomasă va depinde de sistemul de încălzire existent, de spațiul disponibil, de existența unui șemineu potrivit pentru eliminarea gazelor de combustie.

Avantajele încălzirii cu biomasă

Biomasa, ca materie primă se găsește în abundență oriunde;

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

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

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

Multe din deșeurile de biomasă se reîntorc în sol pentru a-i spori fertilitatea;

Biomasa este o sursă inovatoare de energie care se regenerează practic sub ochii noștri.

Disponibilitatea sa este sigură în caz de criză, nu generează costuri mari de transport și nu provoacă catastrofe ecologice.

Dezavantajele încălzirii cu biomasă

Costului relativ mare al echipamentelui.

Tehnologiile de ardere a biomasei sunt mai scumpe decît cele de ardere a gazului sau a cărbunelui

Cazanele pe bază de pelete au un preț mai ridicat din cauza alimentării cu combustibil, suplimentar fiind necesar un buncăr de unde peletele sunt transportate în cazan.

Cele pe bază de paie sunt și mai scumpe, dar au avantajul utilizării unui combustibil ieftin și foarte accesibil.

Este necesar un spațiu mare de depozitare.

3.2.3. Sisteme geotermale pentru încălzire

Energia geotermală care este disponibilă chiar la suprafața scoarței terestre, este caracterizată prin nivelul relativ scăzut al temperaturilor la care este disponibilă și poate fi utilizată numai pentru încălzire.

Exploatarea energiei geotermale de potențial termic scăzut necesită echipamente special concepute pentru ridicarea temperaturii pînă la un nivel care să permită încălzirea locuinței și a apei menajere, denumite de pompe de căldură.

Pompele de căldură pot să absoarbă căldura din sol, de la diferite adâncimi, din apa freatică, din apele de suprafață (dar numai cu condiția să nu existe pericolul ca apa să înghețe) sau chiar din aer (dar numai în perioadele în care temperatura aerului este suficient de mare, pentru a permite funcționarea pompelor de căldură cu o eficiență ridicată). Indiferent de sursa de căldură, pompele de căldură utilizează, indirect, energia solară acumulată în sol, apă sau aer.

a. Solul reprezintă o sursă de căldură eficientă, deoarece acumulează căldura atît direct sub formă de radiație solară, cît și indirect de la ploi, respectiv de la aer. Căldura poate fi preluată cu ajutorul unor circuite intermediare plasate în sol, care absorb căldură și o transmit vaporizatorului pompei de căldură. Este posibilă și amplasarea direct în sol a vaporizatorului pompei de căldură.

Pentru preluarea căldurii din sol există două tipuri de colectori:

a b

Fig. 3.18. a-Colector orizontal; b-Colector vertical

b. Apa freatică reprezintă o sursă de căldură și mai eficientă decît solul, deoarece temperatura acesteia este relativ constantă în tot timpul anului, avînd valori de 7…12°C, deci mai ridicate decît solul (Fig.3.19.).

Fig. 3.19 Utilizarea apei freatice ca sursă de căldură

c. Aerul reprezintă o sursă de căldură gratuită, disponibilă în cantități nelimitate. În pompele de căldură ca sursă de căldură poate fi utilizat doar aerul exterior, care este circulat prin tuburi cu ajutorul unui ventilator.

În figura ce urmează este prezentată o pompă de căldură care absoarbe căldură de la aer și încălzește apa, utilizabilă pentru încălzire, sau ca apă caldă menajeră. Aceste echipamente sunt denumite pompe de căldură aer-apă (Fig.3.20.).

Fig. 3.20. Pompă de căldură aer-apă

Capitolul 4. Energia verde în România

Energia regenerabilă joacă un rol important în reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Utilizarea energiei regenerabile poate reduce utilizarea combustibililor fosili, care sunt surse majore de emisii de dioxid de carbon în România.

Principalele resurse de energie regenerabilă ale României sunt hidroenergia, energia solară, eoliană, biomasa și energia geotermală.

4.1. Strategia energetică a Uniunii Europene și a României

În strategia sa, ”Europa 2020”, Uniunea Europeană și-a stabilit drept țintă ca 20 % din energia consumată să provină din surse regenerabile, eoliană, solară sau biomasă. Fiecare țară a avut apoi libertatea de a-și stabili propriile obiective. Pentru 2030, ținta stabilită la nivel european e și mai ambițioasă, de 32 %, după cum afirmă Maros Šefčovič, vice-președinte al Comisiei European.

Fig. 4.1. Ponderea energiei din surse regenerabile – UE 2018

În fața provocărilor energetice globale ale secolului XXI, UE conduce tranziția energetică curată: eforturi pentru un sistem energetic mai sigur, competitiv și mai durabil, care să abordeze provocarea existențială a timpului nostru – schimbările climatice. Prin stabilirea unor obiective ambițioase pentru energie și climă pentru 2030, UE dă un sens clar direcției; în plus față de aceste ținte, prevede un cadru legal stabil pentru încurajarea investițiilor necesare. Însă acesta nu este sfârșitul drumului: cu strategia sa de 2050 pe termen lung de neutralitate climatică, UE privește de asemenea mai departe decât 2030 și pune bazele pentru cum va arăta o planetă mai curată până la jumătatea secolului și nu numai.

„Politica europeană în domeniul energiei regenerabile este acum mai importantă ca oricând. Energia regenerabilă are un rol vital în reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră și a altor forme de poluare, precum și în sporirea siguranței aprovizionării cu energie, în susținerea industriei europene din domeniul energiei ecologice, industrie ce ocupă poziția de lider la nivel mondial. Aceste obiective, prevăzute în Directiva privind energia regenerabilă, reprezintă „capul de afiș” al întregului cadru european de reglementare din acest domeniu. Acest cadru european ar trebui să determine orientarea tuturor spre un model mai durabil de aprovizionare cu energie.”(Günther Oettinger – Comisarul european pentru Energie).

În 2019, UE a finalizat o actualizare cuprinzătoare a cadrului său de politică energetică pentru a facilita trecerea de la combustibilii fosili la energie mai curată și pentru a respecta angajamentele UE de la Paris privind reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Astfel, Comisia Europeană a adoptat un pachet de legi numit „Energie curată pentru toți europenii”.

Statele membre vor continua să își aleagă propriul mix energetic, dar trebuie să îndeplinească noi angajamente de îmbunătățire a eficienței energetice și de preluare a energiilor regenerabile în acel mix până în 2030. De exemplu, noile reguli de pe piața energiei electrice, care au fost adoptate, va facilita integrarea energiei regenerabile în rețea.

În România, ponderea energiei din surse regenerabile în consumul final de energie a ajuns la 24,5 la sută în 2017, în scădere de la 25 de procente în 2016, dar peste ținta de 24 la sută fixată în cadrul strategiei Europa 2020. Țara noastră face parte așadar din cele 11 state membre, care și-au atins deja obiectivele naționale.

Energia eoliană și cea hidro au acoperit 42% din consumul de energie al României în 2018, cu 10 puncte procentuale peste media europeană de 32%, arată datele Eurostat, biroul european de statistică.

Energia eoliană și energia produsă de hidrocentrale au contribuit fiecare cu circa o treime la energia electrică totală provenită din surse regenerabile în 2018. Mai exact, energia eoliană are o cotă de 36%, în timp ce cea hidro reprezintă 33% din producția de energie din surse regenerabile în 2018 din Europa. Restul de o treime a fost acoperit de energia furnizată prin energie solară (12%), biocombustibili solizi (10%) și alte surse regenerabile (9%).

Strategia Energetică a României 2016-2030, cu perspectiva anului 2050 are cinci obiective strategice fundamentale: securitate energetică, piețe de energie competitive, energie curată și sustenabilitatea sectorului energetic, modernizarea sistemului de guvernanță energetică, protecția consumatorului vulnerabil și reducerea sărăciei energetice.

4.2. Potentialul României în domeniul energiei regenerabile și perspective de dezvoltare

În România principalele ministere și instituții din domeniul energiei acționează spre îmbunătățirea eficienței energetice, promovarea surselor regenerabile de energie și reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră.

Potrivit hărții ”energiei verzi”, potențialul României cuprinde 65% biomasă, 17% energie eoliană, 12% energie solară, 4% microhidrocentrale, 1% voltaic, 1% geotermal.

Cei care doresc să-și îmbunătățească locuințele din punct de vedere energetic vor putea primi până la 15.000 de euro din partea statului, printr-un nou program anunțat de Ministerul Mediului, ale cărui reguli sunt cuprinse într-un proiect pus recent în dezbatere publică. Acești bani ar putea fi folosiți pentru achiziționarea de panouri solare termice, cazane cu condensare, pompe de căldură, ferestre izolante ori surse de iluminat cu LED.

Un program similar s-a desfășurat în 2019 și s-a numit Casa Verde. Prin intermediul acestuia, statul român finanța instalarea de sisteme fotovoltaice, pentru generarea de energie electrică din surse total ecologice.

În România principalele surse de energie regenerabilă sunt:

• Hidroenergia

Cea mai mare parte a energiei regenerabile din România este produsa în acest moment în domeniul hidroenergetic. Ponderea energiei regenerabile a variat în ultimii ani între 26– 30% din consumul intern brut de energie electrica.

Expertii Agentiei Române pentru Conservarea Energiei (ARCE) consideră că, pe lângă faptul că acest tip de energie nu este poluantă și, practic, inepuizabilă, pe termen mediu și lung, costurile sale sunt mult mai reduse, în special în condițiile în care prețul produselor petroliere crește vertiginos.

• Energia solară

Este cea mai sigură sursă de energie regenerabilă. Potențialul energetic solar rezultă din cantitatea de energie provenită din radiația solară, care în România are o valoare medie evaluată la 1100 KWh/m2/an. Distribuția geografică a potențialului energetic solar prezintă cinci zone, din care zona 0 cu potențial de peste 1250 KWh/m2 /an, iar zona IV cu potențial sub 950 KWh/m2 /an. Radiația solară cu valori mai mari de 1200kWh/m2 /an se înregistrează pe o suprafață mai mare de 50% din suprafața totală a țării. Utilizarea potențialului energetic solar prin sisteme fotovoltaice se face în principal pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori izolați cu consumuri mici de energie. Potențialul exploatabil prin sisteme fotovoltaice în România este apreciat la 1200 GWh/an.

Datorită poziției în sud-estul continentului european, România are o climă de tranzit între temperată și continentală, cu patru anotimpuri bine delimitate. Temperatura medie anuală este de 10,5°C. Media anuală pe timp de iarnă este de -3°C, iar pe timp de vară variază între 22°C si 24°C.

În România, perioada medie de insolație este de aproximativ 1.900 ore pe an, dar îin unele zone, cum ar fi Litoralul Mării Negre, poate ajunge la 2.300 ore pe an.(Fig. 4.2.) O mare parte din cantitatea anuală de radiații este concentrată în perioada aprilie – septembrie, cu 16 ore de lumină pe zi. Datele de mai sus arată că din punct de vedere climateric, România este potrivită pentru exploatarea energiei solare pentru producerea de căldură. Colectoarele solare pentru producerea de apă caldă menajeră (ACM) pot fi folosite aproape oriunde, în sate sau la orașe, în hoteluri, în case de vacanță, clădirile municipalității (spitale, școli, etc) clădiri multietajate.

Fig. 4.2. Harta solară a României

• Energia eoliană

Este utilizată pe teritoriul românesc unde reprezintă o soluție viabilă pentru locațiile care nu beneficiază în prezent de racordarea la rețeaua națională de electricitate însă, din punct de vedere al costurilor, este mai scumpă decât energia solară;

Energia eoliană este sursa de energie cu cea mai mare creștere procentuală. Având în ultimii zece ani 29% creștere anuală (anul 2005 a înregistrat o creștere record de 43%), mult peste 2.5% pentru cărbune, 1.8% pentru energie nuclearaă, 2.5% pentru gaz natural și 1.7% pentru petrol. Datorita iminentei crize a combustibililor si efectelor încălzirii globale este de așteptat ca aceste cifre sa crească în cazul energiei eoliene.

În 2009 existau 14 turbine eoliene în România, iar la începutul anului 2012, existau peste 1000 de turbine eoliene care produceau 3% din totalul de energie.

Cel mai mare parc eolian din Europa se află în România la Fântânele-Cogealac, în Dobrogea, pe malul Mării Negre, cu 240 de turbine de la General Electric și o capacitate totală de 600 MW.

A fost elaborată Harta eoliană a României (Fig. 4.3.) care cuprinde vitezele medii anuale calculate la înălțimea de 50 m deasupra solului. Distribuția pe teritoriul României a vitezei medii a vintului scoate în evidență că principala zonă cu potențial energetic eolian este cea a vârfurilor montane unde viteza vântului poate depăși 8 m/s.

A doua zonă cu potențial eolian ce poate fi utilizat în mod rentabil o constituie Litoralul Mării Negre, Delta Dunării și nordul Dobrogei unde viteza medie anuală a vântului se situează în jurul a 6 m/s. Față de alte zone exploatarea energetică a potentialui eolian din această zonă este favorizată și de turbulența mai mică a vântului.

Cea de a treia zonă cu potențial considerabil o constituie Podișul Bârladului unde viteza medie a vântului este de circa 4-5 m/s. Viteze favorabile ale vântului mai sunt semnalate și în alte areale mai restrânse din vestul țării, în Banat și pe pantele occidentale ale Dealurilor Vestice

Fig. 4.3. Harta potențialului eolian în România

Energia fotovoltaică și eoliană reprezintă o soluție viabilă pentru locațiile care nu beneficiază în prezent de racordare la rețeaua națională de electricitate. În viitor, printr-o legislație corespunzătoare aceste sisteme pot deveni rentabile și pentru consumatorii conectați la rețeaua națională prin eliminarea necesității folosirii unor acumulatori și livrării energiei direct în rețeaua națională.

• Energia din biomasă

Rezervele de biomasă sunt reprezentate, în special, de deșeurile de lemn, deșeurile agricole, gunoiul menajer și culturile energetice, iar producerea de biomasă nu reprezintă doar o sursă de energie regenerabilă ci și o oportunitate pentru dezvoltarea rurală durabilă (la nivelul Uniunii Europene, 4% din necesarul de energie este asigurat de biomasă, estimându-se, în același timp, crearea a aproximativ 300.000 de noi locuri de muncă în mediul rural ca urmare a exploatării biomasei);

• Energia geotermală – poate fi exploatată în special în stațiuni, un proiect PHARE a fost finalizat în acest scop la Călimănești, Cozia și Căciulata încă din anul 1998.

Cei care doresc să-și îmbunătățească locuințele din punct de vedere energetic vor putea primi până la 15.000 de euro din partea statului, printr-un nou program anunțat de Ministerul Mediului, ale cărui reguli sunt cuprinse într-un proiect pus recent în dezbatere publică. Acești bani ar putea fi folosiți pentru achiziționarea de panouri solare termice, cazane cu condensare, pompe de căldură, ferestre izolante ori surse de iluminat cu LED.

Un program similar s-a desfășurat în 2019 și s-a numit ”Casa Verde”. Prin intermediul acestuia, statul român finanța instalarea de sisteme fotovoltaice, pentru generarea de energie electrică din surse total ecologice.

4.3. Ce este un prosumator

Cei mai mulți dintre noi consumăm energie electrică din rețea în același mod de mai bine de un secol acum. Dar asta începe să se schimbe. Un nou cuvânt a apărut semnalând o schimbare tot mai mare în modul în care ne alimentăm casele și comunitățile – „prosumator”.

Prosumatorul nu este un concept nou. În cartea sa, „Al treilea val” , futurologul și omul de afaceri Alvin Toffler a prezis declinul consumatorilor și creșterea prosumatorilor, oameni care produc multe dintre bunurile și serviciile proprii.

Un prosumator este definit ca un consumator final cu producție de energie din surse regenerabile, a căror activitate nu este producția de energie electrică, care consumă și poate stoca și vinde energia generată în clădirea sa, un bloc de locuințe sau zona rezidențială.

Fig. 4.4. Prosumator versus consumator

Prosumatorii (Fig. 4.4.) sunt cei care nu doar consumă energie din rețeaua electrică, dar și produc și livrează energie din surse regenerabile. Produc pentru consumul propriu și injectează surplusul în rețea, contra cost, pe baza unui contract de vânzare-cumpărare cu furnizorul lor de energie electrică.

În Legea 220/2008 prosumatorii, sunt definiți drept consumatorii de energie electrică persoane fizice sau juridice care îndeplinesc simultan, următoarele condiții:

dețin instalații de producere a energiei electrice sau instalații de producere a energiei electrice și termice în cogenerare. activitatea lor specifică nu este producerea energiei electrice, respectiv în cazul persoanelor juridice nu trebuie să existe cod CAEN aferent producerii de energie electrică definit în cadrul activității principale, iar persoanele fizice autorizate nu trebuie să presteze activități de producere a energiei electrice. În cazul persoanelor fizice fără activități economice este indicat ca puterea instalată a capacității de producere existente sau care se va instala să nu fie mai mare decât puterea aprobată pentru consum existenta pe avizul de racordare deoarece exista riscul de a se considera că desfașoară o activitate economică și i se acordă un ajutor de stat.

consumă, pot stoca și vinde energia electrică produsă din surse regenerabile de energie produsă în clădirile lor, inclusiv un bloc de apartamente, o zonă rezidențială, un amplasament de servicii partajat, comercial sau industrial sau în același sistem de distribuție închis, cu condiția ca, în cazul consumatorilor autonomi necasnici de energie din surse regenerabile, aceste activități să nu constituie activitatea lor comercială sau profesională primară. (art. 2 lit. x1 din Legea nr. 220/2008).

Prosumatorul care deține o unitate de producere a energiei electrice din surse regenerabile de energie cu putere electrică instalată de cel mult 27 kW pe loc de consum primește de la operatorului de distribuție la rețeaua căruia este racordată unitatea de producere a energiei electrice din surse regenerabile de energie pentru certificarea calității de prosumator. (art. 2 alin. (1) din Ordinul ANRE nr. 226/2018)

Prosumatorii beneficiază de următoarele facilități:

– Prosumatorii pot vinde energia electrică produsă și livrată în rețeaua electrică furnizorilor de energie electrică cu care aceștia au încheiate contracte de furnizare a energiei electrice, după certificarea calității de prosumator. (art. 14 alin. (6) din Legea 220/2008). Activitatea de comercializare pentru prosumatorii persoane fizice este posibilă fără înregistrarea și autorizarea funcționării acestora. (art. 14 alin. (63) din Legea nr. 220/2008);

– Furnizorii de energie electrică sunt obligați, la solicitarea prosumatorilor, cu care aceștia au încheiate contracte de furnizare a energiei electrice, să achiziționeze energia electrică produsă și livrată în rețeaua electrică. În acest scop furnizorul este obligat sa prezinte prosumatorului în termen de 10 zile de la solicitare, un contract de vânzare-cumpărare a energiei electrice, conform contractului-cadru aprobat prin Ordinul președintelui ANRE nr.227/2018;

– Prosumatorii care dețin unități de producere a energiei electrice din surse regenerabile cu puterea instalata de cel mult 27 kW pe loc de consum beneficiază din partea furnizorului de energie electrică cu care aceștia au încheiate contracte de furnizare a energiei electrice de serviciul de regularizare financiara intre energia livrata si energia consumata din rețea;

– Prosumatorii persoane fizice sunt exceptate de la obligația de achiziție anuală și trimestrială de certificate verzi pentru energia electrică produsă și utilizată pentru consumul final propriu, altul decât consumul propriu tehnologic al centralei electrice. (art. 14 alin. (66) din Legea 220/2008);

– Prosumatorii persoane fizice sunt exceptate/scutite de la plata tuturor obligațiilor fiscale aferente cantității de energie electrică produsă și utilizată pentru autoconsum sau vândută furnizorilor (art. 14 alin. (67) din Legea 220/2008).

4.4. Producători și furnizori de sisteme de energie regenerabilă pentru uz casnic

4.4.1. Sisteme solare fotovoltaice

a. ROMSIR este o societate comercială cu capital integral românesc, înfiintată în anul 1994 în domeniul electronicii si electrotehnicii, fiind printre primele companii din România care a introdus pe piată echipamente producătoare de energie din surse regenerabile. În ultimii ani, a vândut si instalat în România peste 4500 de sisteme cu panouri solare ESOL.

b. SC ETO4 Wissen este o societate comercială din Germania dar care oferă servicii de implementare și mentenanță a sistemelor de generare a energiei electrice (fotovoltaice) din surse regenerabile și în România. Se ocupă cu: proiectarea, importul de materiale direct din fabrică, executarea lucrării de montaj, dimensionarea cablurilor pentru circuitele de curent și punerea în funcțiune a invertoarelor, obținerea avizelor necesare de injectare în rețeaua națională ATR, în cazul proiectelor on-grid, până la instrumentarea completă a dosarelor de licență și acreditare pentru ANRE.

c. P PLUS 2002 este o companie înregistrată ca instalator autorizat AFM în programul ”Casa Verde Fotovoltaice”. Aceasta asigură consiliere pe întreg procesul de achiziție a sistemelor fotovoltaice și o echipă de tehnicieni profesioniști pentru o instalare corectă și eficientă. Sistemele fotovoltaice importate de compania P PLUS 2002 asigură oricărui proprietar de casă, independență energetică (aproximativ 70-80% din energie este produsă de panourile fotovoltaice) și o economie importantă la factura de energie.

Sistemelor solare fotovoltaice POWERACU

Sisteme solare fotovoltaice Xunzel

Fig 4.5. K it solar Xunzel Off-Grid complet pentru iluminat SOLARLIFE60i

Kitul solar Off-Grid complet pentru iluminat Xunzel (Fig. 4.5.) conține:

– Panou solar SOLARPOWER: 60W-12VDC

– Baterie solara(CI20) SOLARX: 30Ah

– LEd-uri – LED Nature 12VDC: 3W-12VDC x 2

– Controller ISC inclus

– Cutie universala baterie Xunbox inclusa

– Timp service: 24h LED inclus sau 2h (50W – electronice neincluse)

– Timp incarcare: 4h (-1zi)

d. PMG WIND România – pune la dispozitie sisteme solare fotovoltaice on-grid și sisteme off-grid, precum și soluții tehnice bazate pe combinarea sistemelor on-grid cu off-grid.

Un astfel de sistem fotovoltaic conține:

Panou fotovoltaic monocristalin – transformă energia solară în energie electrică

Invertor trifazat – transformă energia electrică produsă de panouri în curent electric trifazat, curent ce va fi folosit întâi de beneficiar, iar surplusul se va injecta în rețea

Suporți structură ușoară – bare de aluminiu pentru prinderea panourilor pe acoperiș

e. Tritech Group este singurul producator de panouri fotovoltaice care deține o tehnologie de control și garantare a produselor oferite clienților. Acesta oferă prețuri competitive pe piața energiei regenerabile din România, dar și cea externă.

4.4.2. Încălzitoare de apă cu energie solară

a. ROMSIR – oferă o gamă largă de sisteme de panouri solare și accesorii utilizate pentru încălzirea apei menajere, a piscinelor sau care pot fi conectate sistemului central de încălzire. Aceste panouri pot fi integrate atât în aplicații rezidențiale, cât și comerciale:

Sistemele de panouri solare compact nepresurizate cu funcționare primăvara-toamna

Sistemele de panouri solare compact presurizate (Fig. 4.6.) cu funcționare pe tot timpul anului

Fig. 4.6. Panou solar compact presurizat

Sistemele solare complexe cu funcționare pe tot timpul anului

b. SOLARO – este o companie fondată în 1992 de Marin Mâinea, profesor la Universitatea Valahia din Târgoviște, Facultatea de Automatică. Produsele oferite sunt:

Sisteme solare pentru apă caldă (Fig. 4.7.)

Fig. 4.7. Sistem solar pentru apă caldă

Panouri solare nepresurizate

Panouri solare presurizate

Colectoare solare

Boilere solare

c. TopSolar – este una dintre primele firme care a promovat la nivel național energia solară și oferă următoarele produse:

Panouri solare nepresurizate – cu tuburi vidate (Fig. 4.8.)

Fig. 4.8. Panou solar nepresurizat

Panouri solare presurizate – cu tehnologie heat-pipe

Sisteme complete – sunt alcătuite din trei componente principale: panouri solare cu tehnologie heat – pipe (presurizate), boiler prevăzut cu până la două serpentine și dispozitiv de comandă automatizat. Sistemul complet este alternativa care oferă cel mai bun randament într-o locuință modernă unde se dorește înlocuirea energiei electrice standard cu cea alternativă.

4.4.3. Turbine eoliene

a. PMG WIND – este singurul producător de turbine eoliene din România. Oferă soluții de energie regenerabilă prin produse precum: turbine eoliene, panouri fotovoltaice și sisteme hibrid.

Fig. 4.9. Generator eolian PMG WIND.

Fig. 4.10. Copăcel energetic (sistem hibrid)

b. ROMSIR – oferă următoarele modele de turbine eoliene:

Bornay 600 W (Fig. 4.11.), 1500 W, 3000 W, 6000 W

Fig. 4.11. Turbină Bornay

c. Rolix Impex Series Srl – este o companie fondată de inginerul Dragoș Preda care a proiectat un nou tip de turbină eoliană verticală, adaptată condițiilor climatice din România. Această turbină poată fi instalată atât în mediul rural cât și în mediul urban și este dedicată în special consumatorilor casnici. (Fig. 4.12.)

Fig. 4.12. Turbină eoliană cu ax vertical

4.4.4. Cazane pentru încălzire cu peleți

a. Romstal – produce centrale pentru încălzire pe peleți (Fig. 4.13.)

Fig. 4.13 Cazan Vision, din oțel

b. Viessman – produce cazane pentru încălzire pe peleți (Fig. 4.14.)

Fig. 4.14 Centrală termică compactă pe peleți

4.4.5. Sisteme micro-hidro

ECOVOLT – este parte a grupului german Phaesun GmbH și contribuie la utilizarea energiei regenerabile în România prin sisteme cu hidrocentrale de mică capacitate pentru uz individual. Acestea folosesc micro-hidro turbine, de exemplu turbinele Powerspout. (Fig. 4.15.)

Fig. 4.15. Turbină Powerspout

Concluzii

Folosim energie în fiecare zi din viața noastră – dispozitivele noastre electronice necesită energie electrică, becurile din casă au nevoie de același lucru pentru iluminat, vehiculele noastre funcționează cu benzină sau motorină. Ne alimentăm casele dintr-o rețea națională sau locală pentru iluminat, încălzire și alimentarea cu apă. Locurile în care lucrăm folosesc calculatoare, rețele de telefonie, sisteme de securitate și servere, la fel ca centrele comerciale, parcările, stadioanele sportive, mașinile, avioanele etc. Toate aceste lucruri necesită energie de la de la o sursă de combustibil.

La începutul acestui mileniu omenirea se confruntă cu un șir de amenințări cauzate de consumul necontrolat de energie, în special al combustibililor fosili. Aceste amenințări sunt:

încălzirea globală, care deja are consecințe grave, precum sunt inundațiile, furtunile, alunecările de teren, căldura excesivă în perioada de vară, seceta ș.a.;

epuizarea rezervelor de gaze naturale și petrol, care conduce la creșterea spectaculoasă a prețului acestora pe piața mondială;

poluarea tot mai gravă a mediului înconjurător (aer, apă, sol), care contribuie la dereglarea sănătății populației.

Pentru a ajuta în continuare mediul și pentru a asigura viitorul planetei pentru copiii și copiii lor, trebuie să trecem la surse regenerabile pentru generarea noastră de energie.

Milioane de oameni din întreaga Europă încearcă să trăiască mai „curat”. Dorim să reducem poluarea, dar acest lucru pare adesea dificil. Utilizarea energiei regenerabile este una dintre modalitățile eficace de a asigura un caracter mai curat al aprovizionării cu energie. Așadar, energia regenerabilă ne va permite să ne diversificăm sursele de energie și să reducem dependența excesivă de gaz, cărbune și petrol. Ea este deci calea cea mai sigură pe care o avem la dispoziție pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră și pentru a spori siguranța aprovizionării cu energie.

Sursele regenerabile de energie asigură creșterea siguranței în alimentarea cu energie și limitarea importului de resurse energetice, în condițiile unei dezvoltări economice durabile și a protejării mediului înconjurător.

În România, potențialul de generare a electricității utilizând lumina soarelui este foarte mare și prețul aferent devine convenabil pe măsura îmbunătățirii tehnologiei și creșterii prețului electricității generate utilizând surse convenționale, cum ar fi combustibilii fosili.

Alături de energia eoliană, aceste două surse de energie regenerabilă vor deveni în viitor modul dominant de generare a electricității pe măsura epuizării resurselor de combustibili fosili.