Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C [627188]

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C

VALORIFICAREA ENERGIEI

1. Biomasa României

În România sursa energetică regenerabilă cu cel mai mare potențial pe termen scurt și mediu
este biomasa – lemnoasă și agricolă. Acest potențial este puțin utilizat în prezent, iar utilizarea
energetică se rezumă doar la producerea de energie termică prin procedeul clasic – arderea în
centrale termice industriale, mai mult de 80% din dotările acestor centrale fiind depășite fizic și
moral
În prezent există în România cazane de abur și de apă caldă pe combustibil lemnos.
Strategia guvern amentală de valorificare a surselor regenerabile de energie (HG 1535/2003)
prevedea ca obiective la nivelul anului 2010 , realizarea unor capacități instalate noi de 3250 mii
t.e.p. pentru „biomasa termală” și de 190 MWh pentru „biomasa electrică” lucru ce concorda cu
obiectivele la nivel european ce presupun 75 mil t.e.p. pentru „biomasa termală” și circa 200 TWh
pentru „biomasa electrică”. Conform datelor oficiale publicate de Institutul Național de Statistică,
ponderea biomasei în totalul resurselor energ etice generale la nivel național a oscilat în ultimii ani
între 6,5% și 8,7%. Doar cca 11% din totalul energiei obținute din biomasă este produsă în instalații
relativ moderne.
Diferite unități industriale, în special din industria lemnului, au achiziționa t în ultimii ani
cazane industriale de abur și apă caldă utilizând deșeuri lemnoase (inclusiv rumeguș) drept
combustibil. De asemenea, în câteva orașe din zona montană au fost introduse cazane cu apă caldă
pentru încălzire urbană funcționând cu combustibil lemnos.
În România există peste:
– 550 cazane industriale de abur sau apă fierbinte utilizând combustibil lemnos
– 10 cazane de apă caldă cu puteri între 0,7 MW și 7 MW pentru încălzire (total 45 MW)
Sistemele standard utilizate pentru tratarea termică a bio masei, sunt diversele tipuri de
incineratoare adaptate caracteristicilor fizico -chimice. În prezent noi tehnologii ca termoliza,
piroliza și gazeificarea (denumite generic non -oxidante) disponibile la nivel pilot se prezintă ca o
alternativă la procesul de incinerare.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C

La nivelul anului 2004 ponderea tehnologiilor non -oxidante în domeniul tratării biomasei
era de aproximativ 23%, restul fiind acoperit de tehnologiile oxidante (incinerare). Politica din
acest domeniu în țările dezvoltate s -a axat în ultimul d eceniu pe îmbunătățirea ratei de recuperare
a energiei. Conversia în subproduși energetici cu o putere calorifică ridicată, utilizabili în situ sau
la distanță în sectorul producerii de energie și reducerea emisiilor poluante (cantitativ și ca
nocivitate).
Având în vedere rolul important ce îl va avea biomasa în sectorul energetic din România
există premise favorabile dezvoltare a pieței în trei etape:
I. Prima etapă
a. Realizarea a circa 300 centrale termice cu puterea instalată totală de
1400MWt pentru încălzi re urbană funcționând cu combustibil lemnos în orașele
din zona de munte și subcarpatică.
b. În ceea ce privește producerea de energie electrică pe bază de biomasă, în această
etapă pot fi realizate circa 60 de instalații de cogenerare cu puterea totală de
circa 160 MWe în întreprinderile din industria lemnului care au disponibil de
deșeuri de lemn.
II. A doua etapă
a. Realizarea a circa 450 de centrale cu putere instalată totală de 5200 MWt pentru
încălzirea urbană funcționând cu resturi agricole în orașele din zon ele de câmpie.
b. Realizarea de centrale funcționând cu biogaz și/sau cu gaz combustibil
(landfield gas) colectat din gropile de gunoi ecologice. Puterea totală produsă
din biomasă și biogaz se poate ridica la aproximativ 400 MWe .
III. A treia etapă
a. Încurajarea producerii descentralizate de energie pentru consumatori casnici, cu
puteri instalate de 10 -150 kWe, având la bază tehnologia de gazeificare și
utilizare a gazului de sinteză în turbine cu gaz sau motoare cu gaz.
Prin realizarea acțiunilor propuse privind mărirea consumului de biomasă în scopuri
energetice în România, s -ar realiza o reducere a emisiei de gaze cu efect de seră de circa 10,7 mil
tone echivalent CO 2.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
2. Biomasa. Tipuri de resurse

Biomasa este un termen științific pentru materii vii (orice ma terial organic care derivă din
plante ca rezultat al procesului de fotosinteză). Același termen este folosit și pentru produsele ce
provin din organisme vii (lemn, plante recoltate, părți de plante și alte reziduuri), plante acvatice
și deșeuri animale. Bi omasa reprezintă fracția biodegradabilă a produselor, deșeuri și
reziduuri din agricultură (inclusiv substanțe animale și vegetale), industria forestieră și
prelucrarea lemnului, precum și fracțiile biodegradabile ale deșeurilor industriale și
municipale .
Resursele de biomasă care pot fi folosite pentru producerea de energie sunt diverse. Acestea
se pot clasifica în:
– Reziduuri primare
o Produse din plante sau din produse forestiere
o Disponibil „în câmp” și trebuie colectată pentru utilizarea ulterioară
– Reziduu ri secundare
o Produse la prelucrarea biomasei pentru producerea produselor alimentare și
producerea altor produse finite din lemn
o Disponibile în industria alimentară, fabrici de producere a hârtiei etc.
– Reziduuri terțiare
o Rezultă în urma utilizării biomasei
o Diferite deșeuri precum: deșeurile menajere, deșeurile lemnoase, deșeurile de la
tratarea apelor uzate.
– Biomasa care este special cultivată pentru scopuri energetice, utilizate drept combustibil
pentru generarea de energie electrică
o „plante energetice”
o Au fost dezvoltate mai multe specii de plante special pentru producerea de
combustibil
o Pot fi cultivate pe terenuri agricole ce nu sunt folosite în agricultură
o Necesită mai puțină îngrijire și mai puține îngrășăminte minerale/pesticide în
comparație cu plant ele agricole tradiționale.
Resursele de biomasă se pot clasifica și în următoarele categorii principale:
– Biomasă lemnoasă:

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
o pădurile și plantațiile forestiere
o produse reziduale din industria prelucrării lemnului
o produse lemnoase care sunt scoase din uz.
– Biomasa din plante:
o plante energetice
o produse agricole reziduale
o produse agro -industriale reziduale
o materii finite scoase din uz.
– Biomasa din fructe și semințe
o plante energetice
o produse agricole reziduale
o produse agro -industriale reziduale
o materii finite s coase din uz
– Altele/amestec:
o produse animale reziduale
o produse horticole reziduale
o materii finite scoase din uz.

3. Combustia. Parametrii. Mod de funcționare

Combustia directă este cel mai cunoscut proces de conversie termo -chimică. Lemnul și alte
tipuri de biomasă solidă, cum sunt diferite deșeuri, dejecții animale sau paie, pot fi incinerate fără
a fi procesate în prealabil, pentru producerea de căldură.
Combustia biomasei se face astfel:
– Uscarea – la temperaturi între 100 și 160°C.
– Eliminarea volatilelo r din combustibil – la temperaturi de până la 800°C.
– Combustia volatilelor și a componentelor solide din combustibil (carbon) – la
temperaturi între 850 și 1200°C.
În procesul teoretic de combustie toată energia este folosită, ceea ce rămâne fiind cenușa.
Tehnologia combustiei directe este bine cunoscută și disponibilă pe piață. Această tehnologie
poate fi foarte economică, mai ales dacă sursa de biomasă este în vecinătatea centralei. Singura

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
problemă a acestei tehnologii este eficiența sa redusă. Pentru a avea o combustie eficientă sunt
necesare trei elemente:
– O temperatură ridicată (peste 850°C)
– Suficient aer (exces de aer între 1,2 și 1,8)
– Un timp de acționare suficient pentru o combustie completă.
Căldura generată este utilizată pentru producere de ener gie electrică în cicluri Rankine –
Hirn. Este posibilă arderea oricărui tip de biomasă cu o umiditate mai mică de 50% din masa sa.
În general, instalațiile de combustie directă pot oferi o putere de la 2 -5 MW la 300 MW. În
cazul unei co -combustii cu cărbu ne sau cu alți combustibili fosili se poate ajunge la un nivel al
randamentului de 20% -40%. Aportul de biomasă poate varia între 10 și 15%, cu o semnificativă
reducere a gazelor poluante, în special a NOx și a SO 2.

4. Piroliza

Piroliza se derulează în lip sa oxigenului. În urma acesteia se produc substanțe solide, lichide
și gazoase. Pe toată durata procesului de piroliză, care se desfășoară la temperaturi de 275°C –
800°C, majoritatea celulozei și a hemi -celulozei și o parte din lignină se dezintegrează în m olecule
mai mici și mai ușoare, formând gaz de piroliză . În timp, gazele se răcesc, unii vapori condensează
și formează un lichid care este uleiul de piroliză .
Partea rămasă din biomasă, în special lignina, se găsește sub formă solidă (cocsul). Este
posibil de a influența într -o oarecare măsură cantitatea de substanțe gazoase, lichide sau solide,
produse în urma procesului. Piroliza poate avea loc și în prezența unei cantități mici de oxigen
(autopiroliza ), a apei sau a hidrogenului ( hidrogenarea ).
Avantaje:
– Nivelul de temperatură poate fi strict controlat și deplasat în limite largi.
– Diminuarea volumului de efluenți gazoși: aproximativ 1/3 comparativ cu incinerarea.
– Prin nivelul de temperaturi, prin controlul echilibrelor chimice și prin regimul
gazod inamic se poate reduce substanțial emisia de noxe (praf, produse sulfurice,
produse clorice, metale grele etc.)
– Obținerea de produse valorificabile energetic și tehnic: ulei, gaz și cocs de piroliză.
– Neutralizarea a 99,99% din deșeuri.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
– Nevolatilitatea metalelor grele și fixarea acestora în cocs.
– Inexistența emisiilor de NOx.
– Timp redus de reacții pentru piroliza de înaltă temperatură: 15 -20 min.
– Omogenizarea deșeurilor multicomponente de tipul celor urbane. Se obține astfel un
produc cu caracteristici t ermo -fizico -chimice quasi -constante.
– Neutralizarea produselor cu impact olfactiv major și facilitarea depozitării pe termen
lung și a transportului la distanță. De exemplu, deșeurile din industria zootehnică
(resturi din prelucrarea cărnii, cu descompunere rapidă) pot fi pirolizate, obținându -se
un cocs (carbon + inerte ) ce poate fi stocat și transportat la distanță pentru a fi ars într –
o centrală clasică pe combustibil convențional.
– Răspuns bun la variații de sarcină 25 -125%.
– Unități modulare în gama 10 000-50000 t/an.
Dezavantaje:
– Caracterul de deșeu al cocului produs. Deși este un combustibil omogen asimilabil
cărbunilor de putere calorifică medie, dpdv juridic este un deșeu ce se supune legislației
respective.
– Conținutul de metale grele. Datorită tempe raturilor joase (<650°C) ale procesului,
metalele grele nu sunt volatilizate și rămân fixate în cocs. Pentru o combustie ulterioară
a acestui produs este necesară o „spălare -separe” intermediară pentru reținerea
metalelor grele. Aceasta reduce eficiența gl obală a procesului de conversie energetică a
deșeului.
– Piroliza nu este un procedeu de eliminare a deșeurilor, ci doar de preparare în vederea
unei valorificări energetice superioare.

5. Gazeificarea

Gazeificarea este un proces de conversie cu oxidare par țială sau cu abur la o temperatură
ridicată a biomasei deja cocsificate, în combustibil gazos.
Gazeificarea are loc în două etape:
– Biomasa este uscată și devolatilizată până la conversia în cocs (carbon fix și inerte)

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
– CO 2 și apa degajate în prima etapă sunt reduse chimic folosind carbonul, care formează
monoxid de carbon și hidrogen.
Ecuațiile chimice specifice procesului de gazeificare:
22 C H O CO H

H  (exotermă)
2 2 C CO CO

H  (exotermă)
21
2C O CO

H  (endotermă)
22 C O CO

H  (endotermă)
22nmmnC H C H

H  (endotermă)
222nmnmnCO H C H nH O

H  (endotermă)
2 2 2 CO H O CO H

H  (endotermă)
242C H CH

H  (endotermă)
Gazeificarea necesită temperaturi de minim 650°C pentru gazeificare cu aer parțial și
minim 800°C pentru gazeificare cu abur. Gazul, denumit gaz de sinteză/syngas conține (în
participații volumice):
– hidrogen: 18 -20%
– CO: 18 -20 %
– CO 2: 8-10%
– metan CH 4: 2-3%
– părți de hidrocarburi superioare (etan, eten, apă, azot) și diferite particule de smoală
cocs și uleiuri.
Oxidarea parțială poate fi făcută folosind aer, oxigen, abur sau un amestec al acestora. Se
produce astfel gazul de gazogen dacă se folosește aer, ce p oate fi utilizat în cazan, motor cu ardere
internă sau turbină, dar care nu poate fi transportat.
În cazul utilizării oxigenului ca agent de gazeificare, se produce așa numitul gaz de sinteză ,
care poate fi transportat la distanțe limitate.
În general, ava ntajele pirolizei se regăsesc și în gazeificare. În ceea ce privește deșeurile ce
pot fi tratate prin acest procedeu, se poate spune că toate deșeurile organice sunt tratabile prin
gazeificare (la scară comercială: deșeuri urbane și asimilate, deșeuri medi cale, deșeuri industriale).

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
Avantaje:
– Posibilitatea atingerii unor temperaturi ridicate permite o bună eliminare a fracției
organice. Spre deosebire de piroliză, fracția de solide este minimizată.
– Tratamentul efluenților este în general convențional, exceptând necesitatea de tratare a
unor volume superioare de gaze de ardere în raport cu piroliza.
– Volumele uzuale de gaze de ardere sunt de aproximativ 5000m3N/tdeșeu în comparație
cu 2000 -3000 m3N/tdeșeu din piroliză. Aceste volume român totuși inferioare volumelor
degajate din incinerarea clasică 6000 m3N/tdeșeu.
– Cantitățile de efluenți lichizi (răcire, epurare) variază între 0,4 și 2m3 pe tonă.
Dezavantaje:
– Ținând cont de temperaturile atinse și de prezența aerului (în unele tehnologii),
concentrațiile oxizilor de azot în gazele de ardere sunt compatibile cu incinerarea.
– Cheltuielile de exploatare cresc datorită necesității echipamentelor rezistente la
temperatură înaltă. Investițiile corespunzătoare sunt în general egale sau chiar mai mari
decât în cazul incinerării clasice.
– Complexitatea procesului de operare implică personal înalt clasificat. Aportul de
combustibil suplimentar s -a dovedit a fi necesar pentru a menține temperatura
procesului. Acest aport este în general furnizat prin arderea de gaz natural.
– Pulberile (în medie 5g/m3N) împreună cu temperatura înaltă a gazului la intrarea în
cazanul recuperator, pot provoca colmataje importante la nivelul supraîncălzitoarelor.

6. Digestia anaerobă

Digestia anaerobă este un proces biologic prin care deșeurile organice sunt transformate în
biogaz, adică un amestec de CH 4 (60-66% per volum) și CO 2. Pe durata acestui proces,
macromoleculele organice ale biomasei se degradează printr -un proces natural de populare cu
bacterii într -un mediu anaerob (fără oxigen). Această bioconversie are loc în digestoare, containere
etanșe, oferind condiții ideale pentru fermentarea bacteriilor și producerea de biogaz.
Se poate defini biogazul vegetal și comunal. Producerea de biogaz se poate realiza la
diferite temperaturi, fiecare corespunzând diferitor grupuri de bacterii și anume
– psychrophilic (la temperatura mediului ambiant)

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
– mesophilic (temperatura între 28 și 36°C)
– thermophilic (temperatura între 48 și 53°C).
O centr ală de producere a biogazului poate fi
– cu stocare : are de obicei o capacitate mai mare și o durată de digestie mai mare.
– cu pro ducere pentru utilizare directă : capacitate mai mică și timp mai scurt de
digestie.
În timpul digestiei anaerobe 30 -60% din solidele introduse în proces sunt convertite în
biogaz. Produsele secundare sunt reziduuri și diferite substanțe solubile în apă.
Etapele aferente procesului de digeste anaerobă:
– lichidul și solidele sunt colectate în rezervoare separate pentru a asigura alimentarea
continuă pentru digestor. Alte materiale sunt colectate în rezervoare separate
– solidele și lichidele sunt introduse ulterior într -un vas de amestec respectând proporțiile
pentru a forma un amestec omogen
– amestecul omogen este fermentat în digestorul anaerob. Un agitator permanent are rolul
de a evita segregarea amestecului. Durata procesului de producere a biogazului depinde
de temperatură și de conținutul amestecului. Temperatura corectă este menținută cu
ajutorului unui schimbător de căldură
– biogazul este stocat în rezervor
– biogazul trebuie purificat (desulfurat, dehidrat) și trebuie să fie presurizat înainte de
utilizare
– produsele rămase în urma fermentării (compostul) sunt stocate în bazine izolate, ce pot
fi refolosite în agricultură.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C

7. Caracteristicile energiei solare: potențialul energiei solare, parametrii ce influențează
maximizarea conversiei energiei solare, elemente caracteristice.

Procesul de conversie a energiei solare termice în energie ele ctrică este similar cu cel
tradițional bazat pe combustibili fosili, unde energia stocată în combustibil este eliberată prin
ardere, se transformă în energie potențială a aburului comprimat și încălzit până la 500 -600°C.
În turbină aburul se dilată, energi a potențială se transformă în energie cinetică, care la
rândul său se transformă în energie electrică.
În sistemele solare combustibilul fosil este înlocuit cu radiația solară, focarul cazanului cu
un colector solar sau cu concentrare: clindro -parabolic, cu oglindă paraboloidală sau cu heliostate
și turn central. Celelalte elemente ale centralei solare termice rămân aceleași ca și la o centrală
termică tradițională.
În ultimele decenii ai secolului trecut în SUA au fost realizate cu succes câteva proiecte
pilor de centrale solare termice care au demonstrat viabilitatea tehnică și tehnologică a acestora și
au deschis calea spre realizarea a noi proiecte cu capacitatea de sute de MW.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
Constanta solară reprezintă valoarea fluxului termic solare, care cade perp endicular pe
suprafața pământului, dar care se măsoară în stratosferă (înainte de a intra în atmosferă) = 1350
W/m2.
Radiația solară anuală medie în România: 1100 -1300 kWh/m2.
Radiația globală reprezintă însumarea radiației directe și a radiației difuze l a nivelul solului.
Radiația directă reprezintă fluxul de energie solară care cade perpendicular pe o anumită
suprafață.
Radiația difuză reprezintă fluxul de energie solară disipat în atmosferă prin diverse moduri
reflectat către acea suprafață.
Moduri de d isipare a fluxului de energie solară:
– Difuzie moleculară
– Reflexie difuză, datorată existenței în atmosferă a picăturilor de apă și a particulelor de
praf
– Reflexia pămândului.
Randamentul maximal sau eficiența maximală nu poate depăși valoare dată de expresia:
1ies
C
inT
T
, unde T in reprezintă temperatura la intrare, iar T ieș reprezintă temperatura sursei
reci (a condensatorului) între care se produce schimbul de căldură.
Potențialul energetic în România:
– 1450 kWh/m2
o Radiații infraroșii: 55%
o Radiații vizibile: 42%
o Radiații ultraviolete: 3%

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C

8. Valorificarea energiei solare: concentratori parabolici (schemă, principiu de
funcționare cu elemente caracteristice, avantaje, dezavantaje)

Câmpul de colectoare solare este format din concentratoa re cilindro -parabolice cu o
suprafață totală de circa 1,75×106 m2. Partea activă a concentratorului – reflectorul este format din
sticlă cu conținut mic de fier și acoperită din spate cu argint. Sticla este montată pe o structură
metalică secționată ceea c e permite formarea colectoarelor de diferite lungimi. Colectoarele se
montează în rânduri paralele în direcția sud -nord. Pentru urmărirea soarelui se folosesc acționări
hidraulice. Receptorul de radiație solară prezintă o țeavă de oțel cu diametrul de 70mm acoperită
cu u strat de material selectiv. Pentru micșorarea pierderilor de energie receptorul este amplasat
într-un tub de sticlă vidat. La temperatura de 350°C suprafața receptorului are o absorbtanță egală
cu 0,96 și o emitanță de numai 0,19. Reflectan ța oglinzilor în stare curată este egală cu 0,94.
În primul contur, în care se includ și colectoarele solare, în calitate de caloportor se folosește
un fluid sintetic. Temperatura fluidului la ieșire din colectoare este de 390°C, iar la intrare de circa
304°C.
În al doilea contur se folosește apa, care se transformă în abur în cazanul alimentat cu
energie termică de la colectoarele solare.
Unitatea de generare reprezintă un grup tradițional turbină cu abur -generator sincron.
Turbina cu abur are două trepte de presiune:
– Prima treaptă se alimentează cu abur supraîncălzit
– A doua treaptă se alimentează de la preîncălzitor.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
9. Valorificarea energiei solare: heliostat (schemă, principiu de funcționare cu elemente
caracteristice, avantaje, dezavantaje)

Câmpul de heliostate cuprinde 1818 reflectoare cu o suprafață de 71100 m2. Fiecare
heliostat este orientat astfel ca să se reflecte razele solare pe receptorul instalat în centrul câmpului
la o înălțime de 90m deasupra solului.
Un heliostat conține 12 panouri conca ve cu o suprafață totală de 39,12 m2.
Ca material reflector se utilizează sticla acoperită cu argint.
Receptorul prezintă un cilindru cu înălțimea de 13,7m și diametrul de 7m. cilindrul
receptorului este format din 24 de panouri, fiecare având lățimea de 0,9m și înălțimea de 13,7m.
fiecare panou este format din țevi de oțel aliat cu diametrul de 69mm montate în paralel și acoperite
cu vopsea neagră nonselectivă rezistentă la temperaturi de până la 620°C.
Prin primul contur circulă sare topită. La ieșirea din receptor, temperatura este de 570°C.
În cazan se produce abur, care circulă prin al doilea contur.
Cazanul îndeplinește și funcția de preîncălzitor pentru treapta de presiune înaltă a turbinei.
Temperatura sării topite la intrarea receptorului este de 290°C. Exploatarea centralei pe parcursul
a câțiva ani a demonstrat eficiența sistemului de stocare a energiei termice, permițând obținerea
unui factor de utilizare a puterii instalate de circa 65%. Altfel spus, din cele 8760h ale anului,

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
centrala produce energie electrică pe parcursrul a 5694h. cea mai mare putere electrică produsă de
grupul turbină -generator a fost de 11,6 MW.

10. Energia geotermală. Avantaje și dezavantaje

Energia geotermală reprezintă căldura acumulată în roci și în fluidele ce umplu por ii
acestora. Energia geotermală este energia termică conținută de materia anorganică din interiorul
Pământului sub formă de căldură sensibilă și produsă în cea mai mare parte din descompunerea
lentă a substanțelor radioactive naturale existente în toate ti purile de rocă.
Căldura provine din energia ce se propagă radial de la centru către exteriorul Pământului și
este furnizată continuu. Temperatura înaltă din centrul Pământului se explică prin originea sa (prin
existența izotopilor radioactivi de uraniu – U238 și U235, thorium – Th232 și potasiu – K40). Procesul
de propagare se desfășoară în permanență și se poate spune că energia geotermală este o sursă de
energie inepuizabilă (regenerabilă). Energia geotermală este una din alternativele care pot satisface
nevoia omului pentru energie, minimizând impactul asupra mediului.
Potențialul energetic geotermal:
– Fluxul termic mediu de căldură dinspre interiorul Pământului: 58 MW/km2 (pentru
Europa 62MW/km2)
– Cantitatea de căldură conținută în interiorul Pământului e ste estimată la 126 x 1030 J
(3,5 x 1022 MWh)
– Dacă toată căldura ar fi degajată pe durata unui singur an ar rezulta o putere echivalentă
de 4×1018 MW.
Avantajele energiei geotermale:
– Sursă locală de energie primară care poate reduce importul unor combustibili fosili
scumpi (gaz natural, petrol).
– Are un impact pozitiv asupra mediului înconjurător prin înlocuirea unor combustibili
fosili puternic poluanți (cărbunele)
– Spre deosebire de alte forme de energie regenerabilă (solară, eoliană) poate fi expl oatată
în mod continuu, indiferent de condițiile atmosferice.
– Reprezintă o sursă de energie primară sigură care nu necesită instalații de stocare.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
Dezavantajele constau într -o serie de condiții:
– Din considerente economice, sursa geotermală trebuie să fie a ccesibilă prin foraje la
adâncimi care să nu depășească în general 3km (doar în condiții favorabile se poate
ajunge la 6 -7km)
– Sursa geotermală trebuie să aibă un potențial suficient de ridicat (atât cantitativ, cât și
calitativ) pentru a rezulta o exploata re a acesteia în condiții economice avantajoase.
– Distanța până la care poate fi transportată căldura prin intermediul unui agent termic
este limitată la valori de ordinul kilometrilor (consumatorii sunt captivi, ei trebuind să
fie amplasați în apropierea s ursei geotermale).

11. Tipuri de surse geotermale.

Se disting patru categorii de surse geotermale:
A. Surse hidrotermale
Aceste surse se bazează pe circulația apelor meteorice (de suprafață) care se infiltrează în
scoarța Pământului până la adâncimi cuprinse î n intervalul 100m -4,5km. Circulația fluidului este
asigurată în mod natural pe baza diferenței dintre densitatea apei reci, respectiv a apei fierbinți sau
a vaporilor de apă.
Elemente principale:
– Sursă de căldură
– Rezervor de apă alimentat cu apa de suprafață
– Strat de roci impermeabile care să susțină rezervorul de apă.
În mod uzual o astfel de sursă este exploatată prin executarea unor foraje până la rezervorul
de apă și extragerea apei fierbinți sau a vaporilor de apă. Apa din rezervor poate ajunge la suprafață
și prin mijloace naturale (fumarolele și gheizerele)
Din punct de vedere tehnic se disting:
– Surse hidrotermale de înaltă temperatură
o 180-350°C
o Încălzirea apei se datorează contactului cu roci fierbinți
– Surse hidrotermale de joasă temperatură
o <180°C
o Încălzirea apei se realizează prin

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
 contactul cu roci fierbinți
 fisiunea unor substanțe radioactive
În funcție de starea de agregare a apei din rezervorul hidrotermal:
– rezervoare în care apa se găsește predominant sub formă lichidă.
– Rezervoare în car e apa se găsește predominant sub formă de vapori.
Sursele hidrotermale sunt cvasi -regenerabile. O exploatare nerațională a acestora poate
conduce la diminuare potențialului rezervoarelor subterane de apă.
B. Surse sub presiune
Apa conținută în aceste rezervo are are salinitatea scăzută și în compoziția sa se găsește
metan dizolvat. Apa și metanul sunt ținute captive de straturi de roci impermeabile în rezervoare
existente la mari adâncimi (3 -6 km) caracterizate prin valori deosebit de ridicate ale presiunii.
Temperatura apei se situează în general în intervalul 90 -200°C.
Sursa geotermală sub presiune se caracterizează prin trei forme de energie:
– Căldură
– Energie chimică datorată gazului metan dizolvat în apă
– Energie hidraulică (mai puțin) datorată presiunii exis tente în rezervor.
Sistemele geopresurizate pot fi exploatate atât termic, cât și hidraulic.
C. Roci fierbinți
Acest tip de sursă constă din straturi de roci fierbinți existente în scoarța terestră. Spre
deosebire de sursele hidrotermale, în acest caz nu există rezervoare subterane de apă sau alte
posibilități de infiltrare a apelor de suprafață.
Exploatarea se realizează prin forare. În zona rocilor fierbinți, se pompează apă rece, în
scopul constituirii unui rezervor. Apa preia căldura de la roci și este adusă ulterior la suprafață
printr -un puț de extracție.
Ținând cont de aceste aspecte, această resursă este practic nelimitată și este mai accesibilă
decât resursele hidrotermale.
D. Magma
Magma reprezintă cea mai mare resursă geotermală, fiind formată din roci topite, situate la
adâncimi mai mari de 3 -10km. Temperatura magmei se situează în general în intervalul 700 –
1200°C. nu au fost realizate cercetări privind utilizarea acestei resurse, în principal datorită
accesului anevoios la adâncimile la care se gă sește magma.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
12. Valorificarea energiei geotermale: tehnologii de valorificare a resurselor geotermale
pentru producerea energiei electrice și termice

A. Centrale geotermale pe bază de abur uscat
Folosesc abur la temperatură ridicată (>235°C) și doar o cantita te mică de apă din
rezervorul geotermal. Aburul este adus de la rezervor printr -o conductă direct în turbină, pentru a
antrena un generator ce produce energie electrică.

Soluția poate fi utilizată în condițiile existente unei surse geotermale care produce abur
uscat sau cu un conținut redus de umiditate.
Aburul care alimentează turbina provine direct din sursa geotermală. Schema nu prevede
instalații de separare a picăturilor de apă (de aceea aburul nu trebuie să conțină umiditate). După
destinderea în turbină, aburul condensează, iar condensul este reinjectat în rezervorul geotermal.

B. Centrale geotermale cu abur saturat umed
Varianta uzuală pentru centrale de 5MW până la 100MW capacitate instalată. Aceste
centrale folosesc apă fierbinte (>182°C) din rezervorul geotermal. Apa este pompată în expandor
la presiunea furnizată de rezervorul subteran. Aici are loc o cădere bruscă de presiune, ceea ce
determină ca o parte din apă să vaporizeze, aburul format antrenând turbina.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C

Principiul constă din preleva rea de apă fierbinte sub presiune dintr -o sursă hidrotermală și
introducerea acesteia într -un expandor. Aburul format se destinde într -o turbină producând lucru
mecanic și apoi condensând. Condensul astfel format se amestecă cu faza lichidă rezultată de la
expandor și este reinjectat în rezervorul geotermal sau este trimis către un consumator termic.
Puterea unitară pentru o astfel de unitate energetică se situează în intervalul 5 -100 MW.
În funcție de nivelul termic al sursei hidrotermale este posibilă re alizarea unei scheme cu
două nivele de presiune, în care producția de abur se realizează în două expandoare înseriate. Apa
evacuată din expandorul de înaltă presiune este introdusă în expandorul de joasă presiune,
producând o cantitate de abur ce este inje ctată în turbină.

Un alt exemplu este constituit de prima centrală geotermală construită în Austria la
Neustadt care produce energie electrică utilizând o resursă geotermală cu cel mai redus nivel
termic (98 °C)

Spre deosebire de schema anterioară, în cazul acestei centrale, condensatul rezultat în
condensator este preîncălzit înainte de a intra în expandor. În felul acesta, apa fierbinte extrasă din

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
rezervorul geotermal este trecută prin două schimbătoare de căldură, unul de amestec și unul de
suprafaț ă, înainte de a fi reinjectată în rezervor.

C. Centrale cu ciclu binar
În sistemele binare, fluidele geotermale fierbinți sunt vehiculate printr -una din părțile unui
schimbător de căldură, pentru a încălzi un fluid de lucru. Fluidul de lucru, cu un punct de fierbere
scăzut, vaporizează și străbate o turbină pentru a genera energie electrică.
O mare parte a rezervoarelor geotermale se caracterizează prin temperaturi relativ coborâte,
sub nivelul de 180 °C. În acest caz, pentru conversia energiei geotermale în e nergie electrică,
soluția optimă este utilizarea ciclurilor binare.

Apa provenită din sursa geotermală cedează căldura (prin intermediul unui schimbător de
căldură) către un alt fluid (ex pentan, butan), care evoluează în ciclul motor al centralei. Acest
fluid se caracterizează printr -o temperatură de fierbere sensibil mai coborâtă decât cea a apei. În
acest mod poate fi utilizat un potențial termic geotermal relativ scăzut.
D. Ciclul combinat (ciclu cu abur și ciclu binar)
Acesta constă dintr -o combinație între cele două precizate mai sus, care permite atingerea
unei eficiențe ridicate a centralei.

13. Pompe de căldură. Principiu de funcționare

Pompa de căldură geotermală este o tehnologie de energie regenerabilă foarte eficientă,
care este folosită atât pen tru clădiri de locuit, cât și pentru cele comerciale. Pompele de căldură
geotermale sunt folosite pentru încălzirea/răcirea spațiului, precum și pentru încălzirea apei.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
Componente principale:
– Sistemul de conectare de suprafață.
– Sistemul de pompare de căld ură geotermal.
– Sistemul de distribuție a căldurii
Pompele de căldură geotermale se pot folosi în zone fără ape freatice sau cu apariții
întâmplătoare și neglijabile ale acestora. Adâncimile de sondă tipice sunt cuprinse între 100 –
200m. Când este necesară o capacitate termică mare, forarea se realizează înclinat, pentru a obține
un volum mai mare de rocă exploatată. Acest tip de pompă de căldură este de obicei conectat prin
intermediul unor conducte de plastic, care extrag căldura din rocă. Unele sisteme d estinare
clădirilor comerciale utilizează rocă pentru acumularea căldurii și frigului. Datorită costului relativ
ridicat al forării, această soluție este rareori atractivă din punct de vedere economic pentru uz
casnic.
O pompă de căldură funcționează ca un răcitor, unde fluidul de lucru este vehiculat într -un
circuit închis. Fluidul de lucru preia căldura din interiorul răcitorului și o elimină în mediul
înconjurător. În pompă fluidul de lucru extrage căldura de la sursă prin evaporare și o cedează
ulterior prin condensare. Funcționarea pompei implică o sursă de energie externă, un compresor
antrenat de un motor electric, dar se pot folosi și alte metode precum absorbția chimică, compresia
gazului etc.
Raportul între energia furnizată și cea consumată pentru funcționare este o măsură de bază
a eficienței pompei de căldură, care este un parametru foarte important în economicitatea pompei.
Acest raport este cunoscut drept COP (coeficient de performanță). Acest indicator este foarte
atractiv pentru surse de căld ură cu temperaturi între 20 și 40 °C. Spre exemplu, dacă resursa
geotermală are 30 °C și este răcită la 20 °C, iar apa pentru încălzirea spațiului are 55 °C, atunci COP
poate fi în jur de 4. Aceasta înseamnă că energie obținută pentru încălzirea spațiului este de 4 ori
mai mare ca cea consumată pentru antrenarea compresorului.
Limitările tipice de performanță ale pompelor de căldură geotermale:
– Temperatura s ursei geotermale între 18 °C și 65 °C
– Debitul de apă geotermală între 50 și 300m3/h
– Temperatura apei de încălzire între 50 și 90 °C
– Capacitatea de încălzire între 0,5 și 30MW.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
14. Pompe de căldură cu compresie mecanică de vapori

Marea majoritate a pompelor de căldură funcționează pe principiul ciclului Carnot de
compresie a vaporilor. Componentele principale ale unui asemenea sistem sunt:
– Compresor
– Ventilul de laminare (vana de expansiune)
– Două schimbătoare de căldură
o Vaporizator
o Condensator
Componentele sunt l egate între ele și formează un circuit închis. Un lichid volatil, fluidul
de lucru sau agentul frigorific circulă prin cele 4 componente.
În vaporizator, temperatura fluidului de lucru este păstrată la o valoare mai mică decât
temperatura sursei de căldură , determinând transferul căldurii de la sursă către lichid, iar fluidul
de lucru se evaporă. Vaporii produși în vaporizator sunt comprimați în compresor, la nivele de
presiune și temperatură mai ridicate. Vaporii supraîncălziți intră înapoi în condensator, unde
condensează și degajă căldura utilă. În final, fluidul de lucru de presiune înaltă se destinde în
ventilul de laminare până la presiunea și temperatura vaporizatorului. Fluidul de lucru este readus
astfel la stadiul inițial și se reia ciclul de la ni velul vaporizatorului.
Compresorul este antrenat de un motor electric, sau uneori de un motor cu ardere internă.
Se întâlnesc astfel:
– Motor electric ce acționează compresorul cu pierderi foarte scăzute de energie. Eficiența
energetică generală a pompei de căldură deprinde puternic de eficiența cu care este
produsă energia electrică și de randamentul mecanic al compresorului.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C

– Compresorul este antrenat de un motor diesel sau cu gaz, căldura conținută în apa de
răcire și gazele evacuate fiind utilizată suplimentar pentru condensator.

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
15. Pompe de căldură cu absorbție

Pompele de căldură cu absorbție consumă de această dată energ ie termică din exterior,
procesul de compresie mecanică a vaporilor fiind înlocuit de un proces de absorbție, iar fluidul de
lucru este de această dată un amestec binar. Pompele de căldură cu absorbție pentru condiționarea
spațiului sunt de obicei alimenta te cu gaz, în timp ce instalațiile industriale sunt puse în funcțiune
de abur de înaltă presiune sau căldură reziduală. Sistemele de absorbție folosesc capacitatea
lichidelor sau sărurilor de a absorbi vaporii din fluidul de lucru (agentul frigorific).
Cele mai utilizate amestecuri binare pentru sistemele de absorbție:
– Apă (fluidul de lucru) și bromură de litiu (absorbant)

– Amoniac (fluid de lucru) și apă (absorbant).
În sistemele cu absorbție, compresia lichidului de lucru este realizată pe care termică într-
un circuit separat, alcătuit din:
– Absorbitor
– Pompă ce asigură circulația soluției
– Generator de vapori
– Ventil de laminare

Nita Remus -Andrei. Grupa 2216 C
Agentul de lucru, apa este pulverizată în vaporizator peste fascicolul de țevi prin care
circulă apa fierbinte provenită de la sur sa geotermală. Datorită vidului înaintat, 10 -15mmHg, din
corpul vaporizatorului, agentul de lucru se vaporizează preluând căldura de la resursa geotermală.
Vaporii produși sunt absorbiți, în absorbitor, de soluția Br -Li care se diluează. În urma
acestui pr oces, căldura de absorbție este preluată de către agentul secundar care se preîncălzește în
prima treaptă. Soluția diluată este trimisă de către o pompă imersată, în sistemul fierbător, unde se
concentrează prin fierbere cu ajutorul căldurii preluate de la aburul de joasă presiune (1,5 -2 bar).
Vaporii de apă produși sunt trimiși la condensator unde cedează căldura latentă de
condensare a agentului secundar, care se încălzește în treapta a IIa până la temperatura necesară
consumatorului de căldură. Soluția d e Br-Li concentrată este readusă în absorbitor prin cădere
liberă, reluându -se procesul de absorbție.
Agentul de lucru condensat este trimis la rândul său spre vaporizator prin intermediul unui
ventil de laminare care îi reduce presiunea până la nivelul di n vaporizator.