Proiect disertație [616641]

Universitatea Politehnica din București
Facultatea Energetică

Proiect disertație
Implementarea unei centrale Hidroenergetice

Gheorghe Liviu-Marian
Coordonator științific,
Prof. Dr. Ing. Virgil Dumbrava

1 Cuprins

1. Introducerea
a. Surse regenerabile de energie electrica
b. Producția la nivel global
2. Centralele Hidroenergetice
a. Scurt istoric al conceperii si apariției centralelor
b. Beneficiile centralelor Hidroenergetice si dezavantajele acesteia
c. Tipuri de turbine
d. Tipuri de Hidrocentrale
e. Studiu de caz
3. Conceperea unei centrale Hidroenergetice
a. Identificarea unei locații pentru amplasarea unei centrale
hidroenergetice
b. Implementarea centralei hidroenergetice
4. Implementarea proiectului in Romania
5. Concluzii

2 Capitolul 1. Introducere
In scopul documentarii pentru elaborarea proiectului de dizertație am consultat diferite
proiecte in cadrul companiei Synergy Construct si am participat la întocmirea documentelor
necesare demarării unui proiect de construcții cat si bugetarea lui. Acesta incluzând calculul de
rezistenta al structurii , proiectarea conductelor de ventilație si a amplasării instalațiilor aferente ,
împreuna cu alegerea lor.
In urma studiului in cadrul companiei s-au identificat parametrii cheie care trebuie luat in
vedere in momentul demarării unui proiect ; amplasarea in funcție de tipul clădirii si
funcționalitatea acesteia ( mediul înconjurător , populația domiciliate in aproprierea construcției),
obiectivele nedefinite încă de la începutul proiectului(când pârțile implicate nu știu exact ce își
doresc sau când exista un conflict de idei diferite), lipsa managementului de risc ( acesta este
mult mai important in domeniu construcții deoarece riscurile sunt mult mai mari si mult mai
scumpe decât in alte domenii ), așteptări nerealiste ( uneori in faza incipienta a proiectului ,
beneficiarii acestora am așteptări nerealiste)

Motivul alegerii temei a fost interesul in aria domeniului de construcții si
managementului de proiecte. Pentru proiectul de disertație am ales o centrala hidroelectrica ,
deoarece pentru proiectul de licența am conceput, proiectat si realizat o micro turbine hidro-
cinetica pentru captarea energiei râurilor aceasta fiind folosita pentru zonele izolate si de aceea
consider ca acest subiect ar fi o evoluție de la proiectul precedent.

Scopul acestei lucrări este de a prezenta demararea unui proiect pe o centrala
hidroelectrica si avantajele pe care le poate aduce un acest tip de centrala pentru economia tarii.

3  Surse regenerabile de energie electrica

Sursele regenerabile de energie se referă la forme de energie rezultate din procese naturale
regenerabile, la care ciclul de producere are loc în perioade de timp comparabile cu perioadele
lor de consum. Astfel, energia solara, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice și a
căldurii geotermale pot fi captate utilizând diferite procese. Sursele de energie neregenerabile
includ energia nucleară și energia generată prin arderea combustibililor fosili, așa cum ar fi
țițeiul, cărbunele și gazele naturale. Dintre sursele regenerabile de energie se pot enumera:
energia eoliană, energia solară, energia apei, energia hidraulică, energia mareelor, energia
geotermica, energie derivată din biomasă biodiesel.

Surse regenerabile de energie, tehnologii și aplicații

 Energia solara

.Romania dispune de un important potențial energetic solar determinat de un amplasament
geografic si condiții climatice favorabile. Zonele de interes deosebit pentru aplicațiile
electroenergetice ale energiei solare fiind: – Câmpia Romana, Câmpia de Vest, Banat si o parte

4 din Podișurile Transilvaniei si Moldovei. O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafața
pământului în fiecare zi.
Din punct de vedere tehnic sunt experimentate două sisteme de conversie a energiei solare:

– sistemul termodinamic transformă energia solară în căldură, fiind mai apoi utilizată într-o
centrală electrică clasică. Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină
alimentată cu aburii produși prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiațiilor soarelui Centrala
solară se amplasează în zone geografice cu radiație solară puternică pe durată mare a zilei. O
astfel de centrală solară se compune din: captatori solari, câmpuri de oglinzi, conducte, instalații
de încălzire și supraîncălzire.

– sistemul fotovoltaic transformă energia solară în curent continuu. Energia radiantă a soarelui
este astfel transformată în energie electrică. Efectul fotovoltaic generează curent direct fără a se
utiliza piese metalice mobile sau a face zgomot. Efectul fotovoltaic a fost descoperit de Edmond
Bacquerel în 1839 Conversia fotovoltaică cu ajutorul fotocelulelor pe bază de siliciu a fost pus la
punct în jurul anilor 1960-1970.
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.
Sistemele fotovoltaice sunt ușor de mânuit, au nevoie rar de întreținere și nu poluează mediul
înconjurător.

 Energia Eoliana

Energia eoliană este energia vântului, una din formele energiei regenerabile.
Ea a fost folosită încă de la începuturile umanității ca mijloc de propulsie pe apă pentru diverse
ambarcațiuni iar ceva mai târziu ca energie pentru morile de vânt. Morile de vânt au fost folosite
începând cu secolul al VII-lea î.Hr. de perși pentru măcinarea grăunțelor. Morile de vânt
europene, construite începând cu secolul al XII-lea în Anglia și Franța, au fost folosite atât

5 pentru măcinarea de boabe cât și pentru tăierea buștenilor, mărunțirea tutunului, confecționarea
hârtiei, presarea semințelor de in pentru ulei și măcinarea de piatră pentru vopselele de pictat. Ele
au evoluat ca putere de la 25-30 KW la început până la 1500 KW (anul 1988), devenind în
același timp și loc de depozitare a materialelor prelucrate. Morile de vânt americane pentru ferme
erau ideale pentru pomparea de apă de la mare adâncime. Turbinele eoliene moderne transformă
energia vântului în energie electrică producând între 50-60 KW (diametre de elice începând cu
1m) 2-3MW putere (diametre de 60-100m), cele mai multe generând între 500-1500 KW. La
sfârșitul anului 2010, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 194 400 MW. Toate
turbinele de pe glob pot genera 430 Terawațioră/an, echivalentul a 2,5% din consumul mondial
de energie. Industria vântului implică o circulație a mărfurilor de 40 miliarde euro și lucrează în
ea 670 000 persoane în întreaga lume.

Potrivit Transelectrica, transportatorul național de energie electrică, la începutul lunii aprilie deja
186 de proiecte pentru parcuri eoliene au primit aprobarea pentru conectarea la rețea. Dintre
acestea, primele 20, cumulează peste 4.000 MW, echivalentul în capacitate a circa 5 reactoare ale
centralei de la Cernavodă, și înseamnă investiții de circa 6,4 miliarde de euro.

 Energia Hidraulica

Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apă) de a efectua un lucru mecanic la
trecerea dintr-o poziție dată în altă poziție (curgere). Datorită circuitului apei în natură, întreținut
automat de energia Soarelui, energia hidraulică este o formă de energie regenerabilă.
Energia hidraulică este o energie mecanică formată din energia potențială a apei dată de
diferența de nivel între lacul de acumulare și centrală, respectiv din energia cinetică a apei în
mișcare. Exploatarea acestei energii se face actualmente în hidrocentrale, care transformă energia
potențială a apei în energie cinetică. Aceasta e apoi captată cu ajutorul unor turbine hidraulice
care acționează generatoare electrice care în final o transformă în energie electrică.
Tot forme de energie hidraulică sunt și energia cinetică a valurilor și mareelor

6  Energia Geotermala

Energia geotermică face parte din clasa energiilor regenerabile (verzi) si reprezintă căldura care
provine din interiorul Pământului (prin roci si fluide subterane); se obține prin captarea apei
fierbinți si a aburilor din zonele cu activitate vulcanica si tectonica sau a căldurii subpământene.
Poate fi folosita pentru încălzire (a locuinței, a apei), dar si pentru producerea curentului electric.

Structura Pământ

În zone unde rezervele geotermale nu sunt ușor accesibile, o pompa de căldura poate aduce
căldura la suprafața si în clădiri. Acest lucru funcționează aproape oriunde si tehnologia poate fi
folosita si pentru răcire: pentru ca temperatura subsolului rămâne aproape constanta tot anul,
același sistem care furnizează căldura iarna poate răcori casa pe timpul verii.

Tara noastră are un potențial foarte mare pentru exploatarea acestei surse de energie, care devine
din ce în ce mai accesibila si mai profitabila.
La Sâncraiu de Mureș a fost inaugurat primul bloc de locuințe, cu 20 de apartamente, construit
după o tehnologie noua pe structura metalica, iar pentru încălzire sunt folosite instalații de
pompe geotermale, care utilizează căldura solului si nu poluează.
Romania are al treilea potențial de dezvoltare a energiei geotermale din Europa după Grecia si
Italia.

7  Producția de energie electrica regenerabila

Energia din surse regenerabile este energia produsă din surse nefosile sau regenerabile care, se
refac în mod natural. Atât producția, cât și consumul de energie din surse regenerabile sunt în
creștere în UE, dar este necesară continuarea eforturilor pentru îndeplinirea obiectivelor UE
privind energia din surse regenerabile, și anume ca ponderea acestui tip de energie în consumul
final să ajungă la 20% până în 2020 și la cel puțin 27% până în 2030 (v. fig. 2). De asemenea,
creșterea utilizării energiei din surse regenerabile ar putea reduce dependența UE de
combustibilii fosili și de importurile de energie, contribuind astfel la securitatea aprovizionării
sale cu energie. Sunt disponibile mai multe programe de finanțare naționale și ale UE pentru a
încuraja producerea și utilizarea energiei din surse regenerabile, o astfel de sursă din partea UE
fiind Fondul european agricol pentru dezvoltare rurală.

Producția de energie primară în UE-28, în 2015

8 În România potențialul de exploatarea al energiilor regenerabile este utilizat în mică măsură.
I. Delta Dunării (energie solară)
II. Dobrogea (energie solară, energie eoliană)
III. Moldova (câmpie și platou: micro-hidro, energie eoliană, biomasă)
IV. Carpații (VI1 – Carpații de Est; IV2 – Carpații de Sud; IV3 – Carpații de Vest, potențial
ridicat în biomasa, micro-hidro)
V. Platoul Transilvaniei (potențial ridicat pentru micro-hidro)
VI. Câmpia de Vest (potențial ridicat pentru energie geotermică)
VII: Subcarpații (VII1 – Subcarpații getici; VII2 – Subcarpații de curbură; VII3 – Subcarpații
Moldovei: potențial ridicat pentru biomasă, micro-hidro)
VIII. Câmpia de Sud (biomasă, energie geotermică, energie solară). [2]
Posibilitățile de exploatare a resurselor regenerabile în România [2]

9 Capitolul 2. Centralele Hidroenergetice
a) Scurt istoric al conceperii si apariției centralelor
Conceptul de Centrala Hidroelectrica a apărut la mijlocul anilor 1770 , de la un inginer
francez Bernard Forest de Bélidor care a publicat Architecture Hydraulique care descrie mașinile
hidraulice cu axa verticala si orizontala.
Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, generatorul electric a fost dezvoltat si acum putea fi
cuplat cu sistemul hidraulic. În 1878 prima schema a energiei Hidroenergetice din lume a fost
dezvoltata la Cragside in Northumberland, Anglia de William Armstrong. A fost folosita pentru
alimentarea unei singure lămpi cu arc în galeria sa de arta. Stația electrica veche de la
Schoelkopf nr. 1 lângă Niagara Falls din SUA a început sa producă energie electrică în 1881.

Centrala Râul Puterea
inst.
(MW) Puteri
unitare
(MW) Acumularea Vol.stocat
(mil.mc) Perioada
p.f.
PORȚILE DE
FIER I Dunărea 1050,0 6×175 Porțile de Fier 2.400,0 1971
LOTRU
CIUNGET Lotru 510,0 3×170 Vidra 370,0 1972
RÂUL MARE
RETEZAT Râul
Mare 335,0 2×167,5 Gura Apelor 200,0 1987
MARISELU Someș 220,5 3×73,5 Fântânele 220,0 1977
VIDRARU Argeș 220,0 4×55 Vidraru 465,0 1966
PORȚILE DE
FIER II Dunărea 216,0 8×27 Porțile de Fier
II 800,0 1985
STEJARU Bistrița 210,0 6×35 Izvorul
Muntelui 1.230,0 1960
Principalele hidrocentrale din România

10 b) Beneficiile centralelor Hidroenergetice si dezavantajele acesteia

I. Beneficiile

 Aceste centrale sunt alimentate cu apa , fiind unele dintre cele mai bune surse
de energie electrica care nu dăunează mediului înconjurător. Ele funcționând
pe principiul momentului acesta (apa coboară printr-o conducta forțata la
viteza mărita si lovește palele turbine , pe care o pune in mișcare astfel
generând energie electrica).
 Energica hidraulica este o sursa interna de energie, permițând fiecărui stat sa
își producă propria energie fără a se baza pe surse internaționale de
combustibil.
 Energia generata prin hidrocentrale se bazează pe ciclul apei, făcând-l o sursa
mai sigura si mai accesibila decât combustibilii fosili care sunt rapid epuizați
 Unele centrale Hidroenergetice pot fi pornite rapid de la un stadiu inert la
potențialul maxim al acesteia. Deoarece centralele de acest tip pot genera
imediat energie electrica rețelei, ele furnizează o putere esențiala de back-up
in timpul întreruperilor majore ale energiei electrice
 In plus fata de o sursa durabila de combustibil, eforturile in domeniul energiei
Hidroenergetice produc o serie de beneficii, cum ar fi controlul inundațiilor,
irigarea si alimentarea cu apa.
II. Dezavantajele

 Consecințele ecologice ale hidroenergiei sunt legate de intervențiile in
natura din cauza barajului de apa, a fluxului de apa schimbat si a
construcției de drumuri si de linii electrice. Centralele Hidroenergetice pot
afecta fauna din mediul aferent . Habitatele peștilor sunt modelate de
factori fizici, cum ar fi nivelul apei, viteza apei si oportunitățile de adăpost
si accesul la hrana. Drenarea ar fi complet devastatoare pentru speciile de
pești rezidente in acel loc. Dincolo de acesta, cantitatea de apa poate avea

11 un efect diferit asupra peștilor dintr-un rău , in funcție de tipul si stadiul
ciclului sau de viată. Nu toate sistemele fluviale neregulate sunt optime in
ceea ce privește producția de peste , din cauza fluctuațiilor mari ale
curgerii
 Construirea centralelor in general este foarte costisitoare. Centralele
Hidroenergetice nu fac excepție de la aceasta. Pe de alta parte, aceste
instalații nu necesita o mulțime de lucrători ,iar mentenanța este de obicei
scăzută la acest tip de centrale.
 Producția de energie electrica si preturile la energie sunt legate direct de
cantitatea de apa disponibila. O seceta ar putea afecta acest lucru.
 Rezervoarele limitate. Deja folosim rezervoare adecvate pentru acest tip
de centrale. In prezent exista aproximativ 30 de centrale electrice majore,
care se aștepta sa genereze mai mult de 2.000 MW in faza de construcție.
Numai 5 dintre acestea au fost demarate in ultimii 7 ani.

12 c) Tipuri de turbine

 Turbina Pelton

Turbina Pelton

Turbina Pelton este o turbină hidraulică cu rotație axială, având rotorul cu pale fixe,
utilizată la hidrocentralele de cădere mare a apei.
Turbina Pelton face parte din categoria turbinelor cu acțiune (impuls). Geometria palelor
rotorului este astfel concepută încât apa părăsește turbina cu viteză mult redusă față de viteza
inițială a jetului, energia potențială fiind transformată aproape toată în energie cinetică, ceea
ce conduce la un bun randament al acestui tip de turbină.
Turbina Pelton, brevetată în anul 1880 de Lester Allan Pelton (1829-1908), este una
dintre cele mai eficiente tipuri de turbină hidraulică. Este recomandată pentru căderile mari
de apă și debite relativ mici. O turbină Pelton funcționează la căderi de apă de minim 10 m,
dar poate fi utilizată la căderi ce pot ajunge până la 1800 m, la un debit al apei între 0,01 m³/s
și 100 m³/s.[1]

13
Schița unei turbine Pelton:
1.Rotor
2.Injector
3.Ac de reglare
4.Deflector
5.Arbore
6.Carcasa

 Turbina Francis

Turbina Francis
Turbina Francis este o turbină hidraulică realizată de James B. Francis. Este o turbină cu
reacțiune, care prelucrează căderi de apă între 50 și 610 m. Se mai numește și radial-axială,
deoarece apa intră radial în rotor, își schimbă direcția și iese axial.

În comparație cu turbina Pelton, avantajele acesteia constau în turații mai mari, reducerea
gabaritelor și prețuri unitare mai scăzute.
În România, turbine de tip Francis se găsesc la uzina hidroelectrică de pe Argeș, uzina de
la Bicaz, cea de la Mărișelu etc.

14
 Turbina Kaplan

Turbina Kaplan
Turbina Kaplan este o turbină hidraulică cu rotație axială, cu un rotor cu pale reglabile, utilizată
la hidrocentrale de cădere mică a apei.

15 d) Tipuri de Hidrocentrale
Folosirea căderii de apa acest parametru este determinat de diferența de nivel dintre
oglinda apei din lacul de acumulare si oglinda apei de jos după ce apa a trecut prin
turbina. După acest criteriu sunt hidrocentralele:

 Cu o cădere mica de apa – <15 m, debit mare, cu turbine Kaplan
 Cu o cădere mijlocie – 15-50 m, cu debit mijlociu, cu turbine Francis sau
Kaplan
 Cu o cădere mare – 50-2.000 m, cu debit mic de apa, turbinele utilizate
fiind turbinele Pelton sau Francis

Hidrocentralele mai pot fi clasificate după capacitate sau după felul construcției, ca de
exemplu hidrocentrale:

 Așezate pe firul unui râu producând curent in funcție de debitul râului
respectiv
 Cu lac de acumulare
 CHEAP – centrale Hidroenergetice cu acumulare prin pompare
 Cu caverne pentru acumularea apei

Fig.1 Centrala hidroelectrica cu lac de acumulare

16
e) Studiu de caz

In aceasta parte vom lua un exemplu de centrala hidroelectrica care a fost o
provocare masiva acesta fiind „Three Gorge Dam”.El fiind unul dintre cele mai
ambițioase proiecte din domeniu hidroenergetic acesta ridicând orice standard actual.
Construcția in sine a acestui baraj a fost controversat deoarece mărimea si scopul
acestei lucrări nu a mai fost întâlnit pana in momentul actual.
Acest proiect a început in anul 1992 când guvernul Chinez a aprobat demersurile
pentru pregătirea proiectului. Dar construcția acestuia nu a început pana in 1994 .
Proiectul a costat aproximativ 25 de miliarde de dolari , acesta fiind cea mai
scumpa hidrocentrala construita vreodată . Din scopului lucrării , acesta a adus interesul mai
multor antreprenori din afara tarii , cum ar fi Canada(Cooperarea de dezvoltare a exporturilor
din Canada – EDC), Germania , Franța( Gec-Alsthom ) , ect. Acesta fiind un factor important in
construcția lui si fără care nu ar fi putut fi construit.
Fiind scopul proiectului atât de mare acesta a adus controverse , necesitând
realocarea a 1.9 milioane de rezidenți din împrejurimile imediate a locației proiectului. Tot odată
acesta a ridicat multe semne de întrebare legate de impactul pe care l-ar putea avea asupra
mediului înconjurător .

Fig.2 Centrala hidroelectrica „Three Gorge Dam”

17
Construcția barajului pe râul Yangtze are o serie de efecte economice pozitive si
negative asupra zonei. A fost făcută o analiza cost-beneficiu pentru determinarea a determina
aceste efecte.
Dat fiind ca râul Yagtze are tendința de a se inunda in mod frecvent, s-au luat
masuri in trecut pentru a diminua efectele asupra zonei. Inundațiile din trecut au costat milioane
de pagube pentru case, terenuri si alte proprietăți. Odată cu construirea barajului, frecventa
inundațiilor este mărita la o suta de ani, astfel diminuând inundațiile cu impact asupra economiei.
El va furniza de asemenea energie pentru o mare parte din China. Energia hidroelectrica este o
resursa proprie, regenerabila si ecologica. Potrivit guvernului chinez, barajul va fi achitat toate
datoriile pana in anul 2012 , fiind programata doar trei ani după finalizare.
Acesta a fost finalizat in anul 2006 cu un cost total de 26 de miliarde de dolari
acesta crescând din cauza incidentelor si problemelor întâmpinate la faza de execuție a
proiectului.

Generarea de energie electrica este gestionata de China Yangtze Power, o filiala
cotata la bursa din China Three Gorges Corporation (CTGC), o întreprindere centrala SOE
administrata de SASAC. Barajul are 34 de generatoare dintre care 32 generatoare principale ,
fiecare cu o capacitate de 700 MW si doua generatoare de energie electrica , fiecare având 50
MW , cu o capacitate totala de 22.500 MW.

18 Capitolul 3. Conceperea unei centrale Hidroenergetice

a) Identificarea unei locații pentru amplasarea unei centrale hidroenergetice
Pentru fiecare proiect energetic , totul începe cu alegere locației unde sa se amplaseze
centrala respectiva. De asemenea pentru o centrala de tip Hidro este necesar luarea in calcul a
râurilor ce suporta necesarul centralei proiectate de asemenea si numărul de centrale de pe
fluviul, râul respectiv.
Ținând cont de acest aspect, pentru un proiect hidroenergetic trebuie aleasa o locație
ținând cont de 3 factori importanți:
 Locația specifica, unde se va tine cont de debitul mediu echivalent pe an al apei din acea
zona.
 Spațiul necesar pentru tipul de centrala ales si posibilitatea de a construi fără perturbări
majore ale mediului înconjurător.
 Impactul mediului înconjurător in zona construirii centralei

Fig.3. Harta hidrografica a României

19 Potențialul de debit al zonei reprezintă efectiv cantitatea totala de energie hidraulica pe
care o locația o va primi anual acesta fiind măsurata in m3/h. Acest tip de energie este
transformat prin intermediul turbinelor in energie electrica. Astfel potențialul hidrografic are un
rol major in alegerea locației .
Spațiul necesar pentru o hidrocentrala trebuie tratat ca un factor cheie , deoarece acesta
va avea o amprenta la sol foarte mare. De aceea înainte de concepția proiectului trebuie studiat si
localizat un loc propice pentru amplasarea acesteia, ținând cont de mărimea lacului de
acumulare.

Amprenta la sol bazin retenție, conducta forțata, admisie

20 În primul rând, în construirea unei hidrocentrale ce are în vedere locul unde va fi
amplasată, deoarece se pornește prin a construi barajul de acumulare care poate crea probleme
florei și faunei și uneori poate genera conflicte când este amplasată în parcuri naționale sau când
nivelul apei barajului poate acoperii localități.
Un alt aspect, tot atât de relevant ca și cel de mai sus, constă în distrugerea calității
apei, prin construirea de hidrocentrale, aceasta devenind nepotabilă.

Exemplu plan general

b) Implementarea centralei hidroenergetice

 Aspecte Tehnice care au impact asupra fluxului de venituri si cheltuieli

Proiectarea hidrocentralelor necesita studii tehnice si financiare fundamentale pentru a
determina daca un amplasament este favorabil din punct de vedere tehnic si economic.
Aceste studii sunt legate de :

– Topografia si geomorfologia amplasamentului
– Evaluarea resurselor de apa si potențialului acestora
– Alegerea amplasamentului si aranjamente de baza
– Turbinele si generatoarele hidraulice si echipamentele de control asociate

21 – Masuri legate de protecția mediului si de micșorare a impactului
– Evaluarea economica a proiectului si a potențialului financiar
– Cadrul instituțional si procedurile administrative pentru a obține autorizațiile

Pentru a decide dacă o schemă este viabilă este necesar să se înceapă evaluarea resurselor
de apă existente în amplasament. Potențialul energetic al schemei este proporțional cu produsul
debitului și căderii. Căderea brută poate fi considerată în general constantă, dar debitul variază în
cursul anului. Pentru a alege cel mai potrivit echipament hidraulic, pentru a i se estima
potențialul și pentru a calcula producția anuală de energie este nevoie de o curbă de durată a
debitului.

Primul pas îl constituie obținerea de înregistrări cu privire la regimul precipitațiilor și la
debitul râului pentru o perioadă de timp cât mai lungă pe suprafața bazinului hidrografic de
interes. Înregistrări privind apele de suprafață și regimul precipitațiilor sunt colectate și publicate
anual în fiecare tara de către una sau mai multe agenții guvernamentale. Cu ajutorul unui
hidrograf al debitelor furnizat de către agenția corespunzătoare și prin aranjarea datelor în ordine
descrescătoare și nu cronologic, poate fi obținută o curbă de durată a debitelor ca cea din figura
de mai jos. Aceasta face posibilă estimarea potențialului amplasamentului.

Curba de durată a debitelor evidențiază în procente, timpul în care debitul este egal sau
depășește anumite valori și oferă un mijloc de determinare rapidă a cantității din resursa de apă
disponibilă care poate fi acestea folosită de turbine de diferite dimensiuni. Făcând referire la
figura – X, unde este reprezentată curba de durată a debitelor a unui râu într-un amplasament al
unei amenajări hidroenergetice, puterea (P) disponibilă a râului variază în timp odată cu variația
debitului Q. În raport cu relația de calcul a puterii MHC, fiecare punct de pe ordonata curbei de
durată a debitelor reprezintă o valoare a puterii.

Totuși, nu toată această putere poate fi folosită. Mai întâi, rezerva de debit trebuie
înlăturată din curba de durată, debitul de servitute fiind în cele mai multe cazuri, pentru protecția
mediului, obligatoriu a fi lăsat pe albia râului. Hașura de la baza curbei de durată a debitului din
figura de mai jos reprezintă această curgere. Debitul utilizabil rămâne în suprafața de deasupra

22 acesteia. Totuși, dacă ar fi instalată o turbină care ar putea utiliza tot stocul rămas, ar trebui să fie
foarte mare (cu un coeficient mare de instalare al debitului în centrală) și scumpă, iar
funcționarea la capacitatea instalată ar fi pentru o scurtă perioadă de timp.

Curba de durată a debitelor.

Puterea câștigată, în comparație instalarea unor capacități mai mici, nu justifică costurile
adiționale ale instalației și a conductelor. Mai există un motiv pentru care se alege o capacitate
mai mică. Nici o turbină nu poate funcționa de la încărcare zero la încărcarea maximă calculată.
Multe pot funcționa doar începând cu încărcări de peste 60%. Chiar cele mai bune nu pot fi
folosite sub 50%. De aceea, cu cât sunt mai mari încărcările la care poate funcționa turbina, cu
atât va fi mai mare întreruperea la un debit mic.

23  Factori care pot influenta producția de energie

În timpul exploatării MHC, o serie de aspecte tehnice pot avea un impact major asupra fluxului
de venituri și cheltuieli. Acestea sunt:

• Riscuri în legătură cu reducerea producției de energie față de media stabilită în
etapa de proiectare, din cauza slabei calități a datelor hidrologice sau a supraevaluării acestora.
Riscul este împărțit între operatorul centralei și compania locală de distribuție a energiei, legat de
anumite clauze contractuale legate de vânzarea și cumpărarea de energie.

• Riscuri asociate nerealizării parametrilor garantați pentru echipament (putere,
randament, comportament pe termen lung la funcționare, costuri mari în legătură cu întreținerea,
reparații ale stricăciunilor etc.), căderi datorate calității slabe a activității de proiectare, sarcini
legate de asamblare și montaj. Toate aceste aspecte sunt acoperite prin contract de către
furnizorii de echipament și de către compania de montaj.

• Scăderea producției de energie electrica din pricina unei perioade secetoase
(precipitații scăzute). Dacă operatorul microhidrocentralei nu este capabil să furnizeze cantitatea
de energie electrica contractată de consumatori, acesta ar putea fi penalizat in măsura legi si
contractului încheiat. O altă posibilitate pentru operatorul microhidrocentralei este să cumpere
energia electrica scumpă din alte surse (de exemplu termocentrale pe cărbuni) și să o revândă cu
un preț mai mic clientului pentru a-și îndeplini sarcinile din contract. Bineînțeles, această
variantă va cauza pierderi financiare importante si nu poate fi folosita pentru un termen
îndelungat.
• Ruperea/Avarierea barajului reprezintă un accident major cu consecințe
importante cum ar fi închiderea microhidrocentralei pentru perioadă de timp foarte lunga.
Statistic, combinația dintre o inundație în amonte de baraj și defecțiuni la deversor sunt cele mai
frecvente cauze ale accidentelor. Cauzele secundare sunt erori de fundație sau infiltrații ale apei.
La niveluri ridicate ale apei în lacul de acumulare, alunecări de teren sau prăbușiri de stânci în
lac pot determina valuri atât de mari încât apa să aibă forța necesara pentru a se revarsă peste

24 toată lungimea barajului sau doar parțial. Dacă barajul este un con de rambleu, aceasta ar putea
duce la deteriorarea barajului. Altă cauză care ar putea conduce la distrugerea barajului o
reprezintă cutremurele. În acest caz, riscul poate fi evitat prin proiectări adecvate, relativ la
regulile naționale și internaționale ținând cont de ariile geografice caracteristice ale cutremurelor.

• Colmatarea, are loc datorită efectului de sedimentare a suspensiilor solide, care
conduce la creșterea depunerilor pe fundul lacului de acumulare. Rezultatul constă în micșorarea
cantității de apă care poate fi stocată și, prin urmare, reducerea cantității de energie posibil a fi
produsă.
• Aspectele ecologice cauzate de activitățile de producere a energiei, întreținere și
reparații. Sunt costuri asociate cerințelor de a micșora, limita și chiar de a înlătura impactul
acestor consecințe ecologice

 Investiții inițiale pentru o microhidrocentrală

În comparație cu alte tehnologii, hidrocentralele sunt caracterizate printr-un capital de investiții
inițial foarte mare. Aceste costuri depind în mare măsură de amplasament și de condițiile de
clima ale tarii in care se dorește investiția și variază foarte mult. Costurile pentru investiții
includ:

• construcția (barajul, canalul natural, clădirea centralei);
• echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina, generatorul,
transformatorul, liniile de curent);
• altele (tehnologia, proprietățile solului, darea în exploatare).

Hidrocentralele de înaltă cădere sunt, în general, soluții mai puțin costisitoare din moment ce cu
cât este mai înaltă căderea cu atât debitul necesar pentru a da o unitate de putere este mai mic, iar
echipamentul este mai ieftin

25 Totuși, căderile înalte se pot realiza în marea majoritate a cazurilor în locuri cu densitate mică a
populației unde cerințele de energie sunt mici, iar transportul la distanțe mari, către principalele
centre de populație, poate anula avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi
înalte.

Cea mai mare barieră în dezvoltarea hidrocentralelor sunt investițiile ridicate. Scăderea acestora
reprezintă unul dintre principalele mijloace prin care hidrocentralele să devină profitabile pe
termen lung. Principalele modalități de reducere a investițiilor sunt prezentate mai jos:

• folosind echipament fabricat local, unde este posibil și acestea sunt adecvate;
• folosirea conductelor forțate din polimeri, unde este posibil;
• folosind infrastructura existentă, de exemplu un canal de rău deja existent
• folosirea materialelor locale pentru construcțiile civile;
• folosirea muncii colective;
• o bună planificare pentru a obține un factor înalt al centralei și un model bine echilibrat
(fluctuația cererii de energie în cursul zilei);
• o buna organizare a proiectului din data începerii execuției pana la finalizarea acesteia

 Riscurile anterioare investiției

“Riscurile anterioare investiției”, de exemplu riscurile care apar în timpul pregătirii unui proiect,
pot să implice costuri suplimentare sau pot chiar determina abandonarea proiectului:

• riscuri rezultate din studiul de fezabilitate;
• riscuri legate de obținerea convențiilor, a notificărilor, a licențelor, a
autorizațiilor și a creditelor.
În multe tari, asemenea proiecte sunt dezbătute public și pot fi chiar subiect al
unor referendumuri de interes local.

Prin furnizarea documentelor necesare și prin obținerea înțelegerilor, a notificărilor, licențelor,
autorizațiilor și a creditelor, riscurile anterioare investiției pot fi reduse progresiv, iar când toate

26 documentele necesare sunt obținute, riscul tinde la zero. Investitorii privați caută să evite aceste
riscuri încercând să le “paseze” autorităților locale, aici incluzând suportarea costului studiului
de fezabilitate, doar unele detalii finale de adaptare și de completare fiind preluate de către ei.

 Riscurile din timpul perioadei de construcție

Acestea sunt de următoarele tipuri:

• Riscuri geologice și geotehnice, datorate investigațiilor insuficiente ale
caracteristicilor geologice ale amplasamentului, acestea fiind și cele mai imprevizibile și mai
costisitoare. Costurile suplimentare se întorc împotriva investitorilor, a companiei care
gestionează proiectul, dar și a antreprenorilor și, indirect, chiar asupra băncilor sau a
finanțatorilor.

• Riscurile hidrologice la inundații; acestea sunt riscuri majore cauzate de
subdimensionarea deversorilor sau a deficiențelor în montarea și funcționarea porților și vanelor,
respectiv scăparea lor de sub control. Acestea pot fi împărțite între compania care gestionează și
antreprenori. De la caz la caz, riscurile pot fi acoperite parțial de către contractele de asigurare.

• În timpul perioadei de construcție și chiar după terminarea acesteia, pot să apară
riscuri ecologice datorate necesității reducerii impactului ecologic, costurile fiind acoperite de
compania care se ocupă de proiect.

Riscurile subevaluării, respectiv a supraevaluării investițiilor depind de riscurile menționate mai
sus. Pentru a elimina aceste aspecte, finanțatorii preferă și chiar impun uneori încheierea unor
contracte "la cheie" unice inginerie-furnizare-construire, asociate unor creșteri de 10 până la 30%
din costul investiției.

27  Riscurile în exploatarea normală (perioada de funcționare)

În timpul funcționării centralei, principalele riscuri pentru bancă sau pentru fondurile de investiții
sunt reprezentate de incapacitatea microhidrocentralei de a avea venituri astfel încât să poată
rambursa banii împrumutați. Principalele riscuri sunt prezentate mai jos:

• Riscurile de piață: Hidrocentrala furnizează, în general, energie unei piețe locale.
Existenta acestei piețe (industrie sau chiar populație) reprezintă o garanție pentru bancă sau
pentru investitori;

• Riscurile comerciale: Există riscuri datorate nesiguranței în legătură cu prețul pieței
libere sau a “slăbiciunilor” apărute în contractele de vânzare a energiei electrice. Astfel,
compania care gestionează proiectul poate încheia, înainte de a solicita creditele, "înțelegeri
legate de cumpărarea de energie" și "înțelegeri privind cumpărarea energiei" pe termen lung (10
÷ 15 ani), bazate pe principiile "ia și plătește" sau "ia sau plătește". Prin urmare, și vânzătorul și
cumpărătorul au acces limitat la piața liberă, de exemplu vânzătorul nu are voie să încheie
contracte cu consumatori eligibili decât dacă are energie în plus față de obligațiile contractuale;

• Riscurile din perioada de construcție: Aspecte precum acelea prezentate în
subcapitolul precedent ar putea duce la o situație în care producătorul microhidrocentralei,
datorită întârzierii punerii în funcțiune a centralei, să nu poată rambursa împrumutul;
• Riscuri hidrologice din perioada exploatării: Există riscul de a avea mai mulți ani
secetoși pe perioada rambursării, ceea ce ar duce la o producție insuficientă de energie pentru
acoperirea rambursării anuale a împrumutului.

Mai există și unele aspecte financiare care ar trebui menționate care au un impact mare asupra
fluxului de venituri și cheltuieli ale companiei:
• Riscul inflației: poate fi minimizat sau eliminat prin introducerea unor stipulări în
contractele comerciale;
• Riscurile dobânzii: care pot fi și ele minimizate sau eliminate prin indicarea unor
stipulări în contractele comerciale.

28
 Tipul de turbina folosit
Capacitatea unei centrale Hidroelectrice este data de 3 variabile: locația aleasă (râul/fluviul),
capacitatea turbinei si generatorul ales.

Pentru determinarea alegerii tipului de turbina trebuie sa ținem cont de 2 factori importanți.
Folosirea celei mai bune turbine depinde de CAP si DEBIT. De exemplu Turbina Pelton este mai
eficienta in locațiile cu CAP înalt.

De asemenea trebuie ținut cont si de conducta forțata aceasta fiind traseul apei către turbina si
totodată creează presiunea necesara funcționarii ei.Ca efect conducta de aducție concentrează
toata presiune creata de diferența de nivel ,la baza conductei, la intrare in turbina. Diametrul
conductei este un alt factor important. O conducta redusa in diametru poate afecta major energia
obținuta reducând-o chiar daca se folosește de toata apa disponibila

De aceea s-a ales are turbina Pelton cu capabilitatea de a produce un flux de curent intre 50 kW
si 15 MW, pentru aceasta turbine căderea poate sa fie intre 30m si 1000m iar diametru acesteia
intre 300mm si 2000mm

Prezentare generala a turbinei Pelton cu inel distribuitor, șase injectoare

29  Capacitatea energetica a centralei

S-a ales un generator de 5 MW care acesta este considerat ca fiind in funcțiune timp de 12 ore pe
zi . Acesta fiind pus in funcțiune in principal in orele de vârf pentru a încerca in a acoperi
deficitul din rețeaua electrica naționala.

Generator 5MW

Energia electrica produsa de acesta este :

Capacitatea generatorului = 5 MW
Ore de operare = 12 h
Factorul de încărcare = 85%
5×12×85% = 51 𝑀𝑊/𝑧𝑖

Din ecuația de mai sus se poate considera ca generatorul are posibilitatea de a alimenta rețeaua
electrica pe luna cu ( se considera o luna de funcționare ca fiind 25 de zile ) :
51×25 = 1275 𝑀𝑊/𝑙𝑢𝑛𝑎

30 Si tot odată capacitatea anuala:
1275𝑀𝑊
𝑙𝑢𝑛𝑎×12 𝑙𝑢𝑛𝑖= 15300 𝑀𝑊/𝑎𝑛

31

32 Bibliografie

1. Energy Efficiency & Renewable Energy
https://www.energy.gov/eere/water/benefits-hydropower
2. Energy Informative

Hydroelectric Energy Pros And Cons

3. Wikipedia – Hydroelectricity
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydroelectricity#History
4. The Tree Gorge Dam Project
https://www.mtholyoke.edu/
5. Comisia Naționala de Strategie si Prognoza – „Studiu de fundamentare –
Centrala cu acumulare prin Pompaj Tarnița –Lăpuștești”
6. Directiva 2003/54/EC privind regulile comune ale pieței interne de
energie electrica
www.anre.ro/Legislatie/Legislatie UE/
7. Legea 13/2007 a energiei electrice publicata in MO nr. 51/03.01.2007 (
www.anre.ro/Legislatie/Legislatie primara/
8. Transelectrica
http://www.transelectrica.ro/widget/web/tel/sen-grafic/-
/SENGrafic_WAR_SENGraficportlet
9. Eurostat
https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-
explained/index.php?title=Energy_production_and_imports
10. http://ec.europa.eu/eurostat/statisticsexplained/index.php/Renewable_energy statistics

33