Sisteme Hibride de Producere a Energiei Electrice

Energia electria este larg utilizata in domeniul casnic si industrial, datorita usurintei de a transforma aceasta forma de energie in altele, de tip cinetic, termic, optic, manipulari electronice si telecomunicatii. Aceasta usurinta de utilizare aduce avantaje ridicate, mai ales prin realizarea unei mase mari de utilizatori. Aceasta duce la un necesar crescut de producere si transport de energie electrica.

Tipurile de sistemele de producere industriala sau semi-industriala a energiei electrice nu sint foarte diferite. Toate au avantaje dar si dezavantaje. Acestea trebuiesc identificate si evaluate, in vederea minimizarii efectelor nedorite, cu o crestere a efectelor dorite.

TIPURI DE SISTEME INDUSTRIALE SAU SEMI-INDUSTRIALE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE

Energia electrica produsa prin utilizarea de combustibili fosili, au avantajul unei folosiri indelungate, cu o previzibilitate crescuta a avantajelor si dezavantajelor folosirii acestora. Aceasta previzibilitate se intilneste mai ales in situatia in care producatorul de energie electrica este in acelasi timp si producator al materiei prime, sau lucreaza intr-o strinsa interdependenta.

Ca un exemplu, utilizarea carbunelui in Romania pentru producerea de energie electrica este un proces previzibil, care duce la utilizarea unor rezerve naturale semnificative, si care in plus, au o importanta componenta de asigurare a unui loc de munca pentru cei implicati in extractia carbunelui.

Ca un contra-exemplu, utilizarea de gaze sau produse petroliere pentru producerea de energie electrica, in entitati industriale ce au capital si putere de decizie din afara Romaniei, duce la o scadere a previzibilitati si constantei in utilizare a lanturilor tehnologice de producere a energiei electrice.

Observam astfel, ca exista o variabilitate de surse de producere a energiei termice utilizate in centralele electro-termice bazate pe combustibili fosili. Aceasta variabilitate poate fi folosita pentru o adaptabilitate crescuta la schimbarile de preturi pe piata internationala, cu schimbarea rapida a combustibilului pentru o eficienta financiara ridicata. Cu toate acestea, utilizarea de combustibili petrolieri in motoare termice pentru producerea de energie electrica nu are aceasta flexibilitate, si utilizarea acesteia in entitati industriale controlate din afara Romaniei poate avea doar citeva cauze, dintre care amintesc, inexistenta unei retele eficiente de distributie (nu este cazul), costuri scazute ale combustibililor de tip motorina fata de cele pentru carbune normalizat la energia produsa (nu este cazul), sau existenta unor altor argumente in afara celor economice si practice de natura tehnologica.

Energia electrica produsa prin utilizarea de combustibili nucleari, au avantajul unui pret extrem de scazut pentru unitatea de energie produsa, comparativ cu alte sisteme de producere a energiei electrice.

Atit combustibili fosili cit si cei nucleari, au dezavantaje importante de mediu. Combustibilii fosili au o productie semnificativa de gaze cu efect de sera, si treptat trebuie sa renuntam la acestia. Mai mult decit atit, exista deplasari uriase de materii prime si de steril ce duc la modificari ale geografiei locale. Combustibilii nucleari au riscuri ridicate in utilizare, in regim normal de functionare, dar mai ales in caz de accidente nucleare. Evenimentele de la Fukushima ne dovedeste cit de sensibil este un astfel de sistem in fata erorilor umane, in fata incompetentei si in fata coruptiei.

Energia electrica produsa din surse regenerabile, au avantajul utilizarii unor forme de energie nebazata pe combustibili. Acest aspect se traduce prin utilizarea unui numar mic de procede tehnice de conversie a energiei, cu o simplificare relativa a instalatiilor utilizate (fata de cele bazate pe combustibili) cu un cost de intretinere si de productie redus. Nu in ultimul rind, simplicitatea proceselor duce la utilizarea unui numar redus de oameni pentru intretinerea sistemelor.

Sursele regenerabile de energie au si dezavantaje semnificative, dintre care cele mai importante sint cele ale costurilor initiale ridicate, pentru construirea de baraje, parcuri de centrale eoliene sau fotovoltaice, precum si o limitare importanta a locurilor unde se pot amplasa, de-a lungul unor cursuri importante de apa, sau pe culoare geografice avind vinturi cit mai puternice si mai constante. Astfel, identificam la o problema importanta a producerii de energie din surse regenerabile, respectiv neutilizarea la capacitate maxima a acestor sisteme, in functie de cantitatea de apa sau durata si viteza vinturilor, precum si gradul de innorare.

Sistemele hibride de producere a energiei electrice incearca sa reduca din dezavantajele diferitelor forme de surse de energie regenerabila, prin utilizarea inteligenta a avantajelor si dezavantajelor fiecarei metode de producere a energiei.

In afara de utilizarea sub capacitatea maxima a diferitelor sisteme de producere a energiei electrice, exista si importante riscuri de mediu. Cele mai semnificative sint in cazul hidrocentralelor. Istoria ne-a aratat cit de devastatoare pot sa fie accidentele ce duc la deversarea accidentala a unui bazin de acumulare, sau la ruperea acestuia. Trebuie luate in considerare si riscurile de mediu induse de centralele eoliene, prin distrugerea biodiversitati prin accidentarea pasarilor sau prin vibratiile induse la nivelul solului sau a apei. Centralele fotovoltaice au un impact de mediu mai redus, prin reducerea vegetatiei la nivelul solului ocupat de acestea, ce se poate corela cu scaderea biodiversitatii, eroziuni (mai ales la amplasarea pe plan inclinat), dar si prin scoaterea din circuitul agricol a unor suprafete de teren. Vegetatia ce este inlocuita cu panourile fotovoltaice nu mia poate sa aduca un aport in efortul de depoluare, mai ales in apropierea aglomeratiilor urbane.

O categorie aparte de surse de energie regenerabila este reprezentata de energia geotermala si energia geoplutonica. Aceasta din urma utilizeaza foraje de foarte mare adincime, de peste 10 km, ce scad dependenta fata de o distributi redusa a prezentei energiei geotermale intr-o forma utilizabila industrial. Energia geoplutonica este insotita de riscuri semnificative de accidente nucleare, realizate prin perforarea unor zone profunde ale scoartei terestre, ce au in compozitie uneori zone puternic radioactive. In Romania, energia geotermala si geoplutonica nu sint folosite pentru producerea de energie electrica.

STRATEGII UTILIZATE TRADITIONAL PENTRU A TRECE PESTE DEZAVANTAJELE UTILIZARII SURSELOR DIFERITE DE ENERGIE, INCLUSIV REGENERABILA

In mod curent, prin SISTEME HIBRIDE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE, se intelege combinarea utilizarii resurselor diferite de energie, bazat pe criteriul economic. Astfel, se utilizeaza initial sursele de enegie cele mai ieftine (din centrale nucleare si din centrale hidroelectrice), bazat pe capacitatile diferite de intrare in regim de functionare, si necesitatea unei constante in functionare. Aceste surse primare sint completate cu surse de energie bazate pe combustibili fosili, si ulterior pe centrale eoliene si fotovoltaice.

Criteriul economic de stabilire a sursei de producere a energiei, este foarte important, pentru a mentine o competitivitate crescuta pe piata comuna europeana, dar prezinta foarte multe dezavantaje. Dintre acestea amintim doar citeva:

1. Reactoarele nucleare de producere a energie electrice au nevoi de o stabilitate ridicata in functionala. Asta se traduce prin utilizarea cit mai constanta la puterea minimala. Prin corelare cu un consum variabil in timp (de la ora la ora sau de la zi la zi), aceasta restrictie a modului de functionare in siguranta duce la o preluare a variabilitatii de necesar de energie electrica aproape exclusiv de catre restul tipurilor de producere a energiei electrice.

2. Centralele electrice bazate pe combustibili fosili, bazate pe incalzirea de apa, necesita un timp ridicat de functionare la parametrii cit mai apropiati de valorile nominale, pentru a atinge o eficienta economica ridicata. In lipsa unei astfel de abordari, exista pierderi economice semnificative consecutive pierderilor termice. Aceste pierderi termice se realizeaza datorita proceselor tehnologice propuse. Nu se poate produce energie electrica fara a aduce energia termica din cazane la o valoare minima, iar inertia termica a apei duce la un necesar ridicat de combustibil pentru a creste temperatura pina la nivelul de producere de aburi pentru o presiune nominala. La intreruperea perioadei de productiei de energie electrica, aceasta energie se disipeaza termic. Astfel, este nevoie de o fuctionare cit mai putin fragmentata a centralei electrice bazate pe combustibili fosili, pentru o eficienta energetica si economica ridicata.

3. Centralele electrice bazate pe combustibili fosili, bazate pe incalzirea de apa, necesita o functionare cit de cit apropiata de valoarea nominala, datorita dependentei de furnizorul de combustibil ieftin, respectiv carbune. In lipsa unei astfel de abordari, furnizorii de carbune, reprezentat de firmele specializate in extractie, transport si depozitarea de carbune, sint puse in imposibilitatea de a avea un grad ridicat de previzibilitate si constanta in activitatea profesionala. Aceasta are ca efect imediat o scadere a competitivitatii economice datorita unui procent ridicat din cifra de afaceri a acestor firme pentru cheltuielile cu personalul, care sint aproximativ aceleasi si daca firma extrage sau nu carbune. Restringerea activitatii duce la scadere in cascada a competitivitatii economice prin utilizarea sub-optima a capacitatilor de extractie si transport (sub randamentul economic atins anterior), cu o imposibilitate de a creste usor capacitatile de productie la cresterea necesarului de energie electrica. Se creaza astfel un circuit vicios si autointretinut de reducere progresiva a cantitatii de energie electrica produsa si de crestere a pretului acesteia (prin scaderea randamentului economic).

4. Centralele eoliene competitioneaza cu centralele electrice bazate pe combustibili fosili in utilizarea cit mai constanta a resursei de vint, datorita cantitatii limitate a acestuia (pentru o centrala anume).

5. Centralele fotovoltaice au un comortament similar de realizare a unei presiuni economice pe virfurile proprii de productie de energie, dar cu o proportie mai redusa, datorita proportiei mai reduse in productia de energie din Romania.

6. Centralele hidroelectrice sint putin influentate de alti producatori si limitate doar de cantitatea de apa disponibila.

Criteriii non-economice (politice) de stabilire a sursei de producere a energiei

Datorita acestor interese economice diverse, a existat permanent o dorinta de reglementare a modului de productie si transport a energiei electrice, avind scopul declarat de a realiza o stabilitate a sistemului energetic national, cu un pret minim al energie electrice. Scopul este foarte frumos, datorita impactului acestuia in mentinerea unor preturi reduse, si deci a unei competitivitati economice crescute. Criteriile dupa care se realizeaza aceasta reglementare politica au citeva nivele distincte, dupa cum urmeaza:

A. Siguranta in functionare, este criteriu critic doar in cazul reactoarelor nuclere. Aceastea au prioritate maxima la furnizarea de energie electrica, pentru a evita riscurile unor accidente grave in cadrul acestor sisteme.

B. Politica internationala, la care Romania a aderat, prevede stimularea folosirii resurselor regenerabile si reducerea consumului de combustibili fosili. Desi are un caracter obligatoriu, exista in cadrul acestor politici un grad de flexibilitate. Astfel, stimularea financiara a producerii de energie regenerabila, poate fi mai mare sau mai mica, sau chiar aminata.

C. Politica interna a Romaniei, poate influenta modul in care se solicita producerea de energie de catre sistemul de transport al energiei electrice, putind prin masuri arbitrare dirija stimularea unor tipuri de productie a energiei electrice in defavoarea altora. Monopolul de stat in aceasta privinta este in acelasi timp un lucru bun dar si un unul mai putin bun. Existenta si respectarea unor criterii clare si transparente de stabilire a prioritatilor de producere a energiei electrice poate duce la o previzibilitate crescuta economica. Lipsa sau incalcarea unor astfel de criterii clare si transparente este o importanta sursa de coruptie, ce poate duce la o crestere nejustificata a pretului energiei electrice.

D. Politicile locale sau ale unor grupuri de producatori de energie electrica, pot duce la o scadere a costurilor de productie a energie electrice prin utilizarea inteligenta a SISTEMELOR HIBRIDE DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE, de natura sa combine avantajele diferitelor metode de producere a energiei, cu scaderea dezavantajele fiecareia dintre ele.

II.ANALIZA COMPARATIVA A SISTEMELOR DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE PRIN PRISMA UTILIZARII INTEGRATE IN SISTEME HIBRIDE

Pentru a utiliza integrat sistemele hibride de productie a energiei electrice, prin prisma analizei de nevoi de la capitolul precedent, trebuie identificate distinct elementele de scadere a competitivitatii economice, precum si de crestere a interoperativitatii acestora. Aceasta abordare permite evidentierea modului cum se pot utiliza performant in comun, sisteme de productie a energiei electrice, de natura sa duca la o crestere a competitivitatii intre elementele retelei, si chiar in interiorul unui consortiu de producatori hibrizi de energie electrica. Din aceasta analiza se exclud producatorii de energie ce au reglementari stricte cu riscuri de poluare majora (nucleara) sau cu un procent redus sau inexistent in totalul energie electrice produse in Romania (fotovoltaica, geotermala si geoplutonica). Ramin in analiza producatorii de energie electrica din surse fosile, in principal carbune, din surse hidrografice, si surse eoliene.

Aceste trei sisteme mari de producere a energie electrice se analizeaza pe baza criteriilor de avantaje si dezavantaje reciproce, dar fara o analiza de cost, ce este de natura competitiva si ce se poate schimba in diferite perioade de timp.

Pina acum, aceste sisteme au fost comparate in principal prin prisma pretului de productie, si a disponibilitatii in utilizare. Dupa costurile initiale de construire a centralelor electrice, costurile de productie a energiei electrice folosind combustibili fosili sint mai mari decit cele din surse hidrografice sau eoliene. Din punct de vedere al costurilor initiale de constructie a centralelor electrice, hidrocentralele sint mult mai scumpe decit cele eoliene sau termice, in principal prin costurile asociate barajelor si lacurilor de acumulare. Din punct de vedere al disponibilitatii de a produce curent electric, centralele termoelectrice au disponibilitatea maxima de a produce in mod constant si la capacitate maxima, urmate de hidrocentrale ce pot produce constant, pina se golesc lacurile de acumulare, urmate de centralele eoliene ce au o disponibilitate de a produce doar cind bate vintul.

Se observa simplu, ca nu exista un criteriu unitar de comparare al acestor sisteme, si ca diferentele economice sint datorate strict modurilor diferite de a calcula pretul de cost (pe baza de costuri de amortizar, de intretinere si productie si asociate disponibilitatii crescute). Astfel, costul total platit de consumatorii finali este relativ uniform in timp, dar exista o presiune foarte mare pe fiecare producator pentru a acapara o cota de piata cit mai mare, pentru a se mentine deasupra liniei de profitabilitate si a evita falimentul consecutiv presiunilor pe balanta de plati.

In varianta unei entitati comune financiare pentru cele 3 tipuri de producatori de energie electrica, aceste fluctuatii in balantele economice se pot reduce semnificativ, cu o scadere pe presiunea de a produce la un cost cit mai ridicat.

Elementul de competitivitate economica al sistemelor de producere a energiei electrice din surse regenerabile este dat de existenta unei surse de energie inepuizabila si mai mult sau mai putin gratuita (in functie de taxe si impozite) dar care nu are o constanta in timp comparativ cu puterea nominala. Se utilizeaza astfel sisteme de producere a energiei electrice cu capacitatea de productie a energie electrice mult peste media anuala a celei produse. Datorita acestei variabilitati, surplusul de energie electrica nu se poate utiliza comercial, datorita lipsei de cerere si dificultatilor ridicate de inmagazinare a energiei electrice. Se creaza o situatie de supraproductie virtuala de energie electrica dar fara o productie reala crescuta care sa poata fi comercializata, in afara tarii de exemplu.

III.PRODUCEREA INTEGRATA A ENERGIEI ELECTRICE IN SISTEME HIBRIDE

Pentru a scadea dependenta de variabilitatea in capacitatea de productie a energiei electrice, au fost imaginate multiple sisteme de inmagazinare a acesteia. Sint de amintit sistemele de inmagazinare de tipul acumulatorilor sau al incintelor cu aer comprimat. Aceste sisteme sint destul de putin eficiente la nivel industrial, si sint folosite doar pe scara mica si foarte mica, datorita randamentului economic redus, si al costurilor initiale ridicate.

Propun in acest sens inmagazinarea energiei electrice in energie potentiala, prin pomparea inapoi in lacurile de acumulare a apei in maximul de productie al energie eoliene. Se creaza o disponibilitate ridicata a ambelor surse regenerabile de energie, cu functionarea acestora la capacitate maxima disponibila din aceste surse. Este de mentionat faptul ca nu se modifica semnificativ costurile de functionare ci creste doar disponibilitatea de a produce energie.

Productia uniform crescuta a energie electrice din surse regenerabile face o economie semnificativa, datorita neutilizarii acesteiea in mod normal, sau a utilizarii in defavoarea producerii de energie din combustibili fosili. Se poate scadea astfel presiune pe productia de energie din centrale eoliene sau din combustibili fosili, cu o modificare relativ redusa a hidrocentralelor comparativ cu costul de costruire al acestora (adica adaugarea capacitatii de pompare in amonte a apei).