Solutii Moderne Pentru Alimentarea Serviciilor Interne din Statiile Electrice Utilizand Suerse Regenerabile de Energie
CUPRINS
1. Introducere 1
2. Serviciile interne (SI) ale stațiilor electrice 2
2.1. Generalități 3
2.2. Principalii consumatori ai serviciilor interne din stațiile electrice 3
2.2.1.Consumatori de curent alternativ (c.a.) 3
2.2.2. Consumatori de curent continuu (c.c.) 5
2.3. Surse de alimentare a serviciilor interne 6
2.4. Scheme uzuale de alimentare a serviciilor interne 7
3. Surse regenerabile de energie pentru alimentarea SI 12
3.1. Generalități 12
3.2. Radiația solară 14
3.3. Energia eoliană 16
3.4. Energia din biomasă (biogazul) 18
3.5. Pile de combustie 20
4. Soluții propuse pentru alimentarea SI utilizând surse regenerabile de energie 25
4.1. Generalități 25
4.2. Sistem de alimentarea a SI utilizând pila de combustie PAFC, și funcționând cu hidrogen produs de un electrolizor alimentat cu energie de la un parc fotovoltaic 26
4.3. Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie SOFC, alimentată cu biogaz, obținut din biomasă, și posibilitate de utilizare a căldurii reziduale pentru cogenerare 30
4.4. Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie SOFC, alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu gaze și posibilitate de utilizarea a căldurii reziduale pentru cogenerare 34
4.5. Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie SOFC, alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu abur și posibilitate de utilizarea a căldurii reziduale pentru cogenerare 37
4.6. Sistem de alimentare a SI utilizând în paralel pilele de combustie SOFC și PEMFC și opțional un sistem cu turbocompresor și posibilitate de utilizarea a căldurii reziduale pentru cogenerare 39
5. Aspecte economice asupra serviciilor interne și a sistemelor bazate pe surse regenerabile de energie pentru alimentarea acestora 41
5.1. Energia consumată de SI ale unei stații electrice 41
5.2. Parcul fotovoltaic (PV) 43
5.3. Pile de combustie, biogazul din biomasă 44
5.4. Determinarea investiției pentru un sistem hibrid de alimentare cu programul HOMER 45
6. Concluzii 48
7. Bibliografie 50
8. Anexe 51
8.1. Schema monofilară a SI pentru o stație de 400/110 kV 51
8.2. Raport cu potențialul estimat al unui parc fotovoltaic de 100 kW (PV) pentru zona centrală a României 53
8.3. Emisiile de gaze poluante generate prin prelucrarea combustibilior fosili 55
LISTA FIGURILOR
Fig. 2.1 Surse de alimentare pentru serviciile interne ale stațiilor electrice 7
Fig. 2.2 Schemă de alimentare a SI pentru o stație de 220 kV/110 kV având un singur 8
Fig. 2.3 Schemă de alimentare a SI, din înfășurarea terțiară a unuia din cele 2 AT-uri 9
Fig. 2.4 Schemă de alimentare a SI din înfășurarea terțiară a unui AT 10
Fig. 2.5 Schemă de alimentare a SI din înfășurarea terțiară a unuia din cele 2 AT-uri racordate la
secții de bare diferite 10
Fig. 2.6 Schemă de alimentare a SI pentru o stație de 400/110 kV, având 2 AT-uri conectate la secții de bare diferite 11
Fig. 3.1 Energia primară totală și consumul per combustibil 13
Fig. 3.2 Potențialul electric solar mediu anual pe teritoriul României 15
Fig. 3.3 Capacitățiile de producție din energie eoliană, in România 17
Fig. 3.4 Harta potențialului eolian al României 17
Fig 3.5 Factorii implicați în producerea biogazului din biomasă 19
Fig. 3.6 Schema de principiu a unei pile de combustie 21
Fig. 3.7 Unitate de producerea energiei cu pilă de combustie alimentată cu biogaz 23
Fig.4.1 Sistem de alimentare a SI utilizând panouri fotovoltaice și pila de combustie 26
Fig. 4.2 Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie alimentată cu biogaz produs din biomasă 31
Fig. 4.3 Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu gaze 35
Fig. 4.4 Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu abur 38
Fig. 4.5 Sistem de alimentarea a SI utilizând în sinergie 2 pile de combustie și un turbocompresor 39
Fig. 5.1 Consumul energetic al SI pentru o stație retehnologizată 41
Fig. 5.2 Radiația solară pentru centrul României, achiziționată cu programul HOMER 46
Fig. 5.3 Interfața programului HOMER pentru un sistem hibrid de alimentare 47
LISTA TABELELOR
Tab. 3.1 Potențialul energetic solar-fotovoltaic, în România 15
Tab. 3.2 Puterea vântului 17
Tab. 3.3 Potențialul electric/termic al biomasei în România 20
Tab. 3.4 Principalele caracteristici și domeniile de aplicații pentru diferitele tipuri de pile 22
Tab. 5.1 Tarife energie electrică pentru 2011,2012 42
Tab. 5.2 Contravaloarea energiei electrice consumată de SI 42
Tab. 5.3 Costul unui sistem fotovoltaic de 10 kW 43
Tab. 5.4 Specificațiile sistemului cu pila de combustie PAFC FP-100i 44
Tab. 5.1 Tarife energie electrică pentru 2011,2012 42
Introducere
Obiectivul lucrării este de a propune unele soluții moderne de alimentare a serviciilor interne din stațiile electrice, bazate pe surse regenerabile, nepoluante, lucru deosebit de important în contextul tendințelor pe plan mondial (protocolul de la Kyoto), soluții care să depășească eficiența sistemelor actuale la costuri cât mai mici.
Este prezentată și o scurtă analiză soluțiilor actuale de alimentare a serviciilor interne din stațiile electrice retehnologizate și sunt propuse noile soluții care asigură producerea de energie “verde”, cum sunt panourile fotovoltaice, pilele de combustie, biogazul, etc. Cu scopul de a obține randamente superioare sau cel puțin comparabile cu metodele convenționale de alimentare, și implicit de a asigura o eficiență ridicată din punct de vedere economic, soluțiile analizate propun utilizarea unor sisteme integrate, în ciclu combinat, în care stocare de energie se face sub formă de hidrogen, și unde produsul secundar (energia termică) este reutilizat pentru a produce mai multă energie sau pentru a servi la uzul casnic.
Utilizarea pilelor de combustie se poate face fără a deține o sursă permanentă de hidrogen, acesta putând fi obținut de la furnizori sau generat direct de o sursă regenerabilă în funcție de condițiile zonei (eolian, solar).
Studii preliminare arată că aceste soluții utilizate pentru a alimenta serviciile interne ale RET reprezintă o soluție fezabilă atât din punct de vedere tehnic cât și economic.Prin urmare, aceste sisteme prezintă un mare interes pentru viitorul apropiat, dovedindu-se a fi un concurent serios surselor convenționale de producere a energiei electrice, asigurând, pe lângă randamente electrice ridicate și o producere “curată” de energie, cu un impact extrem de scăzut asupra mediului înconjurător, fapt care în zilele noastre devine o necesitate.
Date relevante cu privire la eficiența acestor soluții moderne vor fi obținute prin aplicarea acestora și acumularea de experiență cu privire la modul exploatare.Utilizarea surselor regenerabile de energie, a devenit un obiectiv prioritar și totodată fezabil în contextul actual al economiei mondiale, în care prețul combustibililor fosili este într-o continuă creștere.
Importanță utilizării acestor surse pentru alimentarea consumatorilor se justifică și prin impactul extrem de scăzut pe care acestea îl au asupra mediului înconjurător și prin faptul că oferă o independență energetică față de sursele exterioare.
Avantajele oferite de aceste sisteme le recomandă pentru alimentarea serviciilor interne acestea putând debita surplusul de energie în sistemul de distribuție și transport, transformând stațiile electrice din consumatori în producători de energie electrică.
Serviciile interne (SI) ale stațiilor electrice
2.1. Generalități
Stațiile electrice reprezintă noduri ale sistemului electroenergetic, la care sunt racordate liniile electrice de transport aeriene sau subterane, de IT, și unde are loc transformarea nivelurilor de tensiune (necesare transportului de energiei electrice cu pierderi cât mai mici cu ajutorul liniilor electrice), fie la IT (110, 220, 400, 750 kV) pentru a corespunde condițiilor de transport, fie la MT (6, 10, 20 kV) pentru a putea fi cedată sistemului de distribuție a energiei. [6]
Instalațiile stațiilor electrice pot fi împărțite în 3 categorii și anume:
1) circuite primare (principale) – sunt parcurse de energia electrică care circulă de la producătorul de energie electrică spre consumatori. Acestea funcționează in mod obișnuit la niveluri de tensiune ridicate și sunt parcurse de curenți mari în regim normal de funcționare (cu excepția circuitelor legate în derivație) și în regim de scurtcircuit.
2) circuite secundare – deservesc circuitele electrice primare. Acestea nu sunt parcurse de fluxul total de energie care circulă spre consumatori fiind caracterizate de niveluri reduse ale tensiunii (Un=220 V, curent continuu) și ale curenților (In=5 A, în secundarul transformatoarelor de curent).
Circuitele secundare se împart în circuite de comandă (servesc la acționarea voită ,de la fața locului sau de la distanță a diverselor mecanisme aparținând aparatelor de conectare (întreruptoare, separatoare) și reglaj și circuite de control (deservesc instalațiile de informare (semnalizare, măsură, înregistrări diverse), blocaj (pentru evitarea manevrelor greșite – blocaje operative, protejării personalului de exploatare – blocaje de siguranță, protejării instalațiilor tehnologice – blocaje tehnologice), sincronizare, protecție prin relee și automatizare.
3) servicii interne (consumatorii proprii tehnologici) – instalațiile serviciilor interne ale stațiilor electrice constau în ansamblul echipamentelor care realizează alimentarea cu energie electrică a circuitelor secundare de curent operativ, dispozitivelor de acționare, automatizare și reglaj a echipamentelor circuitelor primare, precum și a instalațiilor anexe din stațiile electrice (instalații pentru producerea aerului comprimat, instalații de redresare, de încălzire, de ventilație, de iluminat, instalația de legare la pământ și de protecție împotriva loviturilor de trăsnet, bateria de acumulatori etc.).
Acestea se împart după felul tensiunii de alimentare în servicii de curent alternativ (400/230 Vca) și servicii de curent continuu( 24,48,110, și 220 Vcc).
Serviciile interne de c.a. cuprind instalațiile de răcire, reglaj, și acționare a comutatoarelor de ploturi ale (auto)transformatoarelor, instalațiile de încărcare a bateriei de acumulatori, instalațiile de ventilație și încălzire, dispozitivele de acționare ale întrerupătoarelor și separatoarelor, instalația de aer comprimat, instalația de stingere a incendiilor, instalația de telecomunicații, instalația de iluminat, etc.
Serviciile interne de c.c. cuprind consumatorii care nu admit întreruperi în funcționare, iluminatul de siguranță, dispozitive de acționare a aparatelor (întreruptoare, separatoare, contactoare, protecții, automatizări, blocaje, semnalizări), instalațiile de telecomandă, telecomunicații, iluminatul de siguranță, etc.
Parametrii instalațiilor de c.a. și c.c.
Instalația de c.a. – Uzual, tensiunea de alimentare a consumatorilor de c.a. este 3×400/230 V. Instalația funcționează cu neutrul legat direct la pământ.
Instalația de c.c. – Uzual, tensiunea de alimentare a consumatorilor de c.c. este 220 V. Instalația funcționează izolat față de pământ. Sursele de alimentare (bateriile și redresoarele) vor asigura menținerea tensiunii de alimentare în limitele permise de receptoare și instalație.
În vederea asigurării funcționării corecte a consumatorilor, tensiunea de alimentare (la bornele lor) va fi menținută în limitele permise de receptoare și instalație. [6]
Consumul de energie al serviciilor interne din stațiile electrice din România poate varia de la 35 kWh până la ordinul a 200,250 kWh, în funcție de tipul stației.[10]
2.2. Principalii consumatori ai serviciilor interne din stațiile electrice
2.2.1. Consumatori de curent alternativ (c.a.)
În funcție de implicațiile întreruperii alimentării cu energie electrică asupra realizării tranzitului de energie electrică prin circuitele primare ale stației, consumatorii de c.a. se împart în următoarele categorii:
Categoria 1 (servicii interne principale) – cuprinde consumatorii a căror întrerupere în alimentare pe o durată mai mare de câteva minute conduce la perturbarea tranzitului de energie electrică.
Din această categorie fac parte:
pompele de ulei de la (auto)transformatoarele cu circulație forțată a uleiului;
ventilatoarele corpurilor de răcire a (auto)transformatoarelor;
rezistența de încălzire pentru pornirea grupului electrogen;
instalația de ventilare a bateriilor de acumulatori, dacă acesta este prevăzută să funcționeze continuu.
Categoria 2 (servicii interne secundare) – cuprinde consumatorii a căror întrerupere în alimentare pe o durată mai lungă decât cele din categoria 1 conduce la perturbarea tranzitului de energie electrică.
La stațiile electrice de importanță deosebită acești consumatori se împart în două grupe:
Grupa A – consumatori a căror alimentare urmează a fi asigurată și de sursa de alimentare de siguranță, din această grupă făcând parte:
electromotorul și rezistența de încălzire a dispozitivului de acționare a comutatorului de ploturi;
electromotorul motopompei, rezistențele de încălzit (permanentă și cu termostat) și lămpile de iluminat din cadrul dispozitivului MOP-1(cu mecanism de acționare oleopneumatic);
prizele iluminat lămpi portative din toate punctele importante unde există sau de unde sunt deservite receptoare din categoriile 1 și 2 sau de importanță similară;
instalația de iluminat din: camera de comandă, încăperea grupului electrogen și clădirea instalației de stingere a incendiilor;
agregatele de redresare (dacă servesc la încărcare permanentă a bateriilor de acumulatoare);
echipament telecomunicații;
compresoare, hidrofor și pompă din clădirea instalației de stingere a incendiilor.
Grupa B – restul consumatorilor din categoria 2 :
rezistențele de încălzit din: cutiile de cleme ale celulelor, cabinele de relee, încăperea grupului electrogen și clădirea instalației de stingere a incendiilor;
instalația de iluminat din cabinele de relee și din toate încăperile blocului de comandă, în afară de camera de comandă;
instalația de încălzit electric din: camera de comandă, clădirea instalației de stingere a incendiilor, respectiv în toate locurile unde se impune asigurarea microclimatului necesar echipamentelor din categoria 1 și 2 sau de importanță similară.
Categoria 3 (servicii interne auxiliare) – cuprinde consumatorii care nu se încadrează în categoriile 1 și 2 și a căror alimentare poate fi întreruptă eventual și pe o durată mai lungă.
Din această categorie fac parte:
electromotorul și rezistențele de încălzit din cadrul dispozitivelor de acționare a separatoarelor;
rezistențele de încălzit și prizele iluminat lămpi portative din cutiile de conexiuni ale separatoarelor;
instalația de iluminat și prize forță din stația exterioară;
prize utilizări diverse din blocul de comandă, cabinele de relee și clădirea instalației de stingere a incendiilor;
instalația de centrifugare a uleiului;
diverse alte receptoare.
2.2.2. Consumatori de curent continuu (c.c.)
Consumatorii serviciilor interne de curent continuu, au o importanță deosebită pentru regimul normal de funcționare a instalațiilor primare și sunt vitali în regimul de avarie a acestora. Prin natura lor, aceștia sunt foarte diverși, iar din punctul de vedere al solicitării sursei de alimentare există:
Consumatori de durată în regim permanent – reprezintă pentru sursa de alimentare, o sarcină permanentă atât în regim normal de funcționare cât și în regim de avarie. Dintre aceștia fac parte:
releele de protecție și intermediare conectate permanent;
releele de blocaj;
lămpi de semnalizare și indicatoare de poziție;
iluminatul de siguranță conectat permanent;
invertoare pentru alimentarea consumatorilor vitali de curent alternativ când aceștia sunt cuplați permanent etc.
Consumatori de durată în regim de avarie – aceștia sunt alimentați în regimul normal de funcționare de la sursa serviciilor interne de curent alternativ, dar sunt comutați pe sursa de alimentare cu curent continuu pe toată durata lipsei tensiunii de curent alternativ. Dintre aceștia fac parte:
iluminatul de siguranță comutabil;
invertoarele pentru alimentarea consumatorilor vitali de curent alternativ care se comută pe sursa de curent continuu la avarie etc.
Consumatori de scurtă durată – sunt consumatorii care intră în funcțiune la anumite manevre comandate manual sau automat. Pot intra în funcțiune atât în regim normal de funcționare a instalațiilor primare cât și în regim de avarie. Dintre acești consumatori fac parte:
bobinele de acționare a întrerupătoarelor;
releele de comandă a separatoarelor și relee auxiliare de comandă;
dispozitivele optice și acustice de semnalizare și alarmare etc.
Sursa de alimentare pentru consumatorii de curent continuu este reprezantată de obicei de o baterie de acumulatori care funcționează fie în regim tampon fie în regim floating cu un redresor din categoria RTU (folosește pe partea de redresare numai tiristori, deci este complet comandat).
În realitate, bateria de acumulatori asigură alimentarea consumatorilor numai in regim de avarie, pe perioada căderii totale a surselor de curent alternativ. Având în vedere că redresorul se alimentează de la rețeaua de curent alternativ, rezultă că în regim normal de funcționare consumatorii serviciilor interne de curent continuu, sunt alimentați de la o sursă de curent alternativ.
Puterea consumatorilor serviciilor proprii de curent continuu este mult mai mică decât ai celor de curent alternativ.
2.3. Surse de alimentarea a serviciilor interne
Pentru alimentarea serviciilor interne (SI) se asigură, conform normativului PE 111-8/88, schemele de alimentare conțin de obicei o sursă de alimentare normală (alimentarea receptoarelor în regim normal de funcționare, fiind în funcțiune atâta timp cât este în parametri) și o sursă de alimentare de rezervă (în regim normal de funcționare nu participă la alimentarea receptoarelor, dar care poate substitui, de regulă automat, sursa de alimentare normală, în cazul indisponibilizării ei ).
Complementarea acestor surse mai poate fi asigurată și o sursă de siguranță constituită de obicei dintr-un grup electrogen, care preia alimentarea SI în cazul în care sursa de alimentare normală și de rezervă au ieșit din funcțiune.[6]
Sursele de alimentare normală și de rezervă, sunt dimensionate să poată furniza, fiecare, întreaga putere cerută de instalațiile serviciilor interne, în timp ce sursa de siguranță este dimensionată să asigure doar alimentarea consumatorilor pentru care trebuie realizat un nivel ridicat de siguranță în alimentare, cum sunt:
Consumatorii de curent alternativ de categoriile 1 și 2;
Consumatorii de curent continuu.
Conform normativului PE 111-8/88, alimentarea serviciilor interne din cadrul stațiilor electrice se asigură astfel:
Pentru stațiile cu tensiunea superioară de 220 kV, care nu sunt cuprinse în categoria celor de importanță deosebită și stațiile de 110 kV, alimentarea se asigură de la două surse independente (normale sau una normală și una de rezervă) (Fig 2.1).
Pentru stațiile electrice de importanță deosebită (stații de 400 kV sau 220 kV, noduri de rețea), alimentarea se asigură de la trei surse independente – două surse normale sau o sursă normală și una de rezervă și o sursă de siguranță – grup electrogen Fig.2.1).
Fig. 2.1 Surse de alimentare pentru serviciile interne ale stațiilor electrice
Conform normativelor in vigoare sursele normale și cele de rezervă pot fi constituite din:
secție sau un sistem de bare colectoare de medie tensiune (6 -20 kV) din stația electrică respectivă sau de la o stație sau centrală apropiată;
o secție sau un sistem de bare colectoare de joasă tensiune pentru distribuție, din stația electrică respectivă sau de la o stație sau centrală apropiată;
o linie de medie tensiune din zona stației;
o înfășurare terțiară de medie tensiune (10 – 20 kV) a unui (auto)transformator care asigură tranzitul de putere între rețelele de înaltă tensiune (110 – 750 kV);[6]
2.4. Scheme uzuale de alimentare a serviciilor interne
Realizarea acestor scheme pornește de la premisa că fiecare sursă de alimentare să poată furniza întreaga putere cerută de consumatorii aferenți. Cele două surse pot funcționa permanent conectate în paralel ca surse normale, sau pot funcționa în alternanță, una fiind normal conectată (sursă normală), iar cealaltă normal deconectată (sursă de rezervă). În ipoteza că cele două surse sunt permanent conectate, cele două secții de bare pot funcționa fie separat, fie cuplate între ele, în funcție de nivelul curenților de scurtcircuit și de stabilitatea echipamentului de comutație la scurtcircuit.
Pe baza acestor considerente, câteva scheme uzuale de alimentare a serviciilor interne din stațiile electrice, regăsite în multe situații la noi in țară, sunt prezentate in figurile de mai jos.
Acestea respectă prevederile normativului PE 111 – 8/88, după cum importanța stației este deosebită sau nu, și depind de structura instalațiilor circuitelor primare din stație.
Astfel, pot exista următoarele situații:
În stație există numai un singur AT . Alimentarea normală se va asigura din terțiarul AT, iar alimentarea de rezervă se va asigura de la o stație ori centrală electrică apropiată, sau o linie de medie tensiune din zona stației.
Fig. 2.2 Schemă de alimentare a SI pentru o stație de 220 kV/110 kV având un singur AT
În stație există două AT-uri racordate, atât la nivelul de 220 kV cât și la 110 kV, la secții de bare diferite, legate între ele prin cuplă longitudinală.
Fig. 2.3 Schemă de alimentare a SI, din înfășurarea terșiară a unuia din cele 2 AT-uri existente
Aici terțiarele AT-urilor pot constitui surse normale sau de rezervă pentru alimentarea SI ale stației. Regimul de sursă normală sau de rezervă este stabilit în funcție de poziția (anclanșat, declanșat) întrerupătoarelor I1 I2, ICL [6].
În stație există două AT-uri racordate atât la nivelul de 220kV cât și la 110kV la aceeași bară colectoare (Fig. 2.4) sau la secții diferite de bare legate între ele prin cuplă longitudinală (Fig. 2.5).
Fig. 2.4 Schemă de alimentare a SI din înfășurarea terțiară a unui AT
Fig. 2.5 Schemă de alimentare a SI din înfășurarea terțiară a unuia din cele 2 AT-uri racordate la
secții de bare diferite
În stație există 2 AT-uri, cuplate la secții de bare diferite. Stația electrică de față este de 400/110 kV, și constituie un exemplu concret, stația fiind la ora actuală retehnologizată. (Stația Brașov, jud. Sibiu)
Fig. 2.6 Schemă de alimentare a SI pentru o stație de 400/110 kV, având 2 AT-uri conectate la secții de bare diferite
De menționat la această schemă este faptul că alimentarea consumatorilor de c.c. pentru fiecare stație (110 kV și 400 kV) se face prin intermediul a 2 baterii de acumulatoare identice (același tip, capacitate, număr de elemente), dimensionate astfel încât, în caz de avarie să se rezerve reciproc.
Fiecare baterie funcționează în regim „floating” (încărcare +alimentare continuă), cu câte un redresor prevăzut cu stabilizare automată a tensiunii. În caz de avarie a unuia din redresoare, este prevăzut un al 3-lea redresor cu posibilitate de cuplare la oricare din cele 2 secții de bare.
Deasemenea, în regim de avarie, fiecare baterie poate asigura alimentarea permanentă a consumatorilor de c.c. cu grad ridicat de importanță (consumul instalațiilor de comandă și control, sistemul central de comandă și protecție, instalații de telecomunicații, iluminat de siguranță, instalație de stingere a incendiilor), pentru o perioadă de aprox. 3 h.
În funcție de numărul de AT-uri din stație, și de configurația secțiilor de bare colectoare, modul de realizare al cuplelor longitudinale, există scheme de alimentare diferite, dar acestea respectă în principiu structura celor de mai sus.
Surse regenerabile de energie pentru alimentarea SI
3.1. Generalități
Sursele regenerabile de energie reprezintă acele surse, nepoluante, în care ritmul de generare al energiei depășește ritmul în care acestea se consumă. Aceste surse devin o alternativă din ce în ce mai utilizată în locul surselor convenționale de energie, pe fondul unor eficiențe mai ridicate pe care le asigură și producerii unei energii electrice, curate, verde, efectul asupra mediului ambiant fiind aproape nul în comparație cu sursele clasice.
Sursele regenerabile de energie constau în:
energia (radiația) solară;
energia eoliană (vânturile);
energia potențială a apei curgătoare (hidraulică);
energia maritimă, a valurilor și mareelor;
energia din biomasă (biogazul);
energia geotermică.
Dintre aceste surse regenerabile de energie, unele se află în plină dezvoltare, în timp ce altele sunt în faza de cercetare, de testare. Deasemenea nu toate sursele regenerabile prezintă un potențial real în alimentarea serviciilor interne din stațiile electrice, ele asigurând o eficiență ridicată pentru alte domenii de aplicare (încălzire, transport, aplicații de mari dimensiuni), în timp ce altele nu sunt viabile decât pentru anumite regiuni, eficiența lor fiind strâns legată de poziția geografică a locului unde sunt destinate să funcționeze (radiația solară, energia eoliană).
Pe plan mondial în anul 2007, investițiile pentru implementarea sistemelor de generare a energiei electrice din surse regenerabile au atins un nivel de 100 miliarde dolari, continuând să crească de la an la an. În 2008, aprox. 19% din consumul de energie finală globală provenea din resurse regenerabile cu 15% dintre acestea provenind din hidroelectricitate și 3% din noi resurse regenerabile (biogaz, eolian, solar). [21] La aceasta, trebuie specificat că ponderea din totalul de energie electrică produsă la nivel global, a surselor regenerabile reprezentate de energia solară, energia eoliană, și energia din biomasă crește exponențial de la an la an, ca urmare a investițiilor masive și dezvoltării acestor tehnologii.
În figura 3.1 este exemplificat aportul surselor regenerabile de energie la energia primară totală, la nivel global.
Fig. 3.1 Energia primară totală și consumul per combustibil; (Sursa: EEA, Energy, 2008).
Potențialul de exploatare anual pentru energia regenerabilă din România:
Energie solară – 1,2 TWh energie electrică și 60 PJ (16,7 TWh) energie termică;
Energie eoliană – 23 TWh energie electrică;
Energie hidro – 36 TWh energie electrică;
Energie geotermală – 7 PJ (1,9 TWh) energie electrică;
Biomasă și biogaz – 318 PJ (88,3 TWh) energie termală.
Pe de altă parte, SI din stațiile electrice, în România, sunt alimentate cu energie provenind în principal de la termocentrale a căror funcționare se bazează pe combustibili convenționali, și astfel de la o sursă poluantă de energie. Sursa de siguranță (grupul electrogen), reprezintă deasemenea o sursă poluantă de energie și necesită un cost de întreținere ridicat.
În acest context, implementarea unor soluții de alimentare bazate pe surse regenerabile pentru instalațiile servicilor interne din stațiile electrice reprezintă o soluție fezabilă și de actualitate. Dintre sursele regenerabile de energie enumerate mai sus, energia solară, eoliană și cea bazată pe biogazul produs din biomasă, prezintă un potențial real în realizarea unor sisteme de producere a energiei electrice în domeniul zecilor sau sutelor de kW, destinate alimentării locale a consumatorilor, cum sunt SI, acestea asigurând flexibilitatea în construcție, tehnologia necesară, siguranța în funcționare,precum și eficiențe peste cele oferite de metodele clasice de producere a energiei.
3.2. Radiația solară
Soarele este o mare centrală nucleară care generează o putere emisă sub sub formă de energie radiantă. Exceptând sursele nucleare, toate celelalte surse de energie de pe planeta noastră își au originea în energia solară.
Un studiu UNESCO arată ca o suprafață de deșert de 220.000 km2 pe care s-ar realiza captarea și conversia energiei solare incidente, ar putea asigura consumul energetic pentru întreaga populație a lumii.
Deși are numeroase utilități cea mai interesantă și eficientă cale de utilizare a energiei solare este conversia ei directă în energie electrică. Acest lucru se poate realiza prin: conversia fotovoltaică, conversia termoelectrică și conversia termoionică. [7] Dintre acestea, conversia fotovoltaică se pare că are cele mai mari posibilități de a deveni o tehnologie alternativă la modul clasic de producere a energiei electrice în condițiile actualei crize energetice, fiind deasemenea o soluție optimă și pentru alimentarea SI ale ale stațiilor electrice din țara noastră.
Eficiența ridicată a conversiei fotovoltaice se datorează dezvoltării accentuate a tehnologiei în acest domeniu, care implicit a condus la scăderea costului energiei produse, la niveluri competitive.La baza acesteia stă efectul fotovoltaic, iar ca element principal stă celula solară.
O celulă solară este formată din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsă între 0,001 și 0,2 mm și sunt dopate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncțiuni „p” și „n”. Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul de siliciu este expus la lumină se va produce o „agitație” a electronilor din material și se va fi generat un curent electric.
Aceste celulele, numite și celule fotovoltaice, au de obicei o suprafață foarte mică și curentul generat de o singură celulă este mic dar în combinații multiple serie – paralel (crește tensiunea-puterea) ale acestor celule se pot produce curenți suficient de mari pentru a putea fi utilizați în practică. Celulele sunt încapsulate în panouri care le oferă rezistență mecanică și la intemperii.
Randamentul celulelor solare comerciale este de cca 15 %, pentru cele din siliciu policristalin respectiv cca 20 % pentru cele din siliciu monocristalin, iar modulele construite cu acestea ating un randament de cca 17 %. Există celule solare a căror eficiență ajunge la 30%, constituite din arseniură de galiu în 3 straturi, dar ale căror costuri sunt de până la 10 ori mai mari decât variantele comerciale (aprox. 100 Eur/W).[10]
Un dezavantaj al celulelor solare constă în efectul de îmbătrânire, dar producătorii garantează randamente de min. 80% din puterea maximă, în decursul a 20 de ani de funcționare.
Potențialul energetic solar pe teritoriul României, potrivit PVGIS (Photovoltaic Geographic Information System, aparținând Institulului European pentru Energie ți Transport (IET), atinge valori maxime în luna iunie (1,49 kWh/m2/zi) și valori minime în luna februarie (0,34 kWh/ m2/zi).
Conform aceluiași institut, în Fig. 3.2 este reprezentat potențialul solar electric mediu anual pentru Romania, raportat la unghiul optim de înclinare al panourilor, pentru a capta nivelul maxim de radiație solară, care se situează in jurul valorii de 35˚.
Fig. 3.2 Potențialul electric solar mediu anual pe teritoriul României(PVGIS)
Potențialul solar-fotovoltaic pentru țara noastră stabilit luând în considerare atît aplicațiile fotovoltaice cu cuplare la rețea, cât și cele autonome (neracordate la rețea) pentru consumatori izolați, este prezentat în Tab 3.1.
Tab. 3.1 Potențialul energetic solar-fotovoltaic, în România (ANM, ICEMENERG, 2006)
Recent, ca o alternativă la sistemele fotovoltaice clasice au apărut sistemele produse de compania americană Amonix, acestea fiind implementate pe o scară largă în lume, în special în SUA.
Sistemele Amonix reduc costurile de producție prin introducerea unor lentile Fresnel plate (produse din plastic și practic necostisitoare) ca elemente intermediare între celule fotovoltaice și Soare. Aceste lentile concentrează lumina solară de aproximativ 250 de ori într-o zonă mică a celulei. Prin această concentrare, suprafața necesară acoperită cu silicon se reduce de aproximativ 250 de ori, și astfel se înlocuiește siliconul (foarte scump) cu lentile de plastic ieftine. Randamentele acestor sisteme sunt de aprox. 38%. Deasemenea durata de viață a acestor sisteme este mult mai mare, acestea putând funcționa până la 50 de ani.
3.3. Energia eoliană
Aceasta formă de energie reprezintă deasemenea o soluție viabilă pentru producerea unor sisteme de alimentarea a SI din stațiile electrice, datorită flexibilității în construcție a acestora. Domeniile de puteri ale parcurilor eoliene pornesc de la ordinul kW, și ajungând la ordinul TW (5,16 TW putere instalată în 2010 și un obiectiv de 15,7 TW instalați în 2015 – Gansu, China).[14]
Conversia energiei eoliene într-o formă folositoare de energie, se face cu turbine eoliene pentru producerea de electricitate, morile de vânt pentru energie mecanică, pompele eoliene pentru pomparea sau drenarea apei, sau vele pentru propulsarea navelor.
Comparativ cu efectele asupra mediului cauzate de sursele clasice de energie, efectele energiei eoliene asupra mediului sunt relativ minore, și sunt reprezentate de o poluare fonică și vizuală.
Energia consumată pentru producția și transportul materialelor folosite pentru construcția instalației de energie eoliană este egală cu noua energie produsă de către instalație în termen de câteva săptămâni de funcționare. Costul unei instalații de energie eoliană este de aprox. 1000$/kW. [14]
Puterea generată de o turbină eoliană este direct proporțională cu densitatea aerului, aria acoperită de mișcarea completă a paletelor rotorului și pătratul vitezei vântului. Vântul care trece prin palele elicei este încetinit și împrăștiat. În aceste condiții eficiența maximă obținută de o turbină eoliană este de 59%, valoare peste care vântul se întoarce în palele turbinei.
Totuși, marele dezavantaj al acestor sisteme este reprezentat de caracterul variabil al vântului, cel puțin în țara noastră, unde eficiențe ridicate au fost atinse în principal în zona Dobrogei.
Capacitățiile de producție a energiei electrice din energia eoliană în România, au cunoscut o creștere accentuată in ultimii ani, ajungând de la o capacitate de aprox. 3 MW la sfârșitul anului 2006 până la aprox. 982 MW la finele anului 2011. Deasemenea, după cum se observă și în Fig 3.3, această creștere a capacității de producție se datorează investițiilor masive în anii 2010 (462 MW), respectiv 2011(982 MW) cu o creștere de 112,6% față de anul anterior.
Fig. 3.3 Capacitățiile de producție din energie eoliană, in România (http://www.thewindpower.net)
Dintre acestea, cea mai mare capacitate instalată este în parcul „ Tomis Team Dobrogea” din apropierea orașului Tulcea, fiind de 600 MW, cu o producție anuală de energie estimată la 1500 GWh, pentru un număr de 2500 h sarcină max./an. Există, conform Windpower.net, instalații de producere și în Transilvania, dar de puteri mai mici, spre exemplu la Cutca, jud. Cluj, acest parc eolian având o putere de 285 kW.
Conform RWEA ( Asociația Română pentru Energie Eoliană), în aprilie 2012, capacitatea eoliană instalată în România era de 1228 MW.
O hartă a vânturilor pentru regiunile țării noastre, realizată de departamentul Green Energy Projects, al EURO AVIA România este prezentată in Fig. 3.4 Deasemenea, în tabelul alăturat figurii este prezentată puterea vântului în funcție de viteza pe m2 de secțiune traversată, la presiunea de 1 atm, și temperatura de 15˚C. Tab. 3.2 Puterea vântului[2]
Fig. 3.4 Harta potențialului eolian al României, cu viteza estimată a vântului în m/s [17]
3.4. Energia din biomasă (biogazul)
Biomasa este considerată o sursă de energie „neutră” din punctul de vedere al carbonului emis în atmosferă, deoarece carbonul emis în timpul combustiei a fost anterior absorbit prin fotosinteză în timpul creșterii plantelor. Aceasta constă în resturi vegetale, lemnoase, reziduale (gunoi menajer), noroiul canalizărilor, dejecțiile zootehnice, resturile biodegradabile menajere, de la fabricile de bere, etc.
Biocombustibilii reprezintă o gamă largă de combustibili care derivă din biomasă, și reprezintă o alternativă la arderea directă a biomasei. Aceștia au câștigat o atenție publică și științifică sporită în ultimul timp, datorită unor factori ca prețul crescând al petrolului ca o consecință a scăderii rezervei mondiale, nevoia de securitate energetică sporită, preocuparea pentru emisiile de gaze cu efect de seră în urma arderii combustibililor fosili, și a subvențiile oferite de guvern (sub forma de certificate verzi pentru energia electrică produsă).
Se estimează că energia conținută în biomasa vegetală anuală de pe pământ este de 10 ori mai mare decât consumul energetic mondial anual.
Cei mai uzuali biocombustibili sunt :
Bioetanolul – este un alcool produs prin fermentarea componentelor zahărului.
Biodieselul – este produs din uleiuri vegetale, grăsimi animale sau grăsimi reciclate. Acesta poate fi folosit ca și combustibil pentru vehicule în forma sa pură, dar este de obicei folosit în amestec cu motorina pentru a reduce nivel de noxe emis (monoxidul de carbon, hidrocarburi).
Alcoolul produs in mod biologic, cel mai frecvent etanolul, si cel mai puțin frecvent propanolul si butanolul, care sunt produse de acțiunea microorganismelor și enzimelor prin fermentarea zahărurilor sau a amidonului (cel mai simplu), sau a celulozei (cel mai dificil).
Biogazul este un gaz cu un conținut ridicat de metan, și poate fi produs prin procesul de digestie anaerobă (AD), piroliză sau hidrogazeificare. Produsul secundar solid, digestatul, bogat în macro și micronutrienți poate fi folosit ca biocombustibil sau fertilizator.
Deși conversia energiei biogazului în electricitate implică eliberarea unor cantități de carbon în atmosferă, principala diferență față de combustibilii fosili, este aceea a originii carbonului din biogaz,care este recent preluat din atmosferă, prin activitatea fotosintetică a plantelor actuale. Prin urmare, ciclul carbonului din biogaz este închis într-o perioadă foarte scurtă de timp (între unul și câțiva ani). Producția de biogaz prin procesul AD reduce de asemenea, și emisiile de metan (CH4) și de oxid azotos (N2O), rezultate în urma depozitării și utilizării gunoiului animal ca îngrășământ.
Potențialul efectului de seră al metanului este de 21 de ori mai mare, iar cel al oxidului azotos de 296 de ori mai mare, în comparație cu cel al dioxidului de carbon (CO2), prin urmare utilizarea biogazului contribuie la atenuarea încălzirii globale.
Deasemenea producerea biogazului necesită aporturile de apă tehnologică cele mai reduse
dintre biocombustibilii mai sus enumerați, fapt important având în vedere criza necesarului de apă cu care se confruntă anumite orașe din lume.[12]
Produsul secundar, digestatul reduce cu 80% mirosurile neplăcute și persistente eliberate de biomasa netratată, iar amoniacul remanent dispare rapid după aplicarea digestatului ca îngrașământ pentru sol. În același timp conținutul de azot anorganic este mai ridicat și mai ușor accesibil plantelor decât gunoiul brut.
Principiul de formare al biogazului din biomasă, împreună cu factorii determinanți ai procesului sunt prezentați în Fig. 3.5.
Fig. 3.5 Factorii implicați în producerea biogazului din biomasă
Calculele efectuate pentru dimensionarea fabricilor de biogaz arată că se produce o putere electrică de 2,4 kW/zi/m3 în cazul biogazului obținut din gunoi zootehnic, respectiv 2,5 kW/ha/an în cazul culturilor vegetale. Experiența germană în producerea în acest domeniu demonstrează că, în cazul producerii biogazului din biomasă constând în culturi vegetale (energetice), fabricile cu o putere electrică instalată sub 250 kW nu sunt viabile din punct de vedere economic.[12]
Un exemplu de o astfel de unitate este centrala proiectată de o echipă a Universității Calabria, (Italia) în 2010 care produce zilnic din aprox. 12 tone de biomasă (constând în gunoi menajer de natură organică și dejecții de origine animală), 1940 m3 de biogaz cu un conținut de 64% gaz metan. Temperatura de funcționare a digestorului fiind de 55˚C și presiunea de 1 bar, această unitate de producere a biogazului este prevăzută să funcționeze împreună cu o pilă de tip SOFC pentru generarea de electricitate la un randament de aprox. 40%. Luând în considerare doar conținutul de CH4 din biogaz, rezultă un consum de aprox.50 m3/h pentru generarea unei energii de 110 kWh, la care se poate adăuga aportul energiei termice recuperată pentru cogenerare.[4]
În cazul alimentării SI, acest lucru implică implementarea unor unități de producere a energiei la nivel local, care să debiteze surplusul de electricitate în Sistemul Energetic Național (SEN).
Potențialul electric/termic reprezentat al biomasei în Romania este prezentat in Tab 3.2.
Tab. 3.3 Potențialul electric/termic al biomasei în România (INL, ICEMENERG, 2006)
Eficiențe ridicate se obțin dacă dacă procesul de conversie al biogazului în electricitate se utilizează în ciclu combinat cu cogenerare, recuperându-se astfel energia termică generată pentru a asigura încălzirea și/sau apă caldă menajeră a clădirilor. Prin urmare, utilizarea biogazului obținut prin digestie anaerobă reprezintă o soluție alternativă fezabilă pentru alimentarea SI ale stațiilor electrice, asigurând eficiența și siguranța în alimentare impuse de acest tip de instalații.
3.5. Pile de combustie
Pilele de combustie, pot constitui una dintre cele mai promițătoare surse de energie electrică ale viitorului fiind caracterizate printr-o eficiență mai mare decât a centralelor convenționale de energie electrică, și a faptului că sunt nepoluante, funcționează silențios, prezintă o gamă largă de tipuri constructive, precum și o flexibilitate mărită în construcție.
Principiul lor de funcționare este inversul electrolizei, conversia energiei chimice a combustibilului în energie electrică realizându-se în interiorul pilei în mod direct, pe baza unor reacții electrochimice de oxidare (pierdere de electroni) care au loc în prezența unui combustibil gazos la anod (polul negativ) și de reducere (câștig de electroni) în prezența unui oxidant (oxigenul din aer) la catod (polul pozitiv). Cei doi electrozi sunt separați între ei printr-un electrolit care permite transferul de ionic sau protonic între cei doi electrozi și care împiedică reactanții să se amestece și electronii să traverseze inima pilei. Electronii formați prin disocierea hidrogenului la anod se deplasează spre catod printr-un circuit extern pentru a participa la reducerea oxigenului.
Ca produs secundar vom avea în principal căldură și apă. Drept combustibil se utilizează hidrogenul, pentru randamentele cele mai ridicate, dar se pot folosii și gaze naturale, oxid de carbon, metanol sau biogaz.
Reacțiile electrochimice distincte care au loc în interiorul pilei sunt:
Oxidarea hidrogenului la anod : 2H2(g) 4 H+ + 4e- ;
Reducerea oxigenului la catod : O2(g) +4H+ +4e- 2H2O;
Reacția globală într-o pilă de combustie H2(g) + ½ O2(g) -> H2O.
Schema de principiu a unei pile de combustie este prezentată in Fig. 3.6. În funcție de tipul constructiv al pilei, reacțiile din interiorul pilei, modul de alimentare precum și evacuarea acestora pot să difere de la caz la caz.
Fig. 3.6 Schema de principiu a unei pile de combustie
Principala problemă a pilelor de combustie constă în desfășurarea lentă a reacțiilor. Pentru a satisface cerințele legate de densitatea de curent impuse de aplicațiile pentru care au fost destinate, accelerarea producerii reacțiilor trebuie asigurată. Acest lucru se poate face in 3 moduri:
Utilizarea catalizatorilor la electrozi (platina, paladiu, iridiu pentru electrodul de hidrogen, respectiv nichel sau aliaje nichel argint pentru electrodul de oxigen);
Creșterea temperaturii de funcționare;
Mărirea suprafeței electrodului.[2]
Pentru a asigura nivelul de tensiune necesar, se leagă în serie mai multe celule. Acest lucru se realizează prin conectarea anodului unei celule la catodul celulei următoare. Deasemenea, legarea în paralel a mai multor celule asigură nivelul de putere cerut. Ansamblul tuturor celulelor, legate în serie/paralel definește „stack-ul”, pila propriu zisă.
Dezvoltarea continuă a tehnologiei acestor echipamente a dus la numeroase tipuri constructive, cea mai uzuală și reprezentativă formă de clasificare fiind după tipul electrolitului utilizat (excepție făcând DMFC în cazul căreia, metanolul este introdus direct în anod).
Astfel avem următoarele tipuri de pile de combustie:
Alcaline AFC (Alkaline Fuel Cell);
Pe bază de acid fosforic PAFC (Phosphoric acid fuel cell);
Cu oxizi solizi SOFC (Solid oxide fuel cell);
Pe bază de carbonat topit MCFC (Molten carbonate fuel cell);
Cu metanol aplicat direct în anod DMFC (Direct methanol fuel cell);
Cu membrană schimbătoare de protoni PEMFC (Proton exchange membrane fuel cell).
Temperatura de funcționare, este un factor determinant în aplicabilitatea pilelor de combustie. Avantajele temperaturilor ridicate sunt conturate în sistemele cu ciclu combinat căldură-putere (CHP), indiferent de nivelul de putere instalat. Aceste aspecte sunt evidențiate in Tab. 3.3.
Tab. 3.4 Principalele caracteristici și domeniile de aplicații pentru diferitele tipuri de pile [1]
Performanțele oricărui tip de pilă, sunt funcție de temperatură, presiune, și tipul gazelor reactante utilizate.
După cum se observă, pilele de combustie cu funcționare la temperatură ridicată cu acid fosforic PAFC (200˚ C), respectiv cu oxizi solizi SOFC (800˚ C) sunt folosite în numeroase cazuri în sisteme de producere a energiei electrice cu recuperarea căldurii emise (cogenerare) . Pila de tip SOFC funcționează la parametrii buni și cu biogaz asigurând o eficiență electrică mult peste cea oferită de arderea directă a biogazului, reducând în același timp și emisiile de noxe, tocmai datorită temperaturilor ridicate de funcționare.
Figura 3.7 Unitate de producerea energiei cu pilă de combustie alimentată cu biogaz [3]
Randamentul mare în producția de energie electrică datorat faptului că acestea convertesc direct energia chimică a combustibililor, evitând etapele intermediare ale metodelor clasice de conversie (energia termică respectiv mecanică) împreună cu nivelul redus de noxe emis și funcționarea silențioasă a acestora, le recomandă pentru amplasarea lor aproape de consumator. Prin acest fapt, nu numai că se evită pierderile electrice datorate transportului și distribuției energiei, dar căldura generată de pile poate fi utilizată pentru a cogenera electricitate,apă caldă menajeră și pentru încălzire, ajungându-se la randamente peste 80%.[1]
Deasemenea, un mare avantaj oferit de sistemele generatoare de electricitate bazate pe pile de combustie, constă în răspunsul rapid al acestora la schimbările de sarcină, cu un compromis minor în defavoarea eficienței.
Având în vedere consumul estimat al SI din stațiile electrice (50 – 250 kWh mediu), reiese că pilele de combustie pot reprezenta o soluție optimă de alimentare.
Pilele cu funcționare la temperaturi înalte (PAFC, SOFC) sunt recomandate deoarece permit recuperarea căldurii și utilizarea ei pentru cogenerare, mărind astfel eficiența totală a sistemului. Dacă utilizează combustibil produs de la o sursă regenerabilă (hidrogen produs prin electroliză de la un parc fotovoltaic, sau biogaz obșinut din biomasă), putem spune că sistemul cu pilă de combustie reprezintă o sursă regenerabilă de energie.
Un avantaj al acestui tip de pile, cu funcționare la temperaturi ridicate, constă în faptul că, față de pilele cu funcționare la temperaturi joase, prezintă căderi de tensiune mai reduse, caracteristica tensiunii fiind destul lineară.
La ora actuală peste 2500 de sisteme cu pile de combustie au fost instalate în toată lumea de puteri și aplicații variate acestea funcționând cu mentenanță redusă. În aceste cazuri sistemul cu pilă de combustie fie este legat la rețeaua de distribuție pentru a furniza energie electrică suplimentară în rețeaua publică de electricitate, fie funcționează ca un sistem independent de rețea,folosit pentru a genera energie electrică în zone izolate, sau a spori siguranța în alimentare.
Pilele cu combustibil reprezintă și o bună modalitate de stocare a energiei datorită capacității lor de a funcționa reversibil.
Soluții propuse pentru alimentarea SI utilizând surse regenerabile de energie
4.1. Generalități
Alimentarea SI a stațiilor electrice reprezintă o sarcină principală datorită importanței acestora, și a efectelor cauzate de eventuală întrerupere în alimentare a acestora. Prin urmare, administratorii stațiilor electrice la noi în țară (în mare parte CN Transelectrica SA), trebuie să asigure sisteme de alimentare care să ofere siguranța în alimentare impusă de acestea, la costuri cât mai mici, și respectând în același timp normele legate de protecția mediului înconjurător.
Ca urmare a liberalizării pieței de energie, costurile cu energia electrică cumpărată de administrația stațiilor electrice sunt destul de ridicate deoarece aceasta este nevoită să cumpere energia în urma licitațiilor de la bursă sau a unor contracte ferme cu furnizorii (dealeri) de energie.
La ora actuală cea mai avantajoasă metodă utilizată pentru alimentarea SI ale stațiilor electrice este asigurarea energiei necesare de pe una din barele stației sau din terțiarul unui autotransformator propriu. O altă metodă de alimentare, de la o linie de distribuție de MT exterioară determină achiziționarea energiei la prețul distribuitorului, care este mai ridicat față de cel cotat la bursă fiindcă include cheltuielile și cota de profit a agentului de distribuție.
Sursa de siguranță, utilizată pentru mărirea siguranței în alimentare este constituită de obicei dintr-un grup electrogen (generator diesel). Deși este complet independentă de sursa principală sau de rezervă, are ca dezavantaje poluarea puternică a mediului și o rată mare de defect, datorată structurii complexe cu multe piese în mișcare, și costuri importante de mentenanță.
Pe fondul acestor considerente, și datorită dezvoltării continue a tehnologiilor de producere a energiei, bazate pe surse regenerabile, utilizarea unui sistem bazat pe astfel de surse regenerabile (panouri fotovoltaice, centrale eoliene sau pe biogaz,pila de combustie), pentru alimentarea SI, fie ca sursă de alimentare normală, de rezervă sau de siguranță se justifică prin:
Creșterea siguranței în alimentare, datorată independenței de restul sistemului electric;
Eficiențe ridicate alături de o mentenanță și o poluare foarte redusă a atmosferei;
Flexibilitate in construcție, putând fi dimensionate pentru un domeniu larg de consum;
Transformarea beneficiarilor în producători de energie, evitând astfel cumpărarea de energie scumpă, produsă în centrale de puteri mari prin metodele clasice de conversie.
Prin urmare, implementarea unor astfel de sisteme de alimentare a SI reprezintă o necesitate, importanța lor fiind justificată de avantajele pe care le oferă. Deși inițial s-ar impune implementarea unor astfel de sisteme ca sursă de siguranță în alimentarea SI, potențialul acestora le recomandă în utilizarea lor ca surse normale de alimentare și/sau de rezervă.
4.2. Sistem de alimentarea a SI utilizând pila de combustie PAFC, și funcționând cu hidrogen produs de un electrolizor alimentat cu energie de la un parc fotovoltaic
Sistemul propus, profită de amplasarea stațiilor electrice, care se situează de obicei în afara localităților, și prin urmare dispun de suprafața necesară, pentru amplasarea panourilor fotovoltaice (PV), transportul energiei în acest caz nefiind necesar.
Totodată utilizarea radiației solare pentru producerea de energie în România se dovedește a fi o soluție viabilă, țara noastră având un potențial energetic solar de aprox. 2500 ore de strălucire/an, la o putere de 0,8-1,2 kW/m2, pentru randamente de conversie cuprinse între 8-12%.
În acest caz, față de arderea H2 într-o cameră de combustie unde datorită temperaturilor ridicate azotul și oxigenul din aer se combină formând NOx, produsul secundar va fi apa și căldura.
Schema de principiu a acestui sistem este prezentată în Fig. 4.1.
Fig. 4.1 Sistem de alimentare a SI utilizând panouri fotovoltaice și pila de combustie
Hidrogenul produs de electrolizor va fi convertit direct în energie electrică în interiorul pilei.
În soluția propusă producerea energiei necesară SI se va realiza local, în imediata vecinătate a stației electrice prin intermediul parcului fotovoltaic. Studii preliminarea arată că pentru producerea energiei necesare alimentării SI, suprafața necesară a PV variază între 350m2 și 500 m2, în funcție de caracteristicile tehnice ale panourilor fotovoltaice. (pentru o putere max. de aprox. 50 kW). [10]
Descrierea sistemului:
Parcul fotovoltaic
Parcul fotovoltaic va constitui o sursă normală, temporară de alimentare a SI;
La regim normal va debita energia produsă pe bara de c.c., și prin intermediul invertorului va alimenta și consumatorii de c.a., asigurând alimentarea totală a SI;
Atunci când energia produsă depășește consumul necesar, surplusul de energie va alimenta un electrolizor care va produce H2 și O2, acestea fiind stocate în butelii speciale.
Pila de combustie
Aceasta poate reprezenta o sursă normală temporară de alimentare prelungind durata de alimentare cu energie proprie a SI și/sau o sursă de alimentare de rezervă și siguranță, înlocuind grupul electrogen din schemele clasice.
În momentul întreruperii alimentării cu energie a PV, pila de combustie poate continua alimentarea SI, consumând H2 și O2 înmagazinat în buteliile speciale.
Pila va funcționa în regim de alimentare normală până când nivelul combustibililor din rezervor scade la valoarea necesară funcționării ca sursă de siguranță.
Tipul pile de combustie
Având în vedere faptul că funcționarea pilei nu este permanentă, iar combustibilul furnizat are un grad ridicat de puritate, este recomandată folosirea unei pile cu acid fosforic (PAFC), cu funcționare la temperatură medie (200˚C). Acest tip de pilă are aplicații numeroase în domeniul de puteri 10 kW – 1 MW, fiind și cea mai populară dintre tipurile existente, în lume fiind implementat un număr mare de unități de generare de electricitate cu puteri de 200 kW.
Caracteristica acestei pile o constituie electrolitul, constând în acid fosforic cu concentrație 100%, care conduce protoni. Un mare avantaj al acestui tip de electrolit este că tolerează concentrații de CO2 la nivelul oxidantului (dacă se utilizează aerul atmosferic). Deoaorece acidul fosforic are temperatura de îngheț de 42˚C, acestea se mențin peste această temperatură pentru a evita solicitările survenite în urma înghețării/dezghețării electrolitului.
Pila propriu zisă este constituită dintr-un aranjament succesiv de plăci bipolare cu striații, anodul, electrolitul și catodul.
Performanțele pilei PAFC în condiții normale de presiune și temperatură ajung la densități de curent de 150-400 mA/cm2, echivalent cu o tensiune de 600-800 mV/cm2.
Durata de viață a pilei PAFC depășește 50 000 h, aceasta funcționând fără mentenanță. [3]
Principalul avantaj al acestor pile este că au cea mai ridicată eficiență ( ≈ 45%), dar costul lor este deasemenea ridicat (în principal datorită catalizatorilor). Pila va fi alimentată la anod cu hidrogen produs de electrolizor, iar la catod cu oxigen sau cu aerul atmosferic dacă nu se stochează oxigenul produs de electrolizor. Avantajele oferite de alimentarea pilei cu oxigenului pur la catod sunt următoarele:
Crește nivelul de tensiune datorită presiunii parțiale mărite a oxigenului;
Supratensiunea de activare redusă datorită utilizării mai bune a suprafeței catalizatorului.
Crește curentul limită, și prin urmare se reduce transportul de masă în pilă și pierderile la supratensiune. Acest lucru se datorează absenței azotului (N2), care la densități mari de curent contribuie puternic la astfel de pierderi. [1]
Căldura degajată de pilă poate fi recuperată, și utilizată pentru cogenerare, respectiv pentru încălzire și pentru asigurarea pe durata funcționării a apei calde menajere.
Electrolizorul
Va funcționa doar atunci când este disponibilă energia de la parcul fotovoltaic și va produce H2 și O2 până cele două rezervoare vor fi umplute.
Poate fi alimentat și de pe bara de c.c. de la sursele clasice (înfășurarea terțiară, linia de MT din exterior) atunci când sursa regenerabilă nu este disponibilă, sau se dovedește a fi economic, raportat la prețul energiei în funcție de intervalul orar.
Principiul de funcționare constă în parcurgerea unui curent electric între cei doi electrozi scufundați în apă, separați de electrolit, care va disocia moleculele de apă, eliberând sub formă de gaz hidrogen și oxigen.
Electrolizorul alimentat de la un parc fotovoltaic reprezintă un proces cunoscut pe plan mondial sub numele de fotoelectroliză.
Considerând rata de utilizare prevăzută pentru acest sistem, electrolizorul reprezintă o soluție ieftină și foarte eficientă de producere a H2.
Cel mai utilizat tip de electrolizor este cel cu membrană schimbătoare de protoni. Acesta funcționează cu randamente ridicate, = 85%. Scăzând consumul compresoarelor de gaze, al pompelor aferente, precum și energia necesară compresiei gazelor generate, pentru stocare, electrolizorul ajunge la un randament de = 60..70%.
Electrolizorul poate fi utilizat și la presiuni ridicate, generând astfel gaze la presiuni ridicate direct in buteliile de stocare.Utilizat în sinergie cu parcul fotovoltaic se obține un randament al hidrogenului stocat de 12..15% .[2]
Electrolizorul cu membrană schimbătoare de protoni asigură o răcire ușoară, și deasemenea prezintă simplitate în gestionarea apei, anodul său funcționând inundat în apă.
O problemă a electrolizoarelor este generarea de abur, uneori fiind necesară o “uscare” a gazului înainte de a fi stocat.
Bateria de acumulatori
Pentru a asigura consumul propriu al elementelor care constituie sistemul cu pila de combustie, asigurând pornirea pilei la intrarea în regim de avarie.
Aceasta poate fi dimensionată și pentru a stoca energia, fie produsă de PV fie luată din rețea la tarifele cele mai ieftine, urmând ca apoi să fie descărcată la vârfurile de sarcină, când prețul energiei este ridicat, dacă pe baza unei analize detaliate se dovedește a fi economic.
Un tip utilizat ca sursă de alimentare de siguranță a SI este bateria de acumulatoare de tip staționar, acidă, cu plăci din aliaj Pb-Ca, în construcție etanșă, fără degajare de gaze și fără întreținere
Buteliile de stocare
Datorită densității scăzute a hidrogenului acesta este înmagazinat în butelii (containere) speciale la înaltă presiune.
Pe de altă parte hidrogenul are una dintre cele mai mari energii specifice (energie/kg) astfel ca, elemente suplimentare de siguranță trebuie asigurate.
La ora actuală cea mai utilizată metodă de stocare a H2 este sub formă de gaz compresat. De exemplu, un container convențional de oțel cu o masă de 150 kg și un volum de 100 l la presiunea de 200 bari permite stocarea unei cantități de hidrogen de 2,5 kg de H2 cu o energie specifică de 0,5kWh/kg.(Kahrom H, 1999).[1]
Principalele avantaje oferite de stocarea hidrogenului sub formă de gaz compresat sunt:
Simplitatea sistemului de stocare;
Timp de stocare indefinit;
Nu se impun limite de puritate a hidrogenului.
Stocarea H2 în formă lichidă oferă eficiențe mai ridicate, dar lichefierea este un proces costisitor. Se utilizează pentru a stoca cantități mari. Eficiențele acestor sisteme permit stocarea a 10 kg H2 într-un container cu un volum de 200 l (0,2 m3).
Se dezvoltă noi tehnologii de stocare a hidrogenului, într-un absorber metalic (hidrură metalică reversibilă), sau în nanofibre de carbon.
Înfășurarea terțiară
Aceste surse clasice de alimentare vor constitui pentru soluția propusă doar soluții de siguranță sau de rezervă.
Dacă se va dovedi economic, vor putea alimenta temporar electrolizorul, și vor asigura încărcarea bateriei de acumulatori.
Linia de MT independentă – va reprezenta în acest caz doar o sursă suplimentară de siguranță.
Modul de utilizare și dimensionare a elementelor sistemului generator de energie electrică, va depinde de dimensionarea acestui sistem, acest lucru variind de la caz la caz, pe baza studiilor tehnico-economice detaliate și a necesitatiilor beneficiarului.
4.3. Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie SOFC, alimentată cu biogaz, obținut din biomasă, și posibilitate de utilizare a căldurii reziduale pentru cogenerare
Biogazul produs din biomasă reprezintă o sursă regenerabilă de energie aflată în plină exploatare. Acest lucru se datorează resurselor foarte mari de biomasă, care constau în orice materie naturală organică asociată cu organismele vii, inclusiv materia de origine marină sau terestră. Anual este estimat că se produce o cantitate de 150 gigatone de materie de origine vegetală.[4]
O problemă cu arderea biomasei brute este că aceasta transmite în atmosferă poluanți cum ar fi monoxidul de carbon, Nox (oxizi de azot), VOCs (compuși organici volatili), particulele PAHs (hidrocarburile aromatice policiclice). Această problemă persistă și în cazul arderii clasice a biogazului obținut din biomasă, deși efectele nocive sunt mai reduse decât in exemplul precedent.
Soluția potrivită în acest caz, atât din punct de vedere electric, cât și al protecției mediului, este conversia biomasei în biogaz prin metoda digestiei anaerobe (AD), urmând ca transformarea biogazului obținut în electricitate să se facă în imediata apropiere a instalației de biogaz, direct (eliminând etapa intermediară a energiei termice si mecanice) prin intermediul unei pile de combustie, aceasta. Sistemul astfel rezultat reprezintă o sursă regenerabilă de energie, la fel ca sistemul alcătuit din panourile fotovoltaice și pila de combustie, prezentat anterior.
Față de cazul precedent, soluția propune obținerea hidrogenului cu ajutorul bacteriilor. Practic, biogazul reprezintă alternativa biologică la sistemul bazat pe fotoelectroliză pentru generarea de H2.
Pila utilizată în acest caz, respectiv cea de tip SOFC reprezintă soluția cea mai atractivă pentru conversia biogazului în electricitate. Acest lucru se datorează faptului că, biogazul are o energie specifică redusă datorită nivelurilor relativ ridicate de CO2 și N2 din componența sa, lucru ce îl face să fie ineficient pentru utilizarea în sisteme cu turbină cu gaz clasice.
Pentru schema propusă, biogazul este obținut din biomasă prin fermentare anaerobică (AD) (în absența luminii și cu cantități reduse de oxigen).
Schema de principiu a acestui sistem este prezentată în Fig. 4.2.
Fig. 4.2 Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie alimentată cu biogaz produs din biomasă
Sistemul propus constituie o soluție eficientă la necesitatea implementării sistemelor durabile de energie bazate pe surse regenerabile de energie și în același timp rezolvă problema reziduurilor menajere, care datorită cantităților crescânde ridică mari probleme legate de transport și depozitare.
Biogazul obținut din biomasă, este sub forma unui amestec gazos format din gaz metan (CH4 aprox. 70-80%), dioxid de carbon (CO2 aprox. 20%), alături de care se întâlnesc cantități mici de hidrogen (H2), hidrogen sulfurat (H2S), mercaptani, vapori de apă, precum și urme de amoniac (NH3), azot (N2), indol și scatol. Acesta va fi condiționat înainte de a alimenta sistemul cu pilă de combustie, condiționare ce constă în eliminarea concentrațiilor de sulf și monoxid de carbon.
Reformerul are rolul de a oxida cu aer biogazul obținut (CH4 + CO2 reacție endotermică-cu absorție de căldură), obținându-se astfel un gaz de sinteză, format în principal din H2 și CO. Monoxidul de carbon rezultat se va combina printr-o reacția de schimb apă (sub formă de vapori)-gaz generând un surplus de H2 (reacție exotermică-cu degajare de căldură). Astfel, gazul de sinteză format va conține în principal hidrogen ( H 2 – 70%), CO2 și cantități reduse de CO, H2O și CH4, având o densitate energetică egală cu jumătatea energiei gazului natural. [5]
Această soluție, cu reformarea gazului, obținându-se un gaz la temperaturi înalte cu concentrație ridicată de hidrogen, se datorează potențialului termic ridicat al pilei de combustie, utilizate.
Tipul pilei de combustie pentru schema propusă este de tip SOFC (cu oxizi solizi), cu funcționare la temperaturi înalte (600 ˚C–1000 ˚C) aceasta putând funcționa cu gazul furnizat de reformator.
Pila de tip SOFC, utilizată pe scară largă în aplicații staționare, cu domenii de puteri pornind de la 1kW până la 10 MW.
Spre deosebire de pila pe bază de acid fosforic, electrolitul pilei cu oxizi solizi este din material ceramic solid, care permite conducția ionică. Datorită temperaturilor înalte de funcționare pila nu necesită folosirea unor catalizatori.
Principalele caracteristici ale pilei de combustie de tip SOFC sunt [14]:
Eficiență ridicată în conversia directă a surselor primare în energie electrică;
Simplitate mecanică (constituită numai din părți solide);
Flexibilitate în construcție și mărime (gamă largă de materiale disponibile);
Flexibilitate în utilizarea combustibililor de alimentare;
Reducerea emisiilor poluante;
Zgomot redus;
Posibilitate de utilizare în ciclu combinat cu cogenerare;
Flexibilitate în construcție.
Datorită temperaturilor mari de funcționare, (T>800˚C) pila poate fi alimentată cu hidrogen de o puritate slabă, precum și cu alte tipuri de combustibili, mai uzuali: biogaz, metan, propan, metanol.
În locul oxigenului pur se poate utiliza aerul atmosferic pentru alimentarea catodului. Furnizarea gazelor de alimentare la presiuni ridicate cresc eficiența pilei.
O particularitate importantă a acestui tip de pilă este că permite reformarea internă (directă sau indirectă) a gazelor neconsumate, asigurând astfel o eficiență sporită, necesitând un sistem mai simplu de răcire a pilei . Aceasta constă în introducerea de abur în gazul de ardere înainte de a intra în pilă. În interiorul pilei aburul și combustibilul reacționează endotermic. Căldura necesară realizării reacției de reformare este asigurată de reacțiile electrochimice exotermice din interiorul pilei.
Pentru cazul de față, se recomandă a fi utilizată reformarea internă indirectă (IIR) unde reformarea gazului se face în interiorul pilei dar fizic separat de anod, evitându-se astfel depunerile de carbon, impurităților din gaz. [4]
Tipul constructiv cel mai performant și cel mai utilizat al pilelor SOFC este cel tubular deoarece acesta nu necesită etanșări.
Dezavantajul principal al pilelor de tip SOFC este reprezentat de faptul că necesită un echipament auxiliar numeros, constând în preîncălzitoare ale gazelor de intrare, sistemul de răcire mai complex, pompe, suflante, compresoare, regulatoare de presiune, etc. Acestea consumă aprox. 20% din energia electrică produsă de pila de combustie pentru un sistem de 100 kW.
Deasemenea acestea un regim de pornire/oprire dificil, fapt pentru care trebuie asigurată o rezervă de energie electrică care să asigure aducerea pilei la parametrii de pornire. În cazul alimentării SI, pornirea sistemului cu pilă de tip SOFC se asigură de la una din sursele de alimentare normale sau de rezervă, sau de la sursa de siguranță reprezentată de o baterie de acumulatori conectată în paralel cu sistemul cu pila de combustie în caz de regim de avarie.
Căldura degajată, ca produs secundar al pilei, este recuperată cu scopul eficientizării sistemului, pentru:
Reformare – parametrizarea gazelor de intrare și în procesul de producere al biogazului;
Generare de electricitate – arderea gazelor evacuate și a combustibilului neconsumat din pilă împreună cu un volum mare de aer cald într-un combustor și destinderea gazelor într-o turbină cu gaze;
Cogenerare – folosirea căldurii evacuate pentru producerea apei calde menajere sau pentru încălzirea spațiilor este posibilă deoarece acest sistem este prevăzut să funcționeze continuu.
Pentru o independență totală a sistemului în alimentarea SI, trebuie asigurată o rezervă de gaz metan fie sub forma unor butelii de stocare fie dintr-o sursă exterioară pentru a preveni întreruperea alimentării în caz de defect al centralei generatoare de biogaz.
Utilizarea unui sistem cu turbină cu gaze, în ciclu combinat cu sistemul generator de electricitate cu pilă de combustie, mărește randamentul total al sistemului. Această opțiune este posibilă datorită temperaturilor ridicate ale gazelor evacuate din combustor. Totuși, această soluție implică dispozitive suplimentare în sistem, fapt care impune o analiză economică detaliată care să confirme utilitatea utilizării turbinei cu gaze într-un astfel de sistem.
Pe baza unor studii preliminare, rezultă că pentru ca acest sistem să producă o putere electrică de 100kW, trebuie furnizat în volum de aprox 800 l/min de biogaz. [4]
4.4. Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie SOFC, alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu gaze și posibilitate de utilizare a căldurii reziduale pentru cogenerare
Soluția prezentată evidențiază modul în care energia termică, generată de sistemul cu pilă ca produs secundar, este recuperată și utilizată într-o turbină cu gaze, generând astfel energie electrică suplimentară, crescând eficiența totală a sistemului.
În acest caz, soluția, nu prevede și producerea combustibilului pentru pilă, alimentarea ei făcându-se cu gaz metan (CH4), tratat inițial într-un reformer dacă pila nu funcționează cu reformare internă (directă sau indirectă), provenit de la o sursă exterioară.
Există si posibilitatea utilizării unui desufurizator în locul reformerului mult mai costisitor și mai complicat, însă calitatea gazului produs este mai scăzută, iar pila va fi solicitată mai tare datorită nivelului crescut de impurități.
Prin urmare, asemănător cu exemplul precedent pila va fi alimentată cu un gaz de sinteză, obținut prin procesarea gazului metan în interiorul reformerului. La nivelul combustorului, datorită temperaturilor înalte, cantitățile de CO și de NOx rezultate în urma arderii se vor combina cu aerul atmosferic limitând impactul asupra mediului la un nivel foarte redus.
Schema de principiu a sistemului propus este prezentată în Fig. 4.3.
Fig. 4.3 Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu gaze
Sistemul turbinei cu gaze cuprinde 3 elemente:
Compresorul;
Combustorul (camera de ardere) (t>1000˚C);
Turbina (t>550˚C).
Compresorul realizează compresia aerului cu ajutorul lamelelor rotitoare din interior,
crescându-i astfel temperatura și presiunea. În interiorul combustorului se arde o mixtură de aer comprimat și combustibil, urmând ca în turbină să fie destinse gazele de evacuare de înaltă temperatură din combustor. Gazele evacuate din turbină sunt de temperaturi înalte, ele putând fi recuperate și reutilizate pentru condiționarea gazelor care alimentează pila și pentru cogenerare.
Turbina si compresorul sunt conectate pe același arbore astfel că o parte notabilă din energia creată prin rotația turbinei, este utilizată pentru acționarea compresorului.
Sistemele cu turbină cu gaze sunt utilizate pe scară largă în aplicații staționare de mari dimensiuni și la motoarele cu reacție. Deși turbinele de mari dimensiuni oferă eficiențe superioare celor de puteri mai reduse, acestea răspund mai greu la schimbările de sarcină datorită materialelor grele, groase din care sunt făcute, a capacității termice ridicate și a momentului mare de inerție.
Turbinele cu gaze derivate din industria aeronautică asigură eficiențe ridicate chiar și pentru variante de mici dimensiuni, însă cele mai ridicate eficiențe pentru aceste sisteme sunt realizate atunci când se realizează recuperarea căldurii evacuate de turbină și folosirea ei pentru încălzirea aerului și pentru a produce abur pentru alimentarea combustorului, cum este și în cazul nostru. Aburul introdus, reduce temperatura de combustie, reducându-se astfel nivelul nivelul de noxe emise.
Utilitatea turbinelor cu gaze este evidențiată în realizarea unor sisteme combinate de producere a energiei electrice și cogenerare (CHP – Combined Heat Power), contribuind la atingerea unor eficiențe ridicate (>55%). [1]
Primul sistem generator de electricitate bazat pe utilizarea pilei de combustie în ciclu combinat cu turbina cu gaze, cu o putere totală de 220 kW (180 kW pila și 40 kW turbina) și un randament de 53% a fost realizat în anul 2000 de către Siemens Westinghouse Power Corp. (Orlando, FL, SUA) și Southern California Edison pentru National Fuel Cell Research Center de la Universitatea Irvine (CA). Pe durata testelor sistemul a generat o energie electrică de 164 kW c.c produsă de modulul pilei de combustie de tip SOFC, și 22 kW produți de turbina cu gaze.Costul total al proiectului a fost de 16 mil.$[1]
În decursul anilor, tehnologia producerii unor astfel de sisteme a cunoscut o dezvoltarea continuă, astfel că la ora actuală performanțele lor sunt mult mai ridicate pentru costuri de producție semnificativ mai mici.
Sistemul cu pilă de combustie alimentată cu gaz metan prezentat în acest caz, asigură pe lângă eficiența electrică ridicată, și reducerea semnificativă a cantităților de CO2 emise. Datorită pilei utilizate, acesta poate funcționa cu un desulfurizator în locul reformerului care este mai costisitor. În acest caz pila va funcționa cu reformare internă deoarece gazul condiționat de desulfurizator nu prezintă puritatea celui din cazul utilizării reformerului (reformarea cu abur).
Soluția prezentată este destinată să funcționeze ca variantă normală de alimentare a SI din stațiile electrice. Variantele clasice de alimentare vor servi ca surse de rezervă în caz de avarie a sistemului cu pilă de combustie.
Se preferă ca principală rezervă înfășurarea terțiară, dacă există, altfel alimentarea SI în regim de avarie se poate face de la o linie de MT exterioară.
Ca sursă de siguranță poate fi prevăzută o baterie de acumulatori dacă stația electrică impune acest lucru.
4.5. Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie SOFC, alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu abur și posibilitate de utilizare a căldurii reziduale pentru cogenerare
Față de varianta de mai sus, turbina cu gaze a fost înlocuită cu o turbină cu abur. Pentru a evidenția desfășurarea procesului, temperaturile aproximative pentru diferitele secțiuni ale sistemului au fost evidențiate.
Principalul avantaj al acestui sistem este că tehnologia necesară construcției este foarte accesibilă.
Descrierea sistemului
Turbina plasată în centrul schemei acționează concomitent cu axul generatorului cele 2 compresoare, unul pentru gazele de alimentare (aer, și gaz metan).
Traseul aerului din compresor urmează preîncălzitorul, pila de combustie, combustorul, boilerul și în final sistemul de cogenerare.
Gazul metan comprimat urmează aceleași componente și desulfurizatorul, care are rolul de a elimina concentrațiile sulfuroase din gaz, pentru a nu pune în pericol funcționarea pilei. Desulfurizatorul funcționează optim la temperaturi de 300-400˚C și în prezența hidrogenului în exces pentru a putea finaliza reacțiile.
În această variantă pila de combustie este alimentată direct cu gaz metan (CH4), reformarea făcându-se în interiorul ei. Funcționarea în parametrii a pilei se poate asigura la o presiune a gazelor de intrare de aprox 1,3 bari (puțin peste presiunea atmosferică).
Sistemul poate fi prevăzut cu un reformator în locul desulfurizatorului, astfel încât cantități mici de gaz metan să intre în pilă. Soluția cu reformator asigură performanțe superioare dar costul este deasemenea mai mare decât cel al desulfurizatorului.
Temperaturile ridicate rezultate în urma arderii în combustor, sunt utilizate pentru a ridica temperatura aburului în boiler. Aburul astfel rezultat este folosit pentru acționarea turbinei cu abur.
Deasemenea temperaturile ridicate rezultate la ieșirea din pila de combustie sunt folosite prin intermediul schimbătoarelor de căldură pentru preîncălzirea gazelor de intrare.
Principiul de funcționare împreună cu temperaturile implicate în diferitele etape din desfășurarea procesului ale sistemului propus sunt evidențiate în Fig. 4.4.
Fig. 4.4 Sistem de alimentare a SI utilizând pila de combustie alimentată cu gaz metan, în ciclu combinat cu o turbină cu abur
Studii preliminare sugerează valori ale randamentului sistemului de aprox. = 60%, superior sistemului clasic bazat pe ciclu combinat arzător cu gaz/turbină cu abur unde randamentul nu depășește 55%. [1]
Acest sistem este prevăzut să funcționeze în permanență la alimentarea SI, fiind utilizat și pentru cogenerare.
Ca soluție de rezervă se utilizează variantele clasice de alimentare expuse în cazurile precedente.
4.6. Sistem de alimentare a SI utilizând în paralel pilele de combustie SOFC și PEMFC și opțional un sistem cu turbocompresor și posibilitate de utilizare a căldurii reziduale pentru cogenerare
Principala caracteristică a acestui sistem este acționarea în sinergie acelor 2 pile de combustie una cu funcționare la temperaturi ridicate (SOFC, >800˚C) și cealaltă cu funcționare la temperaturi joase (PEMFC, aprox. 80˚C), obținându-se performanțe superioare la costuri mai reduse, decât în cazul acționării lor independente.[1] Sistemul va fi alimentat cu gaz metan (CH4), clasic.
Schema de principiu a acestui sistem este prezentată în Fig 4.5.
Fig. 4.5 Sistem de alimentarea a SI utilizând în sinergie 2 pile de combustie și un turbocompresor
În această variantă pila cu ozizi solizi (SOFC), preferată pentru aplicațiile staționare (de mari dimensiuni) va constitui elementul principal al sistemului (inima sistemului).
Pila cu membrană schimbătoare de protoni (PEMFC) este de dimensiuni mai reduse, și este alimentată cu combustibilul neconsumat, evacuat din anodul pilei SOFC, condiționat în prealabil pentru caracteristicile de funcționare ale acesteia.
Caracteristica principală a pilei SOFC pentru acest sistem este că este prevăzută să funcționeze cu reformarea internă a gazului, astfel că va fi utilizat doar un desulfurizator pentru eliminarea componentelor din gazul metan o care pot otrăvi. Reformarea internă este realizată în condițiile care asigură un consuma redus de combustibil. Acest lucru se reflectă în puteri relativ mari pentru o dimensiune redusă a pilei (stack-ului).
Combustibilul neconsumat va fi supus unor reacții de schimb apă-gaz generând H2 și CO2.
În etapa oxidării selective, ultimele părți de CO sunt eliminate. După această etapă, gazul rezultat urmează a fi răcit (80˚C) și va alimenta pila PEMFC.
Studii preliminare sugerează că această soluție este eficientă atât din punct de vedere electric (=60%) cât și economic, ținând cont și de costul redus al pilei PEM și de faptul că pila principală joacă și rolul “reformatorului”. [1]
Acest sistem va constitui sursa normală pentru alimentarea SI ale stațiilor. Sursele de rezervă vor fi variantele obișnuite: înfășurarea terțiară, linie de MT sau JT din exterior.
Având în vedere faptul că pila de tip PEM asigură o pornire foarte ușoară, sistemul poate fi prevăzut cu o butelie pentru stocarea unei cantități de hidrogen, care să permită funcționarea independentă ca sursă de siguranță a acesteia în caz de avarie a sistemului mai complex și de mari dimensiuni cu pila SOFC.
Aspecte economice asupra serviciilor interne și a sistemelor bazate pe surse regenerabile de energie pentru alimentarea acestora
5.1. Energia consumată de SI ale unei stații electrice
În România, serviciile interne ale stațiilor electrice retehnologizate necesită o energie minimă de aprox. 35 kWh, și o valoare maximă apropiindu-se de 250 kWh.
În exemplul următor este evidențiat consumul de energie înregistrat în anul 2011 și 2012 pentru stația retehnologizată Brașov 400/110 kV, din jud. Sibiu, aflată în administrația CN Transelectrica SA, Sucursala de Transport Sibiu.
Alimentarea SI (consumatorii de c.a. și de c.c.) la regim normal de funcționare se face din înfășurarea terțiară a auto-transformatoarelor existente în stație.
Schema de principiu a stației este prezentată în lucrare în cap. 2, punctul 2.4. exemplul 4. Tot aici este descris detaliat și modul de alimentare a SI, pentru diferitele regimuri de funcționare.
Fig. 5.1. prezintă evoluția consumului înregistrat de serviciile interne ale stației Brașov pe o perioadă de 15 luni, începând cu luna ianuarie a anului 2011.
Fig. 5.1 Consumul energetic al SI pentru o stațție retehnologizată (CN Transelectrica SA, ST Sibiu)
Pe baza graficului de mai sus, putem observa consumul serviciilor interne ale stației, care se situează în intervalul 80-170 MW. Raportând acest consum la costurile energiei electrice pentru perioada respectivă se va putea determina costul suportat pentru alimentarea SI cu energie electrică cumpărată, putând fi puse astfel în balanță utilizarea acestei soluții clasice de alimentare cu utilizarea unei surse proprii de energie electrică, care să funcționeze permanent. Această sursă proprie de alimentare, putând fi una dintre cele propuse în cap.4 trebuie să fie eficientă și din punct de vedere economic, asigurând un cost mult mai redus al energiei electrice produse (0 în cazul utilizării PV,parc eolian) față de cea cumpărată de la agentul de distribuție astfel încât să permită recuperarea investiției sistemului într-un timp cât mai scurt.
Datele legate de tarifele energiei electrice utilizată în alimentarea SI pentru stația Brașov 400/110 kV sunt prezentate în Tab. 5.1
Tab. 5.1 Tarife energie electrică pentru 2011,2012 (CN Transelectrica SA,ST Sibiu)
Pe baza acestor tarife, reiese că energia cumparată pentru alimentarea SI din stația Brașov are un preț de 425,63 lei/MWh pentru anul 2012, și 324,97 lei/MWh pentru anul 2011.
În continuare s-a calculat costul total al energiei pentru cele 15 luni în care a fost monitorizat consumul. Rezultatele sunt sintetizate in Tab.5.2.
Tab. 5.2 Contravaloarea energiei electrice consumată de SI (CN Transelectrica SA,ST Sibiu)
Din datele de mai sus reiese că stația Brașov 400/110 kV a necesitat o energie electrică medie de aprox. 160 kWh în 2011 și o creștere până la aprox. 250 kWh în 2012, rezultând cheltuieli semnificative cu plata energiei electrice.
Prin urmare implementarea unei soluții moderne de alimentare a SI se dovedește atractivă din punct de vedere economic, reducând în același timp emisiile de gaze poluante în atmosferă acestea putînd fi convertite deasemenea în cost.
5.2. Parcul fotovoltaic (PV)
Panourile fotovoltaice reprezintă sursa de energie regenerabilă cu cea mai mare ascensiune în ultimii ani. Dezvoltarea continuă a acestei tehnologii a dus la obținerea unor costuri din ce în ce mai competivive a sistemelor cu panouri fotovoltaice, la ora actuală variantele comerciale având prețuri între 1000€/kW și 4000 €/kW, și durate de exploatare de 25 ani. Există deasemenea variante mai ieftine, fabricate in China (500 €/kW) însă performanțele și durata de viață sunt mult mai slabe.
În România, sistemele bazate pe panourile fotovoltaice conectate la rețea reprezintă o soluție la îndemână și totodată oportună, având o rată de profitabilitate foarte mare și o durată de amortizare de aproximativ 5 ani. Țara noastră oferă condiții extrem de favorabile pentru astfel de investiții, (Legea nr. 220/2008 completată prin OUG nr. 88/2011 legată de promovarea producerii energiei electrice din surse regenerabile), acordându-se pentru fiecare MWh produs în centrale fotovoltaice livrat în rețea, 6 certificate verzi cu o valoarea nominală de 40 Euro și care se tranzacționează pe piață la o valoare medie de 52 Euro.[19]
Tab 5.3 Costul unui sistem fotovoltaic de 10 kW (sursa http://www.tehnosat.ro)
Durata amortizării investiției va fi de aprox.5 ani considerând nivelul radiației solare în România,sistemul având un profit operațional mediu anual de 3.468 €. Durata de exploatare este estimată la 25 de ani.
Dimensiunile uzuale ale unui panou fotovoltaic sunt de 1500/1000/50 mm (L/l/A), și puteri cuprinse între 180-250 W, în funcție de tipul constructiv.
5.3. Pile de combustie, biogazul din biomasă
Marele avantaj al centralelor bazate pe biomasă pentru a genera energie electrică și/sau termică pe lângă eficiențele ridicate este că acestea combat problemele legate de transportul și gestionarea reziduurilor organice. Totodată acestea necesită personal de întreținere, creând locuri de muncă suplimentare, lucru deosebit de important în contextul economiei globale actuale.
Generarea biogazului din biomasă care apoi să fie convertit direct în energie electrică prin intermediul unei pile de combustie, reprezintă un sistem generator de energie electrică (SGE) care oferă o eficiență ridicată, peste cea a sistemelor clasice de conversie. Deasemenea, energia termică generată ca produsul secundar, poate fi recuperată și utilizată pentru cogenerare, condiționarea biogazului la intrarea în pilă și generarea unui surplus de electricitate, dacă sistemul funcționează în ciclu combinat cu o turbină cu gaze sau abur, crescân astfel eficiența globală a sistemului.
In Tab. 5.4. sunt prezentași parametri de funcționare ai unui sistem cu pila de combustie de tip PAFC (FP-100i) , realizat de Fuji Electric Systems, pentru funcționarea acestuia cu gaz metan, biogaz sau hidrogen pur sub formă de gaz.
Tab. 5.4 Specificațiile sistemului cu pila de combustie PAFC FP-100i (http://www.iphe.net/ – International Partnership for Hydrogenand Fuel Cells in the Economy )
Spre exemplu, considerând funcționarea unui astfel de sistem cu gaz metan pentru alimentarea SI stației Brașov 400/110 kV ar rezulta un cost în jur de 200 lei/MWh de energie produsă, considerând funcționarea pilei pe o durată de aprox. 7 h la o putere de 130 kWh. Se observă că energia astfel produsă este de 2 ori mai ieftină decât cea cumpărată, pe lângă acest lucru sistemul asigurând o siguranță a alimentării mai mare precum și reducerea considerabilă a emisiilor poluante.
Prin urmare implementarea unui astfle de sistem este eficientă atât din punct de vedere tehnic cât și economic. Dezvoltarea continuă a tehnologiei a făcut ca în ultimii ani prețul de instalare per kW de putere să se situeze în jurul sumei de 1500-4000 €, în funcție de caracteristicile sistemului.
La ora actuală există numeroase companii care produc sisteme de generarea a energiei electrice bazate pe pila de combustie, în formă compactă, gata de livrare și instalare într-un timp foarte scurt, oriunde în lume.
Un exemplu este compania Fuel Cell Energy (SUA), care comercializează o serie de sisteme cu pila de combustie de diferite puteri, printre care și sistemul DFC300 având o putere de 300 kW la un consum de 66 m3/gaz metan pe oră, având o eficiență de 47% fară recuperarea căldurii. []
O altă companie care comercializează pile de combustie este UTC Power (SUA), a cărei siteme ating eficiențe de peste 80% cu recuperarea căldurii reziduale.
5.4. Determinarea investiției pentru un sistem hibrid de alimentare cu programul HOMER
HOMER – Hybrid Optimization Model for Electric Renewables este utilizat pentru a proiecta sisteme staționare, independente de producere a energiei electrice, care implică utilizarea surselor regenerabile de energie (solară, eoliană, biomasă-biogazul). Acest program a apărut pe fondul dezvoltării sistemelor hibride generatoare de electricitate și oferă posibilitatea de a crea un sistem propriu de alimentare, în funcție de preferințele propriu, permițând în același timp estimarea costurilor investiției precum și timpul de amortizare al acesteia.
Programul oferă de exemplu, calculul radiației solare cu mare precizie pe baza coordonatelor geografice (latitudine/longitudine) introduse de utilizator. Programul furnizează aceste date prin accesarea bazei de date a Surface meteorology and Solar Energy (SSE) Data and Information pe baza locației furnizate de un satelit NASA.
În figura 5.2 sunt prezentate datele cu privire la radiația solară anuală pentru zona Transilvaniei, achizitionate cu ajutorul programului HOMER și expuse în forma prezentării în interfața acestuia.( http://homerenergy.com/)
Fig. 5.2 Radiația solară pentru centrul României, achiziționată cu programul HOMER
Programul furnizează pe langă datele radiației solare sub formă tabelară, și o serie de reprezentări grafice care să ajute utilizatorul în observarea potențialului electric al sistemului dimensionat.
Pentru a exemplifica utilitatea programului, a fost proiectat un sistem hibrid pentru alimentarea SI din stația Brazi Vest 400/220/110 kV aparținând CN Transelectrica SA, ST Sibiu.
Stația în cauză este retehnologizată necesitând următoarele domenii de puteri:
Acoperirea Pmax.ziua = 50 kW (puterea maximă consumată în timpul zilei);
Acoperirea Pmed ziua = 33 kW (puterea medie consumată în timpul zilei);
Acoperirea Pmax.noaptea = 60 kW (puterea maximă consumată în timpul nopții).
Pentru această stație a fost efectuat un studiu pentru implementarea unei surse de alimentare cu panouri fotovoltaice. Deși această soluție s-a dovedit a fi economică, problema cu care se confruntă este că nu poate alimenta sistemul decât pe timpul zilei, alimentarea SI interne continuând să depindă de variantele clasice de alimentare.
Sistemul implementat în programul HOMER, reprezintă un sistem hibrid care utilizează panourile fotovoltaice împreună cu o pilă de combustie aceasta urmând să fie alimentată cu hidrogen de o puritate ridicată produs de către un electrolizor, care la rândul său va fi alimentat de la parcul fotovoltaic în perioadele când puterea generată de acesta depășește consumul SI.
Hidrogenul produs de electrolizor, va fi stocat în butelii de stocare. Pila de combustie va funcționa doar pe perioadele când sursa fotovoltaică nu este disponibilă. Aceasta va avea și dublul rol de sursă de alimentare de siguranță, prin menținerea unei rezerve de hidrogen în butelia de stocare care sa permită acest lucru.
În fig. 5.3 Este prezentată interfața programului, cu schema de principiu și datele achiziționate pentru un sistem hibrid de alimentare, care conține un parc fotovoltaic, o pilă de combustie și un electrolizor.
Fig. 5.3 Interfața programului HOMER pentru un sistem hibrid de alimentare
Pe baza datelor furnizate de program se poate stabilii investiția totală a sistemului:
Parcul fotovoltaic – Pnominală de 80 kW la un cost total de 320.000 $ (4.000$/kW );
Pila de combustie (FC) – Pnominală 60 kW la un cost total de 180.000$ (3.000$/kW);
Electrolizorul – Capacitate nom. de 60 kW la un cost total de 90.000$ (1.500$/kW);
Butelia de stocare a hidrogenului – 50 kg la un cost total de 70.000$ (1000$/kg), pentru a asigura autonomia necesară, având în considerare consumul pilei de 0,06 kg/kWh.
Prin urmare, în urma simulării unui astfel de sistem, rezultă o investiție totală de 660.000 $ și un cost de operare de aprox. 26.000$/an. Acest sistem se dovedește economic atât din punct de vedere tehnic cât și economic, dacă considerăm datele furnizate de acest program ca fiind măcar plauzibile, permițând recuperearea investiției într-un timp relativ scurt.
Concluzii
Această lucrare oferă o analiză cu privire la resurse regenerabile de energie, și sistemele bazate pe aceste tipuri de surse, care au cunoscut o dezvoltare accentuată în ultimii ani, pe fondul epuizării resurselor globale de combustibili fosili.
Soluțiile propuse în această lucrare pun în evidență oportunitățile și avantajele utilizării surselor de energie regenerabile. Pilele cu combustibil au cunoscut o dezvoltare a tehnologiei de fabricare, a randamentelor electrice, și a domeniului de aplicare, foarte accentuată în ultimii ani. Acest lucru se datorează și faptului că pe lângă eficiența electrică ridicată, nu produc emisii poluante, funcționează silențios, impactul lor asupra mediului fiind aproape nul.
Aplicabilitatea acestora pentru a deservii serviciile interne ale stațiilor electrice se datorează și faptului că necesită o întreținere scăzută (rată mică de defect), crescând astfel siguranța în alimentare a SI. Acest lucru este deosebit de important dacă luăm în considerare faptul că stațiile electrice, în viitorul apropiat, vor fi lipsite de personalul de exploatare, urmând să fie monitorizate și comandate de la distanța din centrele de telecomandă și telegestiune (CTSI).
Prima soluție propune sistemul cu pilă de combustie ca sursă normală temporară și de rezervă în alimentarea SI din stațiile electrice, sursa principală de alimentare fiind parcul fotovoltaic, în timp ce a doua soluție propune funcționarea sistemului cu pilă de combustie ca sursă normală de alimentare, combustibilul pentru pilă (biogazul) fiind furnizat de la o altă sursă regenerabilă, biomasa. Aici sistemul generator de electricitate, va funcționa cu cogenerare, deoarece sistemul cu pilă de combustie funcționează permanent.
Ultimele 3 soluții prezintă variante posibile de configurare a sistemelor generatoare de energie electrică utilizând pila de combustie, variante care sa crească randamentul total.
Ele evită abordarea producerii și stocării hidrogenului prezentată în cazurile precedente, putând funcționa cu hidrogen cu grad mare de impurități obținut prin reformare din gaz metan sau chiar direct cu gaz metan, reformarea făcându-se intern, aceasta fiind o caracteristică foarte importantă a pilei SOFC. La funcționare normală (permanentă) căldura degajată poate fi folosită pt cogenerare.
Utilizarea sistemelor în ciclu combinat, fie cu turbina cu gaze fie cu cea cu abur duc la crearea unui „motor termodinamic ideal” așa cum spunea cercetătorul american A.J. Appleby. Acesta mai spunea că pila de combustie și motorul termic sunt dispozitive complementare și preconiza că o asemenea combinație va genera un sistem de tipul „black box” ideal, sau mai bine zis „green box” considerând și impactul extrem de scăzut pe care îl au asupra mediului.
Aceste sisteme pot constitui și parte a unor sisteme hibride producătoare de energie, de mare anvergură, în care să fie utilizate împreună cu alte surse regenerabile (fotovoltaic, eolian), putând genera energie în sistemul de distribuție (producerea locală a energiei).
Momentan, deși costisitoare, tehnologia producerii unor astfel de sisteme bazate pe resurse regenerabile este bine pusă la punct, și satisface exigențele legate de siguranță în alimentare a stațiilor electrice.
Pentru evidențierea utilității acestor soluții propuse fie ca surse de alimentare normală fie de rezervă, precum și a fezabilității lor, lucrarea conține o analiză tehnico-economică detaliată.
Astfel se vor putea determina mai exact consumul de energie necesar pentru stațiile electrice, investițiile, durata de recuperare etc.
Unele dintre programele, existente la ora actuală, pentru a realiza astfel de analize, sunt HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables) realizat de NREL [13] (Național Renewable Energy Laboratory) și RETScreen realizat de Natural Resources Canada. Acestea permit estimarea investițiilor și proiectarea unor sisteme de producere a energiei, independente sau conectate la rețea, care implică combinarea surselor regenerabile (eolian, fotovoltaic, pile de combustie) pentru generarea de energie.
Pe viitor pe fondul creșterii costului combustibililor fosili datorată epuizării accentuate a rezervelor globale, și a poluării accentuate a atmosferei cu efecte grave asupra climei , sursele regenerabile de energie vor avea aplicații din ce în ce mai numeroase (protocolul de la Kyoto).
Odată cu liberalizarea totală a pieței de energie, și implementarea rețelelor digital-electrice la nivel național (smart-grid) se va prefera producerea la nivel local a energiei electrice înlocuind astfel centralele electrice vechi, de mari dimensiuni.Soluțiile propuse satisfac în întregime cerințele impuse de astfel de sisteme de producere locală energie asigurând totodată o dezvoltare „curată” a societății.
Având în vedere aceste aspecte, companiile care administrează stațiile electrice din România pot fi un pionier pentru implementarea acestor sisteme moderne de generare a energiei, îndreptând atenția societății și a investitorilor, spre astfel de sisteme în detrimentul celor clasice care deși asigură obținerea unui profit într-un timp scurt, au efecte nocive ireversibile asupra mediului înconjurător.
Noile sisteme asigură atingerea unor eficiențe ridicate cu mentenanță redusă și o siguranță în alimentare peste sistemele clasice, respectând conceptul de Dezvoltare Durabilă a societății.
Strategiile dezvoltării economiei la nivel global trebuie schimbate pentru a fi in ton cu resursele disponibile și cu limitele ecologice impuse pentru a proteja fragilul mediu înconjurător.
Biblografie
James Larminie (Oxford Brookes University, UK), Andrew Dicks (University of Queensland, Australia), Fuel Systems Explained, Second Edition, 2003
Gilbert M. Masters, Renewable and Efficient Electric Power Systems, Stanford University, 2004
Prabhakar Singh, Connecticut Global Fuel Cell Center, Jan 2010
Orlando Corigliano, Gaetano Florio, Petronilla Fragiacomo, Employing Solid Urban Waste in an IIR-SOFC in cogenerative arrangement, International Journal Of Energy 2010
Marc Heddrich, Matthias Jahn, Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) System Powered by Biogas, Fraunhofer IKTS 2007
Vasile Dușa, Instalațiile Serviciilor proprii din Stațiile Electrice, Universitatea „Politehnica” din Timișoara
Ioan Vădan, Energetică generală și conversia energiei, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, ed. Mediamira, 1998
I Vădan, R Munteanu, Surse regenerabile de energie, Cluj-Napoca, 2008
Normă tehnică internă (NTI), Detalii și specificații de echipamente servicii interne c.a și c.c., CN Transelectrica SA, 2010
Soluții de realizare a unei ferme cu panouri fotovoltaice și evacuarea energiei electrice produse la serviciile interne ale stației electrice 400/220/110 kV Brazi Vest, CN Transelectrica SA, ST Sibiu, 2008
Caiet Sarcini, Modernizarea stației electrice Brașov 400/110 kV, CN Transelectrica, ST Sibiu
T. Al Seadi, D. Rutz, H. Prasll ș.a. , Biogazul Ghid Practic, 2008
http://www.nrel.gov – National Renewable Energy Laboratory
http://www.thewindpower.net/
http://www.tehnosat.ro/
http://www.fuelcellenergy.com/
http://www.euroavia-ge.ro/ – Green Energy Technologies
http://www.nfcrc.uci.edu – National Fuel Cell Research Center
http://www.cheso.ro/index.php – Panouri fotovoltaice
http://www.utcpower.com
http://www.iuses.ro/
http://homerenergy.com/
8. Anexe
8.1 Schema monofilară a SI pentru o stație de 400/110 kV (CN Transelectrica,ST Sibiu)
8.2. Raport cu potențialul estimat al unui parc fotovoltaic de 100 kW (PV) pentru zona centrală a României (Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)
8.3. Emisiile de gaze poluante generate prin prelucrarea combustibilior fosili
Emisii (g/MWh) la utilizarea cărbunelui (lignit)
Emisii (g/MWh) la utilizarea combustibilului fosil lichid (păcura)
Emisii (g/MWh) la utilizarea combustibilului gazos (gaze naturale)
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Solutii Moderne Pentru Alimentarea Serviciilor Interne din Statiile Electrice Utilizand Suerse Regenerabile de Energie (ID: 163699)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.