SPECIALIZAREA: ENERGETICĂ INDUSTRIALĂ INSTALAȚIE PNEUMATICĂ -HIDRAULICĂ CU VALORIFICAREA CURENȚILOR MARITIMI COORDONATOR ȘTIINȚIFIC: Prof. Univ. Dr…. [621158]

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” CONSTANȚA
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ, INDUSTRIALĂ
ȘI MARITIMĂ
SPECIALIZAREA: ENERGETICĂ INDUSTRIALĂ

INSTALAȚIE PNEUMATICĂ -HIDRAULICĂ
CU VALORIFICAREA CURENȚILOR
MARITIMI

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:
Prof. Univ. Dr. Ing. Mamut Eden
ABSOLVENT: [anonimizat]
2017

1
CUPRINS
CAPITOLUL I ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 2
EVALUAREA POTENȚIALULUI DE ENERGIE REGENERABILĂ ÎN MAREA NEAGRĂ,
PE TERITORIUL ROMÂN IEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 2
1. Potențialul energetic al Mării Negre ………………………….. ………………………….. ………… 2
2. Potențialul energetic al Mării Negre ………………………….. ………………………….. ………… 2
2.1. Potențialul energetic al valurilor marine ………………………….. ……………………….. 3
2.2. Potențialul energetic al curenților maritimi de pe litoralul românesc ………….. 7
CAPITOLUL II ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 11
PREZENTAREA STADIULUI ACTUAL AL TEHNOLOGIEI ………………………….. ………… 11
2.1. Sistemul Pelamis ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 11
2.2. Marine Current Turbines ………………………….. ………………………….. ………………….. 13
2.3. OpenHydro ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 16
2.4. BioWave ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 17
2.5. Sistemul CE TO ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 18
CAPITOLUL III ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 21
DESCRIEREA SOLUTIEI SI A CONDITIILOR SPECIFICE ………………………….. ………….. 21
CAPITOLUL IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 31
DIMENSIONARE ȘI PROIECTARE DE DETALIU ………………………….. ……………………….. 31
CAPITOLUL V ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 41
CALCULUL TEHNICO -ECONOMIC ………………………….. ………………………….. ………………. 41
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 46
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 47

2
CAPITOLUL I
EVALUAREA POTENȚIALULUI DE ENERGIE REGENERABILĂ
ÎN MAREA NEAGRĂ, PE TERITORIUL ROMÂNIEI
1. Potențialul energetic al Mării Negre

Marea Neagră a fost și este considerată o mare relativ calmă, aspectele pe care le
prezintă regimul valurilor din Marea Neagră modelează în mod decisiv alege rea procedeului de
captare optim.
Frecvența vânturilor puternice pe Marea Neagră este de 38%, iar a celor cu viteză mai mică de
1 m/s este de 0.5%, vânturile dinspre larg fiind dominante în comparație cu cele dinspre uscat.
Intervalele de timp cu agitație maximă a mării sunt localizate în luna ianuarie, iar cele cu agitație
minimă în lunile mai, iunie și iulie. Mulțumită regimului său liniștit, în comparație cu alte zone
geografice de pe glob, valoarea potențialului energetic brut al valurilor din împrejuri mea
litoralului românesc este relativ redusă. Studiile și cercetările făcute în țară, adeveresc că, pe
fiecare metru liniar de front maritim amenajat se obține aproximativ 40 000 – 50 000 kWh/an
sau 8 – 10 TWh/an, în ipoteza instalării unui singur șir cont inuu de instrumente de captare cu
randamentul egal cu 100%. Pentru un randament total de numai 30 %, valoarea potențialului
energetic posibil ar fi de circa 2.4 – 3 TWh/an, indice orientativ care ne arată că întrebuințarea
în scop energetic a forței mecani ce a valurilor din Marea Neagră ar fi avantajoasă.1
2. Potențialul energetic al Mării Negre

Marea Neagră a fost și este considerată o mare relativ calmă, aspectele pe care le
prezintă regimul valurilor din Marea Neagră modelează în mod decisiv alegerea proce deului de
captare optim.
Frecvența vânturilor puternice pe Marea Neagră este de 38%, iar a celor cu viteză mai mică de
1 m/s este de 0.5%, vânturile dinspre larg fiind dominante în comparație cu cele dinspre uscat.
Intervalele de timp cu agitație maximă a mării sunt localizate în luna ianuarie, iar cele cu agitație
minimă în lunile mai, iunie și iulie. Mulțumită regimului său liniștit, în comparație cu alte zone
geografice de pe glob, valoarea potențialului energetic brut al valurilor din împrejurimea

1 http://docslide.net/documents/energia -valurilor -5615832c2b30f. html

3
litoralului românesc este relativ redusă. Studiile și cercetările făcute în țară, adeveresc că, pe
fiecare metru liniar de front maritim amenajat se obține aproximativ 40 000 – 50 000 kWh/an
sau 8 – 10 TWh/an, în ipoteza instalării unui singur șir continuu de i nstrumente de captare cu
randamentul egal cu 100%. Pentru un randament total de numai 30 %, valoarea potențialului
energetic posibil ar fi de circa 2.4 – 3 TWh/an, indice orientativ care ne arată că întrebuințarea
în scop energetic a forței mecanice a valu rilor din Marea Neagră ar fi avantajoasă.2
2.1. Potențialul energetic al valurilor marine
Valurile marine sunt rezultatul combinației dintre acțiunea vânturilor, a gravitației și a
tensiunii superficiale de la suprafața mării. Energia valurilor marine este o formă indirectă de
energie solară. Încălzirea diferită a unor mase mari de apă din oceanul planetar și din suprafața
uscatului conduce la apariția vânturilor. Vânturile care suflă peste mari întinderi de apă exprimă
o parte din energia lor acestora, creând valurile care se formează la suprafața mărilor și
oceanelor și se îndreaptă spre țărm .3

Fig. 1.1 Elementele valului

2 http://docslide.net/documents/energia -valurilor -5615832c2b30f.html
3 http://stiintasiinginerie.ro/wp -content/uploads/2013/12/57 -VALORIFICAREA -ENERGIEI -VALURILOR.pdf

4
După cauzele care le dau naștere, diferențiem:
• Valuri eoliene;
• Valuri forțate de vânt;
• Valuri staționare;
• Valuri seismice (tsunami);
• Valuri anemobarice;
• Valuri de maree;
• Valuri de navă.4
Valurile eoliene sunt cele care apar sub acțiunea frecării tangențiale ale maselor de aer
în deplasare, cu presiunea normală față de apa marină. În ceea ce privește formarea valurilor se
consideră mai multe teorii, cea mai durabilă fiind teoria valurilor trohoidale a lui Gerstner
(1802), definită pentru un ocean cu adâncime nelimitată, lichid ideal,fără frecare lichidă, cu
densitate constantă, unde se compun valuri cu mișcare de translație gravitațională și liberă.
Rezultatele acestei teorii sunt că particulele de apă în mișcarea lor urmăresc o orbită închisă,
într-un interval de timp egal perioadei valului, orbită care este ușor def ormată pe direcția valului
iar particulele de la suprafață primesc cea mai mare cantitate de energie eoliană, deci vor avea
raza orbitei cea mai mare.5
În momentul în care adâncimea crește, energia se transmite pe cale hidraulică, deci
orbitele particulel or vor fi tot mai mici. Valurile dispun de energie potențială, E p și energie
cinetică E c iar acestea vor fi calculate în funcție de elementele de mărime a valului și viteză.
Valul cu evoluție ideală și simetrică este hula regulată, care este un val gravit ațional în pierdere,
neforțat de vânt. Cum această energie se manifestă în intervalul de timp egal cu perioada T a
valului, puterea P va fi egală cu raportul dintre energia E p sau E c și timpul T. Pentru că în
procesele de captare se captează în prezent doa r una din cele două forme de energie a valului,
expresia puterii brute disponibile este:6
P=Kyh 2Lλ/T (1.2.1.)

4 https://ro.wikipedia.org/wiki/Val
5 https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_eolian%C4%83
6 http://docplayer.net/44903039 -Energia -valurilor -1-consideratii -generale.html

5

Fig. 1.2 Profilul unui val
h =înălțimea valului; λ=lungimea de undă; L=lungimea frontului de val.
Raportul λ/T exprimând viteza de propagare a valului, numită celeritate și notată cu
litera c, expresia puterii se poate scrie și sub forma:7
𝑃=𝐾𝑦ℎ2𝐿𝑐 (1.2.2.)

Pentru început coeficientul K a avut o valoarea fixă, K=1/16, cu timpul luând forme mai
complicate, ținându -se seama și de adâncimea apei în care se propagă valul. Adoptând valoarea
greutății specifice a apei Mării Negre, y= 9986.58 N/m3, puterea dezvoltată pe fiecare metru de
front de val este:8
𝑃=975 ℎ2𝐿𝑐 W/m (1.2.3.)
Valurile forțate de vânt se formează în urma acțiunii intermitente a vântului asupra
stratului de apă de la suprafața mării aflate în stare de repaus. Această acțiune constă într -o
apăsare, concomitent cu frecarea maselor de aer în mișcare de particulele de apă.

7 http://docplayer.net/44903039 -Energia -valurilor -1-consideratii -generale.html
8 http://docplayer.net/44903039 -Energia -valuril or-1-consideratii -generale.html

6
Tsunamiul sau valul seismic reprezintă o undă energetică de tip mecanic care se propagă
prin apa oceanelor, ca urmare a producerii unor erupții subacvatice, sau a unor cutremure
submarine sau de coastă foarte puternice.9
Prin maree (flux și reflux ) se înțelege o oscilație periodică a nivelului mării sau
oceanului, în raport cu o poziție medie, datorată forței de atracție combinate a Lunii și Soarelui.
Perioada de oscilație are o durată aproximativă de 12h25min, astfel că în decurs de 24h50min
(durata unei zile lunare) se vor produce următoarele faze î ntr-un punct al oceanului sau mării.
Energia valurilor prezintă atât avantaje cât și dezavantaje, ca avantaje se pot evidenția
următoarele:
▪ Are caracter nepoluant;
▪ Este o formă de energie inepuizabilă și regenerabilă;
▪ În valori se regăsește un imens potenț ial energetic;
▪ Nu prezintă greutăți deosebite în exploatare;
▪ Poate fi folosită de oricine, este gratuită și se găsește oriunde pe suprafața
oceanului planetar.10
Cele mai mari dezavantaje sunt următoarele :
▪ Dependență de anotim și de zonă;
▪ Caracter distinct, manifestat prin variația continuă a elementelor caracteristice
valurilor;
▪ Preț ridicat în comparație cu energia provenită din sursele clasice;
▪ Neînțelegerea cu navele comerciale.11

9 https://ro.wikipedia.org/wiki/Tsunami
10 http://stiintasiinginerie.ro/wp -content/uploads/2013/12/57 -VALORIFICAREA -ENERGIEI -VALURILOR.pdf
11 http://stiintasiinginerie.ro/wp -content/uploads/2013/12/57 -VALORIFICAREA -ENERGIEI -VALURILOR.pdf

7
2.2. Potențialul energetic al curenților maritimi de pe litoralul românes c
Cea mai importantă componentă a circulației generale a apelor o constituie curentul
principal al Mării Negre care se deplasează ȋn sens ciclonic la marginea platformei continentale
și înconjoară întregul bazin (Fig. 1.3). Ȋn interiorul acestuia există al te două circuite ciclonice,
pentru cele doua jumatăți a bazinului. La marginea acestuia se compun diferite circuite
anticiclonice de scară medie, cu caracter permanent (zona Batumi), semi -permanent (la sud –
vest de Sevastopol și est -ul Kaliakra) sau tranzit oriu (zona abrupt continental de vest).

Fig. 1.3 Circulația generală a Mării Negre
Sursa principală de energie, o constituie forța de antrenare a vânturilor locale și gradienții de
densitate care generează curenți geostrofici. Viteza curentului este, în medie, de 0.15 -0.3 m/s.

8
Din distribuția curenților măsurați ȋn februarie 2010, cu ADCP (Acoustic Doppler
Current Profiler), ȋn zona platformei continentale de vest a Mării Negre, decurge faptul că, ȋn
dreptul Gurilor Dunării există doi curenți: u nul de la nord spre sud și altul de la sud la nord.
Curentul de la nord la sud circulă chiar ȋn zona litorală (l ȃngă mal), pe ȋntreaga ad ȃncime (Fig.
1.4) cu viteze cuprinse ȋntre 0,33 – 0,47 m/s. În general, curenții fluviali din zona gurilor de
vărsare, se răspândesc sub formă de evantai (Fig. 1.4), iar viteza lor scade rapid. După ce ajung
în mare, curenții fluviali sunt determinți de curenții litorali și de debitul de apă din gura brațului
respectiv. Curentul de la sud la nord curge într -o masă compactă , până la adâncimea de 10 m
(Fig.1.4), pe o lățime de 40 de mile marine, tinde să împingă și să mențină lângă coastă curentul
nord-sud. Curentul de la sud la nord are, de asemenea, viteza de 0,47 m/s.12

Fig. 1.4 Distribuția curenților în luna februarie 2010 ȋn zona de platformei
continentale de vest a Mării Negre (m/s) (ADCP)

12http://www.mmediu.ro/beta/wp -content/uploads/2012/08/2012 -08-
09_evaluare_impact_planuri_evaluareinitialamediumarin.pdf

9
Modelul local pentru zona de Nord Vest a Mării Negre: Cunoștințele rezultate din
modelul regional pentru zona de Nord Vest a Mării Negre sunt: nivelul mării, v iteza curenților
marini, temperatura apei mării, salinitatea (ultimii 3 parametrii sunt disponibili atât pentru
suprafața considerată la 2,5 m – cât și pentru diferite niveluri de adâncime – 10 m, 50 m, 100
m, 200 m. Există o legătură între circulația geos trofică (Fig. 1.5) și cea măsurată cu ajutorul
ADCP (Fig. 1.4), în ceea ce privește tendința generală a cursului apei. Diferențele apar mai ales
în sezonul cald. Comparând rezultatele din situațiile studiate s -a putut observa că respectivii
curenți au, în general, tendința să străbată liniile de aceeași adâncime dinamică și nu să curgă
de-a lungul lor, așa cum reiese din teoria curenților geostrofici. Acest fenomen ar putea fi
întocmit prin faptul că frecarea internă și frecarea de fundul apei au fost negli jate. În sezonul
rece curenții sunt mult mai stabili, datorită intensității și stabilității vânturilor. De aici decurge
o mult mai bună legătură între curenții geostrofici și cei reali, în timpul anotimpurilor reci
(Fig.1.4, Fig. 1.5 ).

Fig. 1.5 Distribuț ia curenților la suprafață ȋn Ianuarie 2012 (st ȃnga) și Mai 2012 (dreapta) ,
rezultat al modelului de circulație pentru zona de N -V a Mării Negre

10

De asemenea, marea instabilitate a deplasării apei, datorată acțiunii vânturilor, face ca
mișcarea curențilo r să atingă, foarte rar, forma de mișcare permanentă. Acest fenomen este mai
accentuat în sezonul cald (Fig. 1.6), când vântului se limitează la un strat aproximativ omogen
de apă, deasupra termoclinei (gros de 20 -30 m).

Fig. 1.6 Distribuția curenților la suprafață ȋn luna
Iulie 2011 (stânga) și Septembrie 2010 (dreapta)
Ȋn regiunea platoului continental rom ȃnesc al Mării Negre, datorită torsorului
vȃnturilor/direcției v ȃnturilor dominante și configurației bazinului marin dar și a acțiunii for ței
Coriolis, se remarcă existența a două tipuri de curenți: curenții paraleli cu țărmul, a căror viteze
sunt cuprinse ȋntre 0,33 – 0,47 m/s, orientați predominant nord -sud și un curent orientat sud –
nord. Curentul cu direcție sud -nord, ce poate atinge o vi teză de p ȃnă la 0,47 m/s, curge până la
adâncimea de 10 m și menține lângă coastă curentul orientat de la nord spre sud.
Concluziile obținute ȋn urma rulării modelului regional de circulație, ȋn stratul de
suprafață, evidențiază un bun acord al direcției și vitezelor curenților raportat cu rezultatele
masurătorilor cu ADCP.13

13http://www.mmediu.ro/beta/wp -content/up loads/2012/08/2012 -08-
09_evaluare_impact_planuri_evaluareinitialamediumarin.pdf

11
CAPITOLUL II
PREZENTAREA STADIULUI ACTUAL AL TEHNOLOGIEI

Puterea generată de dispozitivele energetice marine, inclusiv cele care recoltează
energie de la valuri și maree, are potențialul de a contribui la satisfacerea nevoilor energetice
cu emisii reduse de carbon ale multor națiuni de coastă. Cu toate acestea, aceste dispozitive și
liniile lor de ancorare asociate, sistemele de ancorare și flotabilitate și cablurile de export de
energie sunt încă în curs de dezvoltare, ducând la o lipsă de înțelegere a efectelor potențiale ale
acestor tehnologii asupra mediului. La nivel mondial există numeroase sisteme de conversie a
energiei valurilor, mareelor și a curenților maritimi, dintre acestea am ales să vorbesc despre:
sistemul Pelamis, Marine Current Turbines, OpenHydro, bioWAVE și sistemul CETO.
2.1. Sistemul Pelamis
Un astfel de sistem pentru valorificarea energiei valurilor este “Pelamisul”, acesta
operează în ape cu adâncimi mai mare de 50 m. această mașină este alcătuită dintr -o serie de
secțiuni cilindrice semi -submersibile ce sunt con ectate prin articulații cu balamale. Odată cu
trecerea valurilor de -a lungul lungimii mașinii, secțiunile se deplasează unul față de celălalt.
Mișcarea indusă de valuri asupra secțiunilor este rezistată de cilindrii hidraulici care pompează
ulei de înaltă presiune cu ajutorul motoarelor hidraulice prin intermediul unor acumulatoare
hidraulice, totodată motoarele hidraulice acționează generatoarele electrice pentru a produce
energie electrică. Energia electrică obținută în toate secțiunile mașinii este capta tă de un
conductor principal într -o joncțiune pe fundul mării. De asemenea mai multe mașini pot fi
conectate într -o singură joncțiune și de aici sunt conectate la țărm printr -un singur cablu.
Pelamis este un convertor de energie al valurilor atenuante, maș ina răspunde la curbura undei.
Întrucât valurile pot ajunge doar la o anumită curbură înainte de ruperea naturală, acest lucru
limitează intervalul de mișcare prin care mașina trebuie să se miște, dar menține o mișcare mare
a articulațiilor în valuri mici (fig. 2.1) 14

14 https://en.wikipedia.org/wiki/Pelamis_Wave_Energy_Converter

12

Fig. 2.1 Mișcarea articulațiilor în valuri mici
Pelamis prezintă atât avantaje cât și dezavantaje, ca avantaje se evidențiază următoarele:
• Costul investițiilor este mic;
• Evită poluarea;
• Are o producție similară cu cea a unei turbine eoli ene moderne;
• Impact minim asupra mediului;
• Durata de viață de 100 de ani;
• Flexibilitate maximă;
• Muncă minimă la fața locului;
• Întreținerea în afara amplasamentului;
Ca și dezavantaje putem enumera:
• Perturbarea sau distrugerea vieții marine (inclusiv schimbările în distribuție și
tipurile de viață marină în apropierea țărmului);
• Posibila amenințare la adresa navigației de la coliziuni datorită profilului redus
al dispozitivelor cu energie de undă dea supra apei, făcându -le nedetectabile fie
prin vizionare directă, fie prin radar. De asemenea, este posibilă interferența
liniilor de ancorare și comunicarea cu pescuitul comercial și sportiv;
• Degradarea perspectivelor pitorești ale oceanului de la dispozit ivele cu energie
de undă situate în apropierea sau pe țărm, precum și de la liniile electrice de
transport aeriene de pe uscat.15

15 https://www.youtube.com/watch?v=4VplKt -vzK8

13
Dezvoltat de către compania defunctă Pelamis Wave Power (fostă Ocean Power
Delivery), Pelamis a devenit prima mașină de undă of fshore pentru a genera energie electrică
în rețeaua electrică, când a fost prima dată conectată la grila din Marea Britanie în 2004. Pelamis
Wave Power a continuat apoi să construiască și să testeze încă cinci mașini Pelamis: trei mașini
de primă generație P1, care au fost testate într -o fermă din largul coastei Portugaliei în 2009, și
două mașini de a doua generație, Pelamis P2, testate în perioada 2010 -2014. Compania a intrat
în administrație în noiembrie 2014, proprietatea intelectuală fiind transferată organismului
guvernamental scoțian Wave Energy Scotland.16
2.2. Marine Current Turbines
Marine Current Turbines (MCT) este o companie britanică înființată în anul 2000 cu
ideea dezvoltării puterii de maree in Marea Britanie. Aceste turbine funcționează similar ș i arată
identic cu turbinele eoliene standard. De fapt, singura diferență reală este că turbinele MCT pot
funcționa în ambele direcții, profitând de forțele de maree, indiferent dacă vine sau se întoarce
mareea. Compania produce două turbine, una pentru ap ă mai puțin adâncă și una pentru
adâncime (turbina SeaFlow și turbina SeaGen).
Turbina SeaFlow este proiectată pentru aplicații de mică adâncime (nu mai mult
de 30 de metri). Fiecare este capabilă să producă 300 kW de energie electrică chiar dacă lame le
se rotesc la numai 15 rotații pe minut. SeaGen a fost prima centrală de alimentare cu flux mare
care a fost conectată la rețea. O fermă de turbine SeaGen este prezentată în figura 2.2.17

Fig. 2.2 Fermă de turbine SeaGen

16 https://en.wikipedia.org/wiki/Pelamis_Wave_Power
17 http://hydropow er.inl.gov/hydrokinetic_wave/pdfs/day1/09_heavesurge_wave_devices.pdf

14
Turbina SeaGen este considerată cea mai mare și singura turbină din lume cu o
capacitate de 1.2 MW. Sistemul a fost testat cu succes în decembrie 2008 în Strangford Lough
din Irlanda de Nord. Proiectul, care cuprinde două turbine de 600 kW, a necesitat o investiție
totală de 12 milioane de lire sterline. Acest proiect a atins o etapă importantă în septembrie
2012 când ajunge la o producție de 5 GWh de la punerea sa în funcțiune. Compania a prezentat
mai multe studii Serviciului de Mediu și Patrimoniu din Irlanda de Nord înainte ca instalația de
testare să primească un permis de cinci ani în 2005. Monitorizarea a început în 2004 și este în
curs de desfășurare. Raportul final, prezentat în 2011, enumeră următoarele:18
• Nu a fost observat niciun impact major asupra mamiferelor marine;
• Turbina nu pare să reprezinte o amenințare la adresa mamiferele marine, care
înoată în mod regulat;
• Nu există niciun impact observabil asupra ecologiei bentonice și coloniile
pierdute din cauza instalării au fost re -cultivate.
• Deși numărul total de păsări a rămas stabil, au existat unele deplasări la scară
redusă a păsărilor în imediata vecinătate a dispozitivului.
Sistemul SeaGen S are cea mai mare suprafață măturată a tuturor produselor de maree
la scară comercială disponibile în prezent. Turbin ele au o caracteristică patentată, prin care
paletele rotorului pot fi așezate la 180 de grade, permițându -le să optimizeze captarea energiei
și să opereze în fluxuri bidirecționale. Rotoarele sunt poziționate în a treia treaptă a coloanei de
apă unde cure nții de mare sunt cei mai puternici, maximizând astfel captarea energiei. Rotoarele
scufundate folosesc puterea curenților marini pentru a conduce generatoarele, care la rândul lor
produc energie electrică. Densitatea apei este de 832 de ori mai mare decât a aerului și, prin
urmare, rotoarele turbinelor de maree pot fi mult mai mici decât rotoarele cu turbine eoliene,
întrucât acestea pot fi desfășurate mult mai aproape, generând cantități echivalente de energie
electrică. Aceste caracteristici de design pe rmit sistemului SeaGen S de la Strangford Lough să
atingă o eficiență de peste 48% pe o gamă largă de viteze de curent, menținând în același timp
costurile de întreținere și conectivitate scăzute.19

18 http://www.marineturbines.com/Tidal -Energy
19 http://hydropower.inl.gov/hydrokinetic_wave/pdfs/day1/09_heavesurge_wave_devices.pdf

15
Principalele caracteristici de design ale tehnologiei SeaGen includ:
• Rotoare axiale care conduc un generator printr -o cutie de viteze – la fel ca o
turbină hidraulică sau o turbină eoliană;
• Rotorul controlat – optimizează captarea de energie a mareelor și minimizează
forțelor care acționează asupra structur ii;
• Puterea nominală este atinsă în curenții de maree mai mari de 2,4 m /s;
• Infrastructura electrică din cadrul structurii de susținere furnizează
electricitate pentru solicitări în rețea, fără a fi necesară o condiționare externă
a energiei;
• Structura de sprijin care permite turbinelor să fie ridicate din apă pentru a
facilita întreținerea.
Avantajele principale ale tehnologiei SeaGen sunt:
• Performanță dovedită;
• Captarea maximă a energiei;
• Cost redus de funcționare și întreținere și disponibilitate ridicată;
• Compatibilă cu rețeaua;
• Evaluarea ecologică.
Pe lângă reducerea emisiilor de carbon, sectorul energiei cu efect de maree poate aduce
beneficii economice semnificative. Energia curenților de apă are potențialul de a alimenta 15
milioane de case, s alvează 70 milioane de tone de carbon și creează 16 000 de locuri de muncă
doar în Regatul Unit. Guvernul Regatului Unit a anunțat că proiectele privind energia mareelor,
care sunt instalate și operaționale până în 2017, vor fi eligibile pentru cinci certi ficate de
obligație regenerabilă, ca parte a sistemului de obligații pentru energia regenerabilă constituit
pentru a sprijini industriile în curs de dezvoltare din surse de energie regenerabilă.20

20 http://hydropower.inl.gov/hydrokinetic_wave/pdfs/day 1/09_heavesurge_wave_devices.pdf

16
2.3. OpenHydro
OpenHydro a fost creat în 2005 ca urmare a negocierii drepturilor mondiale la
tehnologia Open -Center în 2004. Din 2006, proiectul Open -Center Turbine a fost testat la
Centrul European pentru Energie Marină (EMEC) din Scoția. OpenHydro a obținut consecutiv
primul loc în industrie, printre care și pr imul care a implementat o turbină de maree la EMEC,
prima care a generat energie electrică din fluxurile de maree în Marea Britanie, și prima care a
demonstrat cu succes o metodă de desfășurare și recuperare în condiții de siguranță și
economică turbine pe fundul mării. Metoda de implementare și recuperare oferă o schimbare
treptată a economiei energiei mareelor. În 2014, OpenHydro Canada a fost înființată pentru a
furniza proiecte în portofoliul canadian al companiei și pentru a stimula dezvoltarea pe acea stă
piață. În 2015, OpenHydro France a fost înființată cu aceleași obiective în favoarea pieței
franceze, urmată de OpenHydro Technology Japan în 2016. 21
Filozofia designului OpenHydro este de a menține turbina cât mai simplă posibil,
rezultând un dispozit iv care are un cost redus și o cerință redusă pentru întreținere. Turbina
Open -Center a fost proiectată din primele principii specifice pentru mediul marin. Acesta
cuprinde patru componente cheie: un rotor cu axă orizontală, un generator cu magnet permanen t
cu direcție directă, o conductă hidrodinamică și o fundație de bază a gravitației submarine.
Simplitatea este un avantaj cheie al acestui dispozitiv, fără lubrifiant, etanșări sau cutii de viteze,
ceea ce înseamnă condiții de întreținere reduse. Turbinel e sunt amplasate direct pe fundul mării,
suficient de adânc pentru a nu reprezenta un pericol pentru transport. Nu este necesară
pregătirea fundului mării pentru că turbinele sunt susținute în loc de greutatea suportului.
Greutatea bazei submarinelor varia ză în funcție de caracteristicile fiecărui amplasament, dar în
general este în jur de 700 de tone. Montat pe baza submarinului, partea superioară a turbinei
este situată la 20 -25 de metri deasupra fundului mării, după cum se vede în figura 2.3.

21 http://www.openhydro.com/Technology/Open -Centre -Turbine

17

Fig. 2.3 OpenHydro
Programul Balance of Plant (BoP) cuprinde construcții civile și electrice pentru colectarea,
transportul și conectarea energiei generate din surse regenerabile la rețeaua de pe țărm.
Configurația BoP depinde de mulți factori, inclusiv de caracteristicile geografice ale terenului,
de resursele regenerabile estimate pentru a fi exploatate, de numărul de turbine care urmează
să fie instalate, de distanța până la țărm și de soluția de conectare aleasă la rețeaua principală.22

2.4. BioWave
BioWAVE este un sistem de lider mondial pentru extragerea energiei din valurile
oceanului, care permite conversia directă la rețeaua de electricitate de calitate. Produsul „O –
Drive” este un modul standard de conversie a energiei pentru utilizare în proiecte de en ergie în
valuri, în maree și în energie eoliană. Produsul „bioSTREAM” este conceput pentru a valorifica
energia în curenții de maree, fără lamele rotative, și, prin urmare, se așteaptă să aibă un impact
minim asupra speciilor acvatice. BioWAVE este o struc tură scufundată, care se învârte în mod
natural înainte și înapoi, sub valurile de umflături ale oceanului. Energia absorbită de valuri
este transformată în energie electrică printr -un modul auto -cuplat la bordul O -Drive, după cum
se vede și în figura 2.4.23

22 http://www.openhydro.com/Company/History
23 http://www.openhydro.com/Company/History

18

Electricitatea este livrată consumatorilor de pe uscat printr -un cablu submarin. BioWAVE are
o înălțime asemănătoare cu cea a unui bloc cu 10 etaje și poate produce până la 250kW de
energie electrică constantă, aproximativ echivalentă cu consumul aproximativ a 200 de case.
Energia electrică furnizată de bioWAVE este de așteptată să fie mai co nsistentă decât furnizarea
de energie eoliană sau solară și ar putea fi considerată sursa de bază în multe locații.24

2.5. Sistemul CETO
Sistemul CETO este diferit de alte dispozitive deoarece funcționează sub apă, unde este
mai sigur de furtuni mari și invizibil de pe țărm, este o tehnologie a energiei valurilor care
transformă energia cinetică de la umflarea oceanului în energie electrică și desalinizează direct
apa de apă dulce prin osmoză inversă (este o tehnologie de purificare a apei care folosește o
membrană semipermeabilă pentru a îndepărta ionii, moleculele și particulele mai mari din apa
de băut). În osmoza inversă se folosește o p resiune aplicată pentru a depăși presiunea osmotică,
o proprietate proprie, care este condusă de diferențele de potențial chimic ale solventului, un
parametru termodinamic. Osmoza inversă poate elimina mai multe tipuri de specii dizolvate și
suspendate din apă, inclusiv bacterii, și este utilizată atât în procesele industriale, cât și în
producția de apă potabilă. Rezultatul este că substanța dizolvată este reținută pe partea

24 http://www.openhydro.com/Technology/Open -Centre -Turbine

19
presurizată a membranei și solventul pur este lăsat să treacă pe cealaltă parte. Pentru a fi
"selectiv", această membrană nu trebuie să permită molecule sau ioni mari prin pori (găuri), ci
ar trebui să permită ca componentele mici ale soluției (cum ar fi moleculele de solvent) să treacă
liber. Tehnologia CETO a fost dezvoltată și test ată pe uscat și pe mare în Fremantle, Australia
de Vest. La începutul anului 2015, o instalație de producție CETO 5 a fost comandată și
conectată la rețea. Începând cu ianuarie 2016, toată energia electrică generată este achiziționată
pentru a contribui la cerințele energetice ale bazei navale HMAS Stirling la Garden Island,
Australia de Vest. Unele energii vor fi de asemenea folosite direct pentru desalinizarea apei.
CETO este proiectat pentru a fi o tehnologie de undă simplă și grozavă. Începând cu ianuar ie
2016, CETO este considerată a fi singura tehnologie a energiei valurilor testată la nivel global,
care este scufundată în întregime, produce energie și în același timp poate să desalinizeze apa.
Tehnologia CETO a fost verificată independent de Energie s Nouvelles (EDF EN) și
contractorul naval francez DCNS. Numele CETO vine de la zeița greacă Keto, care a fost mai
degrabă o zeiță a rechinilor, balenelor și a delfinilor, ulterior numele CETO a devenit generic
pentru orice monstru de mare.25
La momentul ac tual există două tehnologii CETO, varianta apărută în 2015 numită
CETO 5 și cea de a doua tehnologie a apărut în 2016 numindu -se CETO 6. Tehnologia CETO
6 are o capacitate de 1 MW (1000kW) pe cânt CETO 5 are o capacitate de 240 kW. O altă
diferență între c ele două este construcția, CETO 5 prezintă în partea de superioară servomotorul
plutitor (buoyant actuator), în partea inferioară se găsește pompa (pump) legătura între partea
superioară și cea inferioară se face printr -un pripon (tether), pompa este atașa tă de fundație prin
intermediul căreia face conexiunea cu generatorul. 26
Tehnologia CETO este alcătuită în partea superioară de servomotorul plutitor ce include
și generatorul (buoyant actuator including pod), pompa numai este situată în partea inferioară
ca la CETO 5 ci este situată în partea superioară având un dublu rol, odată face legătura cu
generatorul și servomotorul plutitor și odată face conexiunea cu fundația prin intermediul unui
pripon (tether), energia electrică obținută în ambele tehnologii es te transportată printr -un cablu
electric până la stația electrică de pe țărm.27

25https://en.wikipedia.org/wiki/CETO
26 https://www.wavehub.co.uk/latest -news/carnegie -wave -energy -perth -project -update
27 https://www.oceanenergy -europe.eu/en/communication/industry -news/9 -press -release/288 -press -release -next-
generation -renewables -essential -to-a-meaningful -energy -union

20

Figura 2.5 tehnologia CETO 5 (stânga) și CETO 6 (dreapta)

Există o multitudine de beneficii în ceea ce privește această tehnologie. În primul rând,
trebuie să scoatem în evidență faptul că este o formă de energie curată și complet „verde” cu
emisie aproape de zero de carbon. În al doilea rând oceanele și mările acoperă în jur de 70%
din suprafața pământului, au o cantitate imensă de energie și sunt aproape de multe populaț ii,
fapt pentru care sistemul CETO este foarte util deoarece se află sub apă, ancorată la fundul
mării, având un impact vizual minim asupra apei, funcționează la adâncimi mari, ceea ce
înseamnă că există un impact minim asupra comerțului. Tehnologiile CETO sunt proiectate să
funcționeze în armonie cu valurile, însemnând că în afară de punctele de ancorare, nu este
nevoie de construirea unor structuri masive de susținere din oțel și beton.28
Ținând cont de evaluarea potențialului energe tic cât și de stadiul actual al tehnologiei,
am considerat că cea mai eficientă instalație de valorificarea curenților maritimi să prezinte în
paralel ca și caracteristică proprie, particulară ca și metodă de profit dezvoltarea pi sciculturi în
mediu său na tural.

28 https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis

21
CAPITOLUL III
DESCRIEREA SOLUTIEI SI A CONDITIILOR SPECIFICE
Se propune proiectarea unei ferme piscicole într -un mediu natural care în paralel cu
creșterea peștilor să valorifice și energi a hidraulică (energia apei), energie folosită pentru buna
funcționare a acesteia. Am ales această soluție deoarece în Marea Neagră, mai exact pe
teritoriul României cea mai rentabilă sursă ce poate fi valorificată în energie electrică este
energia curenți lor maritimi, a căror viteză este în medie, de 0.33 – 0.47 m/s . Valorificarea se
realizează cu ajutorul unei turbine hidraulice a cărui rol este de a prelua energia hidraulică
(energia apei) și de a o transforma în energie mecanică prin intermediul unui rotor prevăzut cu
palete.29

Figura 3.1 Turbină hidraulică văzută din față

29https://ro.wikipedia.org/wiki/Turbin%C4%83_hidraulic%C4%83

22
Energia hidraulică exprimă capacitatea unui sistem fizic (apă) de a efectua un lucru
mecanic la trecerea dintr -o poziție dată în altă poziție. Datorită circuitului apei în natură ,
întreținut automat de energia Soarelui, energia hidraulică este o formă de energie regenerabilă.30
La rândul ei, energia mecanică este convertită în energie electrică cu ajutorul unui
generator electric hidraulic de 10.5 kWA, având un factor de putere de 0,8.31

Figura 3.2 Generator electric hidraulic
Energia generată de acesta îmi asigură energia necesară consumatorilor auxiliari folosiți
pentru buna funcționare a fermei piscicole, mai exact pentru sistemul de monitorizare, pentru
sistemul de hrănire a peștilor, pompa hidraulică, cilindru hidraulic și mecanismul de orientare
a palelor.
Piscicultura este o ramură a acvaculturii, care se ocupă cu creșterea, reproducerea și
îmbunătățirea calitativă și cantitativă a populațiilor piscicole în apele naturale ș i în cele
amenajate, dar și cu selecția, furajarea, fluctuația populațiilor piscicole, exploatarea și
reglementarea pescuitului, paza, importul de icre embrionate, lapți conservați sau pești.32
Acvacultura este o activitate economică cu foarte mare profitab ilitate prin creșterea unui peste
cu valoare comercială și alimentară ridicată.33
Ținând cont că instalația este și o fermă piscicolă, în care vor crește sturioni pentru că
un exemplar de 100 kg conține aproximativ 10 kg de icre care pot fi vândute pe piaț ă cu cel

30 https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_hidraulic%C4%83
31 http://unilift.ro/generator -electric -actionat -hidraulic -6-5-kwa-230-400v -1037
32 https://ro.wikipedia.org/wiki/Piscicultur%C4%83
33 https://ro.wikipedia.org/wiki/Acvacultur%C4%83

23
puțin 500 euro/kg dar pe lângă icre mai pot vinde și carnea a cărei valoare este de cel puțin 10
euro/kg. Sturionul sau acipenseridae este numele unei familii de pești marini de talie mare,
schelet cartilaginos -osos, corp fără solzi, acoperit cu c inci șiruri longitudinale de discuri osoase,
cu rostul alungit, prevăzut cu mustăți. Această familie de pești se hrănește din fauna bentică:
moluște, crustacei, pești bentici din familia guvizilor sau cu icrele altor pești.34 Luând în
considerare că acești pești sunt pești de piatră care trăiesc pe fundul mării, partea inferioară a
instalației are o formă plată tocmai din acest motiv, fiind scufundată până aproape de fundul
mării pentru a le oferi peștilor un mediu cât mai natural,. Suprafața plată este rea lizată dintr -o
plasă de oțel inoxidabil având pasul ochiului 12,5×12,5 mm, golul fiind de 11×11 mm pentru a
nu exista posibilitatea de a se agăța peștele, diametrul sârmei este de 1,5 mm.

Figura 3.3. Suprafața plată a instalației
Ferma de sturioni este a ncorată cu ajutorul a două blocuri de beton, fiecare având un
volum de 345,5418 m3. În urma ancorării instalația rămâne fixă iar la nivelul turbinei apare o
forță de portanță care pune în mișcare palele turbinei.

34 https://ro.wikipedia.org/wiki/Sturion

24

Figura 3.4. Sistemul de ancorare al in stalației
Forța de portanță sau portanța este suma tuturor forțelor generate de mișcarea fluidului
în jurul unui corp, proiectată într -un plan perpendicular pe direcția principală de curgere a
fluidului în care este cufundat corpul.35
Turbina hidraulică es te fixată cu ajutorul unui cilindru hidraulic la o distanță față de
suprafața inferioară a fermei de 2 m, distanță suficientă pentru ca direcția curenților să nu fie
influențată. Pentru o eficiență cât mai mare se utilizează un sistem de orientare a palelo r, astfel
practic toate palele (chiar și cele care se mișcă contra curenților de apă) participă concomitent
la generarea momentului de torsiune sumar.

Figura 3.5. Cilindru hidraulic

35 https://ro.wikipedia.org/wiki/Portan%C8%9B%C4%83

25
În cazul în care apare o problemă mecanică la nivelul turbinei, aceast a este ridicată cu
ajutorul cilindrului hidraulic a cărui lungime este de 17 m, print -un tub care străbate
perpendicular instalația, ridicând turbina la 5 m deasupra acesteia, dar pentru a nu apărea
dificultăți în executarea manevrelor de reparație se co ncepe în partea superioară a instalației o
platformă pe care vor fi executate manevrele de mentenanță a turbine, sistemului de
monitorizare, sistemului de hrănire și a cilindrului.

Figura 3.6. Platforma unde se realizează mentenanța
Pentru a putea reali za manevrele de mentenanță, ferma trebuie ridicată la suprafață apei,
iar pentru asta a fost nevoie de proiectarea unui torus care să compenseze necesarul volumului
de aer pentru o flotabilitate pozitivă a fermei. In geometrie , un tor este o suprafață de rotație
generată de rulment un cerc în spațiu tridimensional în jurul unei axe coplanar cu cercul. În
cazul în care axa de revoluție nu atinge cercul, suprafața are o formă de inel și este numit un tor
de revoluție.36 Torul este situat în jurul suprafeței l aterale și joacă rolul unui colac de salvare în
momentul în care acesta este plin cu aer, iar pentru a realiza scufundarea fermei, în interiorul
torului este înmagazinată apă cu ajutorul unei pompe hidraulice Gear – 30A55X146.

36 https://en.wikipedia.org/wiki/Torus

26

Figura 3.7. Fixarea torului în jurul crescătoriei de pești
O pompă este o mașină sau un aparat care transformă energia, într -una din formele sale
mecanice, în formă de energie hidraulică sau pneumatică, în scopul transportării fluidului care
primește energia utilă. Energia mecanică poate proveni din forța musculară sau de la un motor
de antrenare.
Pompele hidraulice deplasează un lichid de la presiunea inferioară din aval (de exemplu un
nivel hidraulic inferior), la presiunea superioară din amonte (de exemplu un nivel hidraulic
superior). Diferența de presiune pe care o învinge pompa, exprimată de obicei în m de coloană
de apă constituie înălțimea de ridicare a pompei, care este mai mare decât diferența dintre
presiunile din amonte și aval, datorită pierderilor din pompă și conductel e sale. Volumul de
lichid deplasat în unitatea de timp este debitul pompei, exprimat de obicei în m3/s. Puterea
necesară pentru pompare este proporțională cu debitul pompei și cu înălțimea de ridicare.37

37 https://ro .wikipedia.org/wiki/Pomp%C4%83

27

Figura 3.8. Pompă hidraulică Gear – 30A25X14638

Ferma de sturioni este supravegheată cu ajutorul a două camere subacvatice cu leduri
luminoase ce pot fi monitorizate de pe telefon sau Ipad sau de pe orice alt dispozitiv informatic
gen PC conectat la internet.

Figura 3.9. Cameră video subacvatică

38 http://hydrocap.net/ro/c/30acx146 -128/hydraulic -gear-pump -30c25x146 -1507

28
Hrăni rea peștilor se face cu ajutorul a două instalații automate de hrănire a peștilor care
maximizează viteza de creștere a peștilor, funcționează atât timp cât instalația de valorificare a
energiei curenților maritimi este scufundată dar și când aceasta este la suprafață. Peștii sunt
hrăniți numai cu hrană organică, fără hormoni, antibiotice sau alți poluanți, asigurându -se o
creștere naturală și o calitate a cărnii de sturion și a caviarului.

Figura 3.10. Dispersor pentru hrănirea peștilor
Avantajele aceste i instalații de hrănire sunt:
a) Capacitate mare de stocare a hranei;
b) Păstrarea hranei în condiții bune;
c) Împrăștierea cu disc a hranei poate fi unidirecțională sau circulară;
d) Varietate în modul de programare cu ajutorul unității de control;
e) Elimină;
Caracteristici tehnice:
1. Sistemul de împrăștiere cu disc este capabil să arunce hrană granule, prin reglare, până
la 8 metri lungime unidirecțional sau circular in diametru;
2. Intervalele de hrănire sunt programabile;
3. Perioadele de funcționare în interval de 24 ore sunt programabile;
4. Cantitatea de hrană distribuită per interval de hrănire este ajustabilă;
5. Sistem de calibrare pentru un interval dimensionat al hranei între 1 -5 mm;
6. Necesită o sursă de curent electric (220V/50Hz);
7. Unitatea de control și butoaiele funcționează la 12V;

29
8. Consumul de curent electric este de 0,2 A/ hrănitor
9. Rezervor pentru hrană în volum de 100 litri cu sistem de prindere inclus;
10. Rezervoarele sunt fabricate din HDPE ( polietilenă de înaltă densitate );
11. Existența unei singure unități de control capabilă să deservească, în același timp, până
la 8 dispersoare de hrană.39
Principalul avantaj al acestei instalații este supraviețuirea peștilor în habitatul lor natural,
motiv pentru care sănătatea peștilor nu este pusă în mare pericol deoarece atât suprafața
inferioară cât și cea superioară este din plasă de oțel inoxidabil permițând astfel filtrarea apei
în mod natural fără a fi nevoie de intervenția unui personal ( dejecțiile peștilor sunt dizolvate
de marea cantitate de apă).

Figura 3.11 Conceptul final al fermei piscicole
Avantajele acestei ferme piscicole sunt:
▪ În paralel cu creșterea peștilor, generează și energie electrică;
▪ Nu influențează comerțul maritim;
▪ Datorită sistemului automat de hră nire și de supraveghere nu necesită o
intervenție repetată într -un interval de 3 -4 zile;
▪ Profit din vânzarea cărnii și a icrelor;
▪ Costul investițiilor este mic;
▪ Impact minim asupra mediului;
▪ Simplitate constructivă.

39 http://www.ozoncompany.ro/Piscicultura -Acvacultura/Dispersor -Hrana -Electric.html

30
Ca și dezavantaje putem înșirui:
▪ Disem inarea necontrolată a bolilor;
▪ Asigurarea furajului în proporție de 100%;
▪ Apariția unor defecțiuni.
Energia generată de această instalație are o putere de 8,5 kW, aceasta este distribuită
prin intermediul unui conductor de 220 kV către generator, mai de parte de la acesta către
instalațiile auxiliare ale crescătoriei de pești.

31
CAPITOLUL IV
DIMENSIONARE ȘI PROIECTARE DE DETALIU

In vederea realizării acestui concept s -a studiat atât regiunea platoului continental
românesc al Mării Negre cât și anumite tehnologii existente cu rol de valorificare a energiei
hidraulice, în paralele cu acestea s -a studiat habitatul și dezvoltarea anumitor specii de pești cât
și integrarea acestora în concept. În urma acestor studii pentru o dimensionare corectă a fermei
piscicole trebuie cunoscuți parametrii următori:
1. Suprafața necesară pentru dezvo ltarea pisciculturii;
2. Structura în ansamblu a fermei;
3. Dimensiunile componentelor (turbină, cilindru hidraulic, pompă hidraulică cu paleți, motor
care acționează pompa cu paleți, pompă hidraulică care introduce/scoate apă în tor,
generator, sistem de suprav eghere, sistem de hrănire);
4. Volumul necesar pentru ridicarea instalației la suprafață.
5. Necesarul de energie pentru sistemele auxiliare;

4.1. Pentru o anume cantitate de materie, mai exact 500 t pești este necesar pentru dezvoltarea
acestora un volum de 2764,9641 m3. Astfel s -a realizat un desen 2D cu ajutorul programului
AUTOCAD (figura 4.1.) în care au fost introdu -se următoarele coordonate:
• Pentru partea inferioară s -a ales că lungime 21 m, însă pe centrul acesteia a fost nevoie
să fie îndepărtată o lungime de 5 m pentru că în acest loc va fi dispus un cilindru a cărui
diametru va fi de 5 m și înălțimea de 15 m.
• În lateral, la unghi de 145 s -a dus o latura cu lungimea de 7 m, iar apoi la unghi de 59
s-a dus o dreaptă de 14.98 m până intersectează latura cilindrului.
• În interiorul cilindrului se regăsește un cilindru hidraulic a cărui lungime este de 17 m
și totodată asigură susținerea turbinei și aducerea acesteia la locul unde se poate realiza
mentenanța.
• Cilindrul prin care se ridică turb ina are o parte în exteriorul fermei a cărei lungimi este
de 5 m iar la jumătatea acesteia se regăsește o platformă de pe care se pot executa lucrările
de mentenanță la turbină sau al alte instalații auxiliare.

32

Figura 4.1. Reprezentare 2D a instalației

4.2. Structura în ansamblu a fermei are un volum de 2764,9641 m3, și o suprafață de
2716.2409 m2, este locul în care se asigură dezvoltarea peștilor. Structura de rezistență este
concepută din tablă de oțel, respectiv o foaie de tablă de acest tip are că dimen siuni
10x1500x6000 mm și o greutate de 720 kg, volumul acesteia fiind 5,8839 m3 și suprafața de
1179,1227 m2. În figura 4.2.1.vă este arătată structura de rezistență a fermei piscicole.

Figura 4.2.1 Structura de rezistență

33
Marea majoritate fiind realiz ată din plasă de oțel inoxidabil după cum se poate vedea și în
figura 4.2.2. având pasul ochiului 12,5×12,5 mm, golul fiind de 11×11 mm pentru a nu exista
posibilitatea de a se agăța peștele, diametrul sârmei este de 1,5 mm. Partea inferioară este partea
plată și are o suprafață de 652,5523 m2 și respectiv un volum de 0,3262 m3 iar partea superioară
( „acoperișul” ) are o suprafață de 884.5658 m2 și un volume de 2758,754 m3.

Figura 4.2.2. Partea superioară și partea inferioară
4.3. Componentele care alcătuiesc instalațiile auxiliare au nevoie de energie electrică iar pentru a
asigura necesarul de energie electrică a fost nevoie de un generator electric însă și acesta la
rândul său are nevoie să primească o energie o energie mecanică pe care să o transforme în
energie electrică. Din acest motiv a fost necesar includerea unei turbine hidraulice care să
valorifice energia hidraulică, urmând ca apoi să o transforme în energie mecanică. Turbine
hidraulică are un diametru de 5 m și genereaz ă o putere de 8,5 kW, este situată la o distanță de
2 m față de structura crescătoriei pentru a nu fi influențată de aceasta. La rândul sau turbina este
fixată prin intermediu unui cilindru hidraulic care joacă rol de ancoră pentru turbină, după cum
se ved e și în imaginea 4.4. Prin intermediul său turbina este ridicată pentru mentenanță deasupra
crescătoriei sau este coborâtă în partea inferioară a fermei. Puterea electrică (kW) calculată
pentru o turbină cu un randament mediu global de 60% se determină cu ajutorul următoarei
formule:
𝑃=5,9∗𝑄∗𝐻=5,9∗0,33𝑚
𝑠∗4,36 𝑚=8,48 𝑘𝑊 (4.3.1)
H= înălțimea palei, în m,
Q= viteza de curgere a fluidului, în m/s.

34

Figura 4.3.1 Fixarea turbinei cu ajutorul cilindrului hidraulic

Generatorul are o putere la ieșire de 10.5 kVA, având un control automat al frecvenței
și o clasă de protecție IP23. Dimensiuni 210x485x340 mm, greutatea acestuia este de 42 kg,
presiune maximă 210 bar și un consum de 36 l/min.
Caracteristicile acestuia sunt:
• Dimensiuni compacte;
• Instalare uș oară;
• Operare silențioasă;
• Protecție împotriva supraîncărcării;
• Releu de protecție împotriva scurgerilor;
• Prize monofazate -2 și trifazate -1;
• Putere mare;
• Energie electrică de mare calitate;
• Releu de protecție contra căderilor de tensiune.

35

Figura 4.3.2 Generator DYNASET HG 10.5 kVA, 230/400V
Cilindru hidraulic face parte din categoria cilindrilor hidraulici telescopici, fiind compus
dintr -un număr mare de cilindri dispuși unul deasupra celuilalt, în cazul de față cilindrul este
compus din 5 elemente cu lungimi de 3 m fiecare, după cum se vede și în figura 4.3.3.

Figura 4.3.3. Cilindru hidraulic cu 5 elemente
𝐴=𝜋∗𝑟2=3,14∗102𝑐𝑚2=314 𝑐𝑚2 (4.3.2)
 A= Aria cilindrului, în cm2
𝐹=𝐴∗𝑃=314 𝑐𝑚2∗152 ,95𝑘𝑔
𝑐𝑚2=48026 ,3 𝑘𝑔=470977 ,116 𝑁 (4.3.3)

36
 1 kg=9, 8 N;
 F= forța de apăsare, în N;
 P= presiunea, bar;
 150 bar=152,95 kg/cm2.
Componenta cheie a acestuia este tija dublă ce generează o forță egală atât la ieșire cât și la
întoarcere, mediul său hidraulic este apa în cazul de față. Acesta servește la transformarea
energiei fluidului hidraulic în lucru mecanic util. Cilindrul este antrenat de un motor de 2 kW,
alimentat la priza trifazată, având o turație de 1800 rot/min prin intermediul unei pompe
hidraulice cu paleți a cărei presiune este de 150 bar.

Figura 4.3.4 Motor 2 kW, care antrenează pompa hidraulică cu paleți

Figura 4. 3.5 Pompă hidraulică cu paleți

37
Sistemul de supraveghere constă în două camere subacvatice ce au un consum de 12 V
fiecare, pot fi scufundate până la adâncimi de 20 m.
Specificații:
• Rezoluție: 420 linii TV
• Rezoluție pixeli: 628×582
• Lentila: 6 mm
• Camera subacvatica -rezistenta sub apa
• Leduri luminoase
• Ieșire video: RCA
• Lungime cablu: 20 m
• Camera este prevăzută cu un balast metalic pentru scufundare.40
Sistemul de hrănire automat este compus din două dispersoare a căror consum este de 0,2
A, iar unitatea de control și butoaiele funcționează la 12 V. În acvacultură ca și în alte domenii
de producție a cărnii, asigurarea unei alimentații de calitate suplimentează performanțele
piscicole, din punct de vedere calitativ dar și din puncte de vedere cantitativ. În același timp,
într-o crescătorie de pești cei mai mulți bani sunt dați pe hrană. Ținând cont că sturionii sunt o
colonie de pești foarte căutați pentru deosebita lor carne, fiind destul de diferită de a celorlalți
pești care cresc în Marea Neagră și pentru celebrele icre negre, s -a ajuns la o rărire a populației
din această familie, iar din acest motiv serviciile de piscicultură sunt astăzi soluția pentru
creșterea și dezvoltarea acestei familii de pești în specii optime, însă pentru ca acest proces să
fie unul cât mai eficient trebuie să asigurăm hrănirea acestora cu furaje de pești speciale.
Furajele combinate, cu plus și minus
Una dintre cele mai frecvente formule de hrană administrată în fermele piscicole este aceea
a formulelor de furaje combinate, uti lizate mai ales în acvacultura intensivă, având ca rezultat
direct în starea de sănătate a peștilor, în creșterea și dezvoltarea lor. Concomitent, potrivit
legislației în vigoare, furajele combinate trebuie să aibă un impact cât mai redus asupra calității
apei.41

40https://www.comenzi.ro/camera -video -subacvatica
41 http://www.meat -milk.ro/hrana -furaj -pentru -acvacultura

38
Pompa hidraulică ce asigură scoaterea apei din tor pentru a ridica la suprafață crescătoria
sau introducerea apei în tor pentru a scufunda crescătoria, are o putere de 2.2 kW, având o
presiune maximă de 200 bar. La fel ca și în cazul pompei hidrau lice cu paleți, și pompa
hidraulică Gear este antrenată de un motor numai că puterea acestuia în acest caz este de 2.2
kW, conectarea se realizează la una din cele două prize monofazate.
4.4. Calculul volumului de aer necesar pentru scoaterea la suprafață a instalației ține cont și de teoria
scufundării sau principiul lui Arhimede. Conform acestui principiu, un corp scufundat într -un
fluid este împins pe verticală, de jos în sus, cu o forță eg ală cu greutatea volumului de fluid
dislocuit. Pentru că un corp să poată fi scufundat trebuie ca greutatea acestuia (G) să fie mai
mare decât forța arhimedică (A), A < G. Un corp poate pluti doar în momentul în care
A > G, forța arhimedică să fie mai mar e decât greutatea corpului.
𝐴=𝜌∗𝑔∗𝑊=1∗103𝑘𝑔
𝑚3∗9,8 𝑚
𝑠2∗537 ∗1012𝑚3=5262600 ∗1012 𝑁 (4.4.1.)
 A = forța arhimedică, în N;
 ρ = este densitatea fluidului, în kg/m3;
 g = accelerația gravitațională ,în m/s2;
 W = volumul Mării Negre, în m3.
Volumul crescătoriei obținută în AUTOCAD este:
Vcrescătorie =2764,9641 m3 (4.4.2.)
Volumul de apă ce intră în machetă este egal cu volumul crescătoriei:
Vapă = V crescătorie = 2764,9641 m3 (4.4.3.)
Volumul componentelor secundare (turbină, cilindru hidraulic, pl atforma de mentenanță, tubul
prin care este ridicată turbina și sitemul de ancorare), valoare obținută în AUTOCAD este:
Vcomponente secundare = 10430,4338 m3 (4.4.4.)
Volumul total al instalației este egal cu:
Vtotal = V apă + V crescătorie + Vcomponente sec undare =
2*2764,9641 m3 +10430,4338 m3 = 15960,362 m3 (4.4.5.)
Vtotal = 5636,3486 t (4.4.6.)

39
Masa întregului concept este egală cu:
M = V total*ρoțel = 5636,3486 t * 7,8 t = 43963,51908 t (4.4.7.)
 ρoțel = desitate oțel, în t;
Pentru a afla ce volum treb uie să aibă torul trebuie să scădem din masa conceptului, volumul
totat:
V torus = M- Vtotal = 43963,51908 t – 5636,3486 t= 38327,17048 t (4.4.8.)
Volumul torului se mai poate calcula cu formula următoare:
Vtorus =2∗𝜋2∗𝑅∗𝑟2=38327,17048 t= 108530,46067876 m3 (4.4.9.)
unde R este raza exterioară și este jumătate din diametru suprafeței inferioare, adică 16,235
m.
Din formula 4.4.9. aflăm r:
𝑟=√Vtorus
(2∗𝜋2∗𝑅)=√108530 ,46067876
320 ,14121218,41 𝑚 (4.4.10.)

Figura 4.4. Torus

40
4.5. Consumul total de ener gie necesar pentru funcționare sistemelor auxiliare este calculat
în funcție de necesarul acestora. În cazul nostru avem două pompe, două motoare, două camere
de supraveghere, două sisteme de hrănire a peștilor și un generator care dezvoltă o putere de
8.4 kW. Pompa hidraulică cu paleți are un consum necesar de 2 kW, motorul care antrenează
această pompă are și el un consum similar cu pompa. Cele două camere de supraveghere au
împreună un necesar de putere de 0,0048 kW, pompa hidraulică Gear, împreună cu m otorul de
antrenare a acesteia necesită o putere de 4.4 kW, și în final cele două sisteme automate de
hrănire a peștilor care împreună au nevoie de un aport de energie de 0,0048 kW. Însumând
puterea consumată de fiecare, se observă că avem nevoie de o turb ină a cărui scop este să
genereze o putere de 8,48 kW.

41
CAPITOLUL V
CALCULUL TEHNICO -ECONOMIC
În realizarea calculului tehnico -economic, mai întâi vom ține seama de costurile de
investiții în realizarea conceptului, apoi vom identifica costurile de întreținere după care vom
stabili în cât timp ne vom putea amorsa cheltuielile, și în cât timp vom avea profit.
În următorul tabel sunt costurile pentru materiale , mai exact tabla folosită pentru
structura de rezistență, platforma de mentena nță și cilindrul prin care se ridică/ se coboară
turbina , tabla folosită în realizarea torului și turbina, plasa din oțel, betonul folosit la sistemul
de ancorare și în final lanțurile care fac legătura dintre instalație și blocurile de beton.

Materiale Preț
m2 Valută Preț
m3 Volum
m3 Suprafață
m2 Cost
total Valută
Tablă oțel
10 mm
grosime
302,28
Lei
–
–
1920,81
580622,44
Lei
Tablă oțel 20
mm grosime
600
Lei

–
–
2482,53
148918
Lei

Plasă oțel 16,5
Lei
–

–
1537,11
25362,315
Lei

Beton
–
Lei
1857
345
–
640665
Lei
Lanț
ancorare
100
Lei
–
–
46
4600
Lei

Tabelul 5.1 Costuri materiale

42

În tabelul 5.2. sunt reprezentate costurile suportate pentru achiziționarea instalațiilor
auxiliare: pompe, motoare, camere de supraveghere, sistemul de hrănire, generator, turbină și
cilindru.
Denumire echipament Preț buc. ( Lei) Nr. buc. Cost total
Pompă cu paleți 4690 1 4690
Pompă Gear 569.59 1 569.59
Motor 2 kW 349 1 349
Motor 2.2 kW 389 1 389
Cameră supraveghere 485 2 970
Dispersor pentru hrană 500 2 1000
Generator 7040.1 1 7040.1
Turbină 20000 1 20000
Cilindru 10000 1 10000

Tabelul 5.2 Costuri echipamente electrice
Următorul tabel precizează valorile cantitative de materie adăugată pentru a se fi
dezvoltat și a fi consumată ulterior.

Cantitate puiet Masă Preț 1Kg (Lei) Cost total
500000 Kg 45 22500000

Tabelul 5.3. Costuri materie adăugată

43
Ținând cont că un exemplar de 100 kg conține aproximativ 10 kg de icre a căror valoare
este de minim 500 euro/kg, la care se adaugă și prețul cărnii de aproximativ 10 -15 euro/kg se
estimează că valoarea unui astfel de exemplar poate depăși 6000 -7000 de euro. În schimb icrele
nu pot fi scoase de la femele până când acestea nu ajung la vârsta de 7 ani.
Acest tabel redă raportu l dintre cantitate/calitate în funcție de vârstă și costurile lor.
Denumire
pește Vârstă
(an) Masă
carne
(Kg) Masă icre
(Kg) Preț
carne
(Lei/Kg) Preț icre
(Lei/Kg) Profit
carne Profit
icre
Sturion 1 3 – 60 2278 180 –
Sturion 7 21 2.1 60 2278 1260 4783.8
Sturion 14 42 4.2 60 2278 2520 9567.6
Sturion 15 45 4.5 60 2278 2700 10251

Tabelul 5.4. Raport calitate/cantitate în funcție de vârstă

Grafic 5.4 Raport calitate/cantitate în funcție de vârstă
1 7 14 15 3 21 42 45 0 2.1 4.2 4.5 60 60 60 602278 2278 2278 2278
18012602520 2700
04783.89567.610251
020004000600080001000012000
Sturion Sturion Sturion Sturion
Vârstă (an)
Masă carne (Kg)
Masă icre (Kg)
Preț carne (Lei/Kg)
Preț icre (Lei/Kg)
Profit carne
Profit icre

44
Următorul tabel prezintă grafic investiția depusă pentru realizarea conceptului.
Cost total
materiale (Lei) Cost total echipamente
electrice (Lei) Costuri
puiet (Lei) Costuri totale
investiții (Lei)
1400167.755 45007.69 22500000 23945175.45

Tabelul 5.5 Reprezentare costuri investiție

Grafic 5.5 Reprezentare costuri investiție

Cost total materiale
(Lei)Cost total
echipamente
electrice (Lei)
Costuri puiet (Lei)Costuri totale
investiții (Lei)
Cost total materiale (Lei)
Cost total echipamente electrice (Lei)
Costuri puiet (Lei)
Costuri totale investiții (Lei)

45
În tabelul de mai jos este exemplificată durata obținerii profitului în urma investitei făcute.
Cantitate
pești Cantitate
carne
(Kg) Cantitate
icre
(Kg) Profit
carne
(vârstă) Valoare
(Lei) Profit
icre
(vârstă) Valoare
(Lei) Total
500000 3 0 1 ani 1500000 1 ani 0 1500000
500000 21 2.1 7 ani 10500000 7 ani 1050000 11550000
500000 30 3 10 ani 15000000 10 ani 1500000 16500000
500000 45 4.5 15 ani 22500000 15 ani 2250000 24750000

Tabelul 5.6. Profit

Grafic 5.6 Profit
După cum se poate vedea, atât în tabelul 5.6 cât și în graficul 5.6, amortizarea
investițiilor se poate realiza după o perioadă de 15 ani, diferența dintre valoarea obținută și
costurile totale de investiții reprezintă cheltuielile de m entenanță, hrană și transport.
24750000 – 2394517= 22355483 Lei (5.6.1 )
050000001000000015000000200000002500000030000000
05000001000000150000020000002500000
1 ani 7 ani 10 ani 15 ani
1500000 10500000 15000000 22500000
1 ani 7 ani 10 ani 15 ani
0 2.1 3 4.5
3 21 30 45
500000 500000 500000 500000
Valoare (Lei) Total

46
CONCLUZII
La baza acestui proiect au stat două mari concepte și anume acela de valorificare a
curenților maritimi, cu scopul de a genera energie electrică pentru folosire proprie, dar și
realizarea unei forme de resurse materiale, comerț și anume dezvoltarea pisciculturii. Pentru
înțelegerea instalației a fost făcută o analiză de principiu a modului lor de funcționare. Deși a
fost o investiție costisitoare, instal ația proiectată și pusă în funcțiune îmi oferă beneficii că
obținerea energiei electrice necesară întreținerii și folosirii instalațiilor auxiliare.
În realizarea crescătoriei piscicole s -a ținut cont de mai multe aspecte: viteza curenților
maritimi, medi ul de viață al sturionilor, caracteristicile pe care trebuie să le îndeplinească specia
ce se dezvoltă în cadrul crescătoriei piscicole. Materialele care au stat la baza proiectării
instalației au o rezistență materială ridicată, reușind astfel să reziste la presiuni de până la 200
bar.
Deoarece dezvoltarea speciei din cadrul fermei piscicole necesită o anumită adâncime,
am ales amplasarea acesteia în Marea Neagră (pe teritoriul României) la o adâncime de 20 m,
adâncime care le oferă sturionilor o dezvol tare cât mai naturală. În cazul unor avarii instalația
necesită o anumită presiune pentru a fi scoasă la suprafață, presiune ce este asigurată de
împrejmuirea bazei instalației cu ajutorul unui tor.

47
BIBLIOGRAFIE
[1] http://users.utcluj.ro/~szabol /Papers/ICCEP2007_1.pdf
[2] http://www.ro -bul-ret.eu/images/stories/results/manuals/en/module%209.pdf
[3] http://www.mdpi.com/1996 -1073/8/9/10370
[4] http://www.minind.ro/domenii_sectoare/energie/studii/potential_energetic.pdf
[5]http://stiintasiinginerie. ro/wp -content/uploads/2013/12/57 -VALORIFICAREA –
ENERGIEI – VALURILOR.pdf
[6]http://www.mmediu.ro/beta/wp -content/uploads/2012/08/2012 -08-
09_evaluare_impact_planuri_evaluareinitialamediumarin.pdf
[7] http://docslide.net/documents/energia -valurilor -5615832c2b3 0f.html
[8] https://ro.wikipedia.org/wiki/Val
[9] https://ro.wikipedia.org/wiki/Maree
[10] https://en.wikipedia.org/wiki/Pelamis_Wave_Energy_Converter
[11] https://en.wikipedia.org/wiki/Pelamis_Wave_Power
[12] http://hydropower.inl.gov/hydrokinetic_wave/pdfs/day1/09_heavesurge_wave_devices.
[13] https://www.youtube.com/watch?v=4VplKt -vzK8
[14] http://tidalpower.co.uk/marine -current -turbines
[15] http://www.marineturbines.com/Tidal -Energy
[16] http://www.marinetu rbines.com/Seagen -Technology
[17] http://www.openhydro.com/Technology/Open -Centre -Turbine
[18] http://www.openhydro.com/Company/History
[19] https://en.wikipedia.org/wiki/CETO
[20] https://www.wavehub.co.uk/latest -news/carnegie -wave -energy -perth -project -update
[21] https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis

48
[22]https://www.oceanenergy -europe.eu/en/communication/industry -news/9 -press –
release/288 -press -release -next-generation -renewables -essential -to-a-meaningful -energy -union
[23]http://www.ecofriend.com/go ogle-to-power -nearly -2-million -homes -with-clean –
electricity.html
[24]http://www.tirnaveni.ro/cum -sa-pornesti -in-48-de-ore-propria -ferma -de-sturioni -sau-de-
alta-specie -de-pesti/
[25] https://en.wikipedia.org/wiki/Fish_farming#Integrated_recycling_systems
[26] https://ro.wikipedia.org/wiki/Sturion
[27] http://www.ozoncompany.ro/Piscicultura -Acvacultura/Dispersor -Hrana -Electric.html
[27]http://www.scritub.com/stiinta/chimie/PROPRIETATI -GENERALE -ALE –
MATER13193.php
[28] http://whistleralley.com/torus/torus.htm
[29] http://unilift.ro/generator -electric -actionat -hidraulic -6-5-kwa-230-400v -1037
[30]https://www.google.ro/search?q=generator+electric+hidraulic&source=lnms&tbm=isch&
sa=X&qi=2&ved=0ahUKEwi -3rCZ_ –
TUAhXqKMAKHQBADr8Q_AUIBigB&biw=1366&bih=613#imgrc=tynWro JF gIpiSM
[31] https://en.wikipedia.org/wiki/Torus
[32] https://ro.wikipedia.org/wiki/Pomp%C4%83
[33] https://ro.wikipedia.org/wiki/Piscicultur%C4%83
[34] http://www.revista -ferma.ro/articole/acvacultura/ferma -piscicola -riscuri -si-oportunitati
[35] http://www .scritub.com/timp -liber/pescuit/Ferme -piscicole13449.php
[36] https://ro.wikipedia.org/wiki/Turbin%C4%83_hidraulic%C4%83
[37] http://www.ductibit.ro
[38] http://utm.md/meridian/2009/MI_3_2009/10_Dulgheru_V_Utilizarea.pdf
[39] http://hydrocap.net/ro/c/30acx146 -128/hydraulic -gear-pump -30c25x146 -1507
[40] https://www.comenzi.ro/camera -video -subacvatica

49
[41]http://www.tehnium -azi.ro/topic/5811 -cilindru -hidraulic -pompa -motor -electriv -debit –
litriminut/
[42]http://www.ewarehouse.ro/pr odus~pompa -hidraulica -cu-paleti -pv2v3 -30-25-
d1mc100a1~77
[42] http://www.meat -milk.ro/hrana -furaj -pentru -acvacultura
[43] https://www.dreamfish.ro/furaje -pesti/furaje -sturion/
[44]http://www.rets -project.eu/UserFiles/File/pdf/respedia/05 -Anatomy -of-small -scale-
hydropower -system -RO.pdf
[45] http://www.scubadivingcenter.ro/news/flotabilitatea -scafandrului/
[46] https://ec.europa.eu/fisheries/sites/fisheries/files/docs/body/sturgeon_ro.pdf