STUDIU PRIVIND PROIECT AREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ I. ENUNȚUL TEMEI: Lucrarea de diplomă își propune realizarea unui studiu privind… [617391]

UNIVERSITATEA TEHNICĂ din CLUJ -NAPOCA
FACULTATEA de INGINERIE ELECTRICĂ

STUDIU PRIVIND PROIECT AREA UNEI
MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

I. ENUNȚUL TEMEI: Lucrarea de diplomă își propune realizarea unui studiu
privind proiectarea unei microhidroce ntrale pe râul Sebeș .

II. CONȚINUTUL proiectului de diplomă/lucrării de disertație
a) Piese scrise
b) Piese desenate
c) Anexe

III. LOCUL DOCUMENTĂRII: Universitatea Tehnică din Cluj -Napoca

IV. CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: Ș.l.dr.ing Aurel Botezan

V. Data emiterii temei: ………………………………………………

VI. Termen de predar e: ……………………………………………….

Conducător științific , Absolvent,
Ș.I.dr.ing Aurel Botezan Horațiu Andrei Hoțopan

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

1

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

2

Declarație -angajament : Deoarece acest proiect de diplomă nu ar fi putut f i finalizat ă fără ajutorul
membrilor departamentului Managementul Energiei și a echipamentelor de la departament , mă angajez
să public informațiile conținute în luc rare numai cu acordul scris al conducătorului științific și al
directorului de departament .

Data: ………… Semnătura

Declarație : Subsemnatul Hoțopan Horațiu Andrei declar că am întocmit prezentul proiect de diplo mă
prin eforturi proprii, făr ă nici un ajutor extern, sub îndrumarea conducătorului științific și pe baza
bibliografiei indicate de acesta.

Data: ………… Semnătura

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

3

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

4

Cuprins

1. Informații generale
1.1 Ana1liza soluțiilor e xistente în literatura de specialitate consultată
1.2 Potențialul și capacitatea hidroenergetică a României
1.3 Gradul de amenajare al potențialului hidroenergetic
1.4 Micropotențialul energetic
1.5 Piața energiei electrice produse
1.4.1 Oferta de energie electrică
1.4.2 Cererea de energie electrică
2. Energia si mediul
2.1. Formele de energie
2.2. Energie regenerabilă
2.2.1. Energia eoliană
2.2.2. Energia solară
2.2.3. Energia hidraulică
2.2.4. Energia geometrică
2.2.5. Energia de biomasă
2.3. Sistem energetic
3. Microhidrocentrale
3.1 Cl asificarea MHC
3.2 Amenajările MHC
3.2.1 Construcții pentru reținerea apei
3.2.2 Derivații
3.2.3 Amenajări auxiliare
3.3 Turbine hidraulice
3.3.1 Turația specifică
3.3.2 Turbina Banki
3.3.3 Turbina Bulb
3.3.4 Turbina Dériaz
3.4 Hidrogeneratoare
3.4.1 Hidrogeneratoarele sincrone
3.4.2 Hidrogeneratoarele asincrone
4. Soluț ii de amenajare : Microhidrocentrala pe râul Sebeș
4.1 Detaliile amemajăr ilor
4.2 Racordare la SEN
4.3 Dimensionare baraj
4.4 Priză de apă Sebeș

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

5

4.5 Tipul conductelor pentru aducțiune
4.6 Stabilirea tipului de turbine
5. Concluzii
5.1 Concluzii și parametrii de proiectare
5.2 Avantajele scenariului ales
6. Bibliografie

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

6

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

7

1. Informații generale

1.1 Analiza soluțiilor e xistente în literatura de specialitate consultată

Hidroenergia are o tradiție lungă în România și acoperă o mare parte din neces arul de energie.
Compania de stat Hidroelectrica și -a propus pentru următorii ani să investească peste 130 milioane de
euro în construcția de microhidrocentrale. Scopul acestor investiții este de a beneficia de schemă de
sprijin prin certificate verzi acor dată producătorilor de energie din surse regenerabile, de către
stat.Pentru a sprijini atingerea acestui scop REECO revine cu cea de -a V-a ediție a ENREG ENERGIA
REGENERABILĂ, cel mai mare târg pe energie regenerabilă și eficientă energetică din triunghiul de
frontieră România -Ungaria -Serbia, între 6 -8 martie 2013, la Expo Arad Internațional.
Sistemul de certificate verzi este formă de ajutor acordat de către stat companiilor
care investesc în energie regenerabilă. Pentru a primi certificate v erzi hidrocentralele trebuie să
aibă o putere instalată mai mică de 10 MW. Până în 2016 Hidroelectrica va finaliza mai multe
unități în județul Hunedoara, iar Societatea Electroprecizia va investi peste 3 milioane de Euro pentru
realizarea unei micro hidrocentrale alimentate din acumularea Tarlung -Săcele. Această face parte dintr –
un proiect de dezvoltare durabilă a zonei și va avea efecte pe mai multe planuri: crearea de noi locuri
de muncă, protecția mediului, asigurarea creșterii securității alime ntării cu apă potabilă. Toate acestea
vor conduce în final la obținerea de energie electrică nepoluantă, din surse regenerabile.
Informarea investitorilor despre statutul actual, reglementările și posibilitățile de finanțare pentru
microhidrocentralele din regiunea de sud -est a Europei a devenit o necesitate. Prin urmare, a V -a
conferință internațională: Microhidrocentrale – prezent și viitor în România păstrează tradiția din ultimii
ani și va aduce sub același acoperiș experți și persoane din domeniul m icrohidroenergiei din România și
Europa.
În cadrul conferinței se vor dezbate tematici de interes pentru investitorii din acest domeniu, printre
care: minimizarea impactului microhidrocentralelor asupra mediului, baza de date cu companii din
domeniul mi crohidrocentralelor, legislația din domeniul microhidrocentralelor,
managementul proiectelor de microhidrocentrale; experiențe ale investitorilor, dezvoltatorilor,
constructorilor și furnizorilor de echipamente pentru microhidrocentrale și piață proiectelor de
microhidrocentrale.
În paralel, târgul va găzdui peste 100 de expozanți din 12 țări de pe 3 continente, care își vor prezența
produsele și serviciile pe o suprafață de 2500 m² și se bucură de susținerea unor parteneri că Asociația
Română pentru Microhidroenergie – ARmHE. Tematicile prezente la târg sunt: energie solară, biomasă,
hidroenergie, pompe de căldură, energie geotermală și eficientă energetică în construcții și
renovări și multe altele.
Până în prezent evenimentul este sponsorizat de 7 companii importante din sectorul energiei
solare: ET Solar, Hațegan Law Office, IDEEMASUN, Mecâ Solar împreună cu
Proinso, Producție Energie Verde, Rödl & Partners și Solanna Investment.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

8

1.2 Potențialul și capacitatea hidroenergetică a României

România beneficiază de un potențial ridicat al resurselor hidroenergetice. D intr-un total al potențialului
teoretic liniar de aproximativ 70,0 TWh/an, potențialul teoretic liniar al cursurilor de apă interioare este
de aproximativ 51,6 TWh/an, iar cel al Dunării (doar partea românească) este evaluat la cca.18,4
TWh/an.

Conform sc hemelor de amenajare complexă concepute înainte de 1990, potențialul hidroenergetic
tehnic amenajabil este de cca. 40,5 TWh/an, din care cca. 11,6 TWh/an revin Dunării, iar pe râurile
interioare se poate valorifica un potențial cca. 24,9 TWh/an prin cent rale cu puteri instalate mai mari
de 3,6 MW, iar restul de 4,0 TWh/an în centrale mai mici.

Estimările actuale privind potențialul tehnico -economic amenajabil, diminuat în urma acestor
reglementări pentru protecția mediului, arată că, față de cei 40,5 TWh /an energie estimată în 1990, în
anul 2018 potențialul tehnico -economic amenajabi l s-a redus la circa 27,10 TWh.

1.3 Gradul de amenajare al potențialului hidroenergetic

Dacă se ia în considerare energia furnizată de centralele hidroelectrice în anul de vârf 2005, de 20,103
TWh și o raportăm la potențialul tehnic amenajabil de 33,8 TWh/an, rezultă un grad de amenajare de
59,5%. Mai corect este însă a calcula gradul de amenajare al resurselor hidroenergetice luând în
considerare anul hidrologic me diu, când producția de energie hidroelectrica a fost estimate la 17.5TWh,
caz în care rezultă un grad de amenajare a potențialului hidroenergetic de cca 52%. În general se admite
că potențialul hidroenergetic al României este amenajat în proporție de 50%. Rezultă implicit că mai
este de utilizat un potențial de circa 16TWh/an energie hidroelectrica, care va constitui în continuare
obiectul Strategiei Energetice a României.

1.4 Micropotențialul energetic

În cadrul Surselor Regenerabile de Energie (S RE), energia hidro deține cea mai mare pondere și este
considerată energia furnizată de unități hidroenergetice cu puterea instalată < 10 MW
(adică hidroenergie mică obținută În microhidrocentrale).

Micropotentialul este parte integrantă a potențialului e nergetic al României și dacă, până în prezent s –
a pus accent în special pe realizarea de centrale hidroelectrice cu puteri > 10 MW, România va face
demersuri pentru valorificarea În continuare a micropotentialului pentru a răspunde cerințelor
Directivei Un iunii Europene privind sursele regenerabile de energie.

În momentul de față există preocupări de valorificare a micropotentialului hidroenergetic atât În țară
cât și la nivel internațional. În ceea ce privește România, s -au realizat diferite studii privin d
micropotentialul hidroenergetic, sau construit centrale de mică putere și s -au reabilitat cele existente.

Micropotentialul tehnic amenajabil reprezintă puterea sau energia electrică care ar putea fi produsă
prin amenajarea hidroenergetica a cursurilor d e apă cu potențial redus. Determinarea riguroasă a

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

9

micropotentialului tehnic amenajabil se face pe baza elaborării unor scheme de amenajare, care țîn
seama de condițiile locale (topografice, geologice, hidrologice, ecologice), situația cailor de
comunicați e, cerințele de apă pentru alte folosințe, performanțele tehnice ale hidroagregatelor .
Micropotentialul amenajat totalizat este de 380 de MHC și CHEMP puterea instalată de 501 MW și
energia medie de proiect 1504 GWh/an.

1.5 Piața energiei electrice produse

Sistemul de promovare a energiei electrice produsă din surse regenerabile de energie prin certificate
verzi instituit prin Legea nr. 220/2008, se aplică și pentru energia electrică produsă și livrat ă de către
hidrocentrale electrice cu puterea instalată m ai mică de 10 MW.

Situația CV emise în anul 2018 pentru tranzacționare, pe tip de sursă regenerabilă de energie, este
următoarea: 42 % producătorilor din surse fotovoltaice ,39 % producătorilor din surse eoliene, 14 %
producătorilor din surse hidroenerget ice, și 5 % celor din biomasă.

Distribuția pe tip de sursă regenerabilă pentru certificatele verzi emise pentru tranzacționare este
următoarea: 5 791 844 CV pentru energia electrică produsă în centrale electrice care produc energie
electrică pe baza de en ergie eoliană; 2 123 833 CV pentru energia electrică produsă în centrale electrice
care produc energie electrică pe baza de energie hidraulică cu puteri instalate de cel mult 10 MW; 804
435 CV pentru energie electrică produsă în centrale pe biomasă, inclus iv gaz de fermentare a deșeurilor
și gaz de fermentare a nămolurilor din instalațiile de epurare a apelor uzate; 6 325 095 CV pentru
energie electrică produsă în centrale electrice care produc energie electrică pe baza de energie solară.

Furnizorii de ene rgie electrică sunt obligați să achiziționeze anual un număr de certificate verzi
echivalent cu produsul dintre valoarea cotei obligatorii de achiziție de certificate verzi stabilite pentru
anul respectiv și cantitatea de energie electrică furnizată anual către consumatorii finali.

Numărul de CV pe care furnizorii/producătorii de energie electrică sunt obligați să -l achiziționeze anual
pentru fiecare 1 MWh de energie electrică vândut consumatorilor finali se determină ca produs dintre
valoarea cotei anuale obligatorii de achiziție de certificate verzi stabilite pentru anul respectiv și
cantitatea de energie electrică facturată anual consumatorilor finali de către fiecare furnizor/producător
de energie electrică cu obligația de achiziție de certificate verzi .

Entitățile implicate în organizarea și funcționarea pieței de certificate verzi sunt: S.C OPCOM S.A, care
este administratorul pieței de certificate verzi, OTS – C.N. Transelectrica S.A., care emite în fiecare
luna certificate verzi producătorilor de E -SRE pentru energia livrată și operatorii de distribuție care
transmit lunar către OTS informații privind E -SRE livrată în rețea de producătorii de E -SRE racordați
la rețeaua pentru care dețin licență de distribuție.

La sfârșitul anului 2018 numărul produc ătorilor de E -SRE a fost de 766 , repartizați pe tipuri de surse
după cum urmează: 66 utilizează energie eoliană, 102 utilizează energie hidraulică în centrale electrice

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

10

cu putere instalata de cel mult 10 MW, 576 utilizează energie solară și 28 utilizeaz ă biomasă, inclusiv
gaz de fermentare a deșeurilor și gaz de fermentare a nămolurilor din instalațiile de epurare a apelor
uzate. La sfârșitul anului 2018 capacitatea instalată acreditată în unitățile de producție a E -SRE a fost
de 4785 MW.

Energia electr ică realizată în anul 2018 în unitățile de producere a E -SRE a fost de 26.939 GWh
(valoare normalizată), din care 9.082 GWh a beneficiat de sistemul de promovare prin certificate verzi,
restul de 17.857 GWh a fost produs in centrale hidroelectrice cu puter e instalată mai mare de 10 MW și
alte unități de producere a E -SRE care nu beneficiază de schema de sprijin a condus la realizarea unei
ponderi de ESRE în totalul consumului final brut de energie electrică al României de 43,6%. De
asemenea, cantitatea de e nergie electrică de 9.082 GWh care a beneficiat de sistemul de promovare prin
certificate verzi a condus la realizarea unei ponderi de 15% în totalul consumului final brut de energie
electrică al României.

1.5.1 Oferta de energie electrică

Cea mai mare parte a energiei electrice generate în România este furnizată de centralele
termoelectrice, având în vedere și resursele semnificative de cărbuni ale României. Extracția de
cărbuni beneficiază de subvenții până în anul 2010, în conformitate cu directivele comunit are
aplicabile.

Sectorul energetic din România dispune de o capacitate totală instalată de aproximativ 19.000
MW, cu urmatoarea structură: capacitate instalată în centralele termoelectrice de aproape 11.500
MW, în centralele hidroelectrice de aproape 6.30 0 MW și în centrala nuclearoelectrică de la Cernavodă
de peste 1.400 MW. Capacitatea instalată în centralele termoelectrice pe cărbune este
de aproape 7.000 MW și în centralele termoelectrice pe hidrocarburi de circa 4.500 MW.

Impactul asupra mediului est e foarte ridicat pentru termocentrale, ceea ce creează premisele pentru o
mai mare atenție acordată variantei de generare nucleară sau din resurse regenerabile. România are o
singuă companie generatoare de energie nucleară, la Cernavodă , care opereazä in p rezent douä
generatoare cu o capacitate instalată de 1,4 TW. Compania generatoare de energie hidroelectrică,
Hidroelectrica, are o capacitate instalatä de 6,3 TW.
În continuarea celor menționate la secțiunea anterioară, conform Programului Național de Dezv oltare
(PND), cele mai multe capacități de generare, circa 82% au fost instalate in perioada 1970 -1980 si au
peste 25 de ani de functionare. De altfel, conform POS Competitivitate, doar 10% din capacitatea
instalată în termocentrale a fost modernizată în u ltimii ani.

Un element important în sprijinirea dezvoltării hidrocentralelor il reprezintă creșterea securitații
energetice. Importurile de energie electrică în ultimii ani, ale României au reprezantat 40% din totalul
resurselor energetice.
În raportul d e cerere -oferta pe piața internă de energie nu există probleme la momentul actual, însă
creșterile de capacitate sunt necesare datorită mai multor factori cum ar fii:

 Rata anuală de creștere a consumului prognozată pentru următoarea perioadă de timp este de 3%

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

11

 Fenomele meteo extreme pot induce o volalitate crescută a producției de energie electrică
România este departe de își valorifica, la potențial maxim, resursele de energie regenerabilă de care
dispune.

1.5.2 Cererea de energie electrică

Nivelul activită ții economice, descris cel mai adecvat de rată reală de creștere a PIB, este cel mai
relevant factor de prognoza a cererii viitoare de energie electricä. Relația dintre cele două variabile nu
este, totuși, liniară, existând și alți factori complementari, m odificarea structurii producției interne
exprimată prin ratele relative de creștere ale sectoarelor intensive în energie și, respectiv, neintensive,
evoluția prețurilor la energie și combustibili, evoluția gradului de intensitate energetică a economiei,
ceea ce face că prognoza cererii de energie electricä să fie un proces dificil. Este suficient sä
menționăm, în acest sens, faptul că rată de creștere reală a PIB -ului a depășit -o pe cea a consumului de
energie electrică în raport de 2:1 în ultima decadă.

Chiar și în condițiile unei reduceri semnificative a ritmului de creștere a consumului de energie
electrică pe termen scurt, prognozele guvernamentale indică un decalaj pe termen mediu între rată de
creștere a consumului, pe de o parte, producția de energie , pe celaltă parte.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

12

2 Energia si mediul

2.1. Formele de energie

Energia se găsește în natură sub formă de energie primară: energia combustibililor fosili, energie
hidraulică a apei, energia eoliană, energia geotermică, energia so lară, energia nucleară. Aceste forme de
energie primară își au originea în energia nucleară, sau materia însăși.
Omul utilizează energia sub mai multe forme, diferite de forma în care se găsește energia în natură,
numite forme de energie utilă sau finală, ca: energia termică – căldura, energia luminoasă – lumina,
energia mecanică – lucru mecanic. . Energia electrică este o formă de energie intermediară ușor de
transportat, și care ajută la procesul de transformare a energiei primare în energie finală.
Calit ăți ale energiei electrice:
– toate formele de energie primară pot fi ușor convertite în energie electică
– energia electică este ușor de controlat și transportat
– este ușor de transformabilă în orice formă de energie.

Figura.2 .1 Structura unui lanț energet ic

Din punct de vedere al sistemului fizic căruia îi aparține, există:
– energie hidraulică, care, la rândul ei, poate proveni din energia potențială a căderilor de apă și
mareelor, sau din energia cinetică a valurilor;
– energie nucleară, care provine din e nergia nucleelor și din care o parte poate fi eliberată prin
fisiunea sau fuziunea lor;
– energie de zăcământ, care este energia internă a gazelor sub presiune acumulate deasupra
zăcămintelor de țiței;
– energie chimică, care este dat de potențialul electric a l legăturii dintre atomii moleculelor,

– energie de deformație elastică, care este energia potențială datorită atracției dintre atomi;
– energie gravitațională, energia potențială în câmp gravitațional.

După sursa de proveniență, poate fi: energie stelară, s olară, a combustibililor, hidraulică, eoliană,
geotermală, nucleară. SURSE DE
ENERGIETEHNOLOGII DE
TRANSFORMARETEHONOLOGII
PENTRU SERVICIISERVICII PENTRU
OM

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

13

După faptul că urmează sau nu un ciclu se clasifică în:
 energie neregenerabilă,adică energia obținută din resurse epuizabile, cum sunt considerati
combustibilii fosili și cei nucleari;
 energie regenerabilă, prin care se înțelege energia obținută de la Soare, energie considerată
inepuizabilă, sub formă de energie electrică (conversie directă), termică (încălzire directă),
hidraulică, eoliană, sau cea provenită din biomasă. .

2.2. Energia regenerabilă

Energiile regenerabile sunt considerate în practică, energiile care provin din surse care se regenerează
de la sine în scurt timp, sau sunt surse inepuizabile. Energia regenerabilă se referă la forme de energie
produse prin transferul e nergetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Energia apelor
curgătoare, energia luminii solare, energia vântului, energia proceselor biologice și a căldurii
geotermale pot fi captate utilizând diferite procedee.

Sursele de energie ner eînoibile includ energia nucleară și energia generată prin arderea combustibililor
fosili, cum ar fi țițeiul, cărbunele și gazele naturale. Aceste surse sunt limitate la existența zăcămintelor
și sunt considerate negenerenabile.

Dintre sursele reg enerabi le de energie fac parte:
 energia eoliană – energie de vânt
 energia solară
 energia apei:
 energia hidraulică, energia apelor curgătoare
 energia mareelor, energia flux/refluxului mărilor și oceanelor
 energie potențială osmotică
 energia geotermică, energie câșt igată din căldura de adâncime a Pământului
 energie de biomasă: biodiesel, bioetanol, biogaz

Toate aceste forme de energie regenerebile sunt, în mod tehnic, valorificabile putând servi la generarea
curentului electric, producerea de apă calde, etc. Actual mente ele sunt în mod inegal valorificate, dar
există o tendință certă și concretă care arată că se investește insistent în această, re lativ nouă, ramură
energetică.

2.2.1 . Energia eoliană

Energia eoliană este energia vântului , o formă de energie regenerabilă . La î nceput energia vântului era
transformată în energie mecanică . Ea a fost folosită de la începuturile umanității ca mijloc de propulsie
pe apă pentru diverse ambarcațiuni iar ceva mai târziu ca energie pentru morile de vânt . Ele au evoluat
ca putere de la 25 -30 KW la început până la 1500 KW (anul 1988), devenind în același timp și loc de
depozitare a materialelor prelucrate. Turbinele eoliene moderne transformă energia vântului în energie

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

14

electrică producând între 50 -60 KW (di ametre de elice începând cu 1m) 2-3MW putere (diametre de
60-100m), cele mai multe generând între 500 -1500 KW.

Energi a eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene. Vânturile se formează
datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la
suprafața planetei noastre. Această încălzire vari abilă a straturilor de aer produce zone de aer de densități
diferite, fapt care creează diferite mișcări ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la
antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate.

Unele turb ine eoliene sunt capabile de a produce până la 5 MW de energie electrică, deși acestea necesită
o viteză constantă a vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 kilometri pe oră. În puține zone ale
Pământului există vânturi având viteze constante de această va loare, deși vânturi mai puternice se pot
găsi la altitudine mai mare și în zonele oceanice.

Figura.2.2 Turbine eoliene

2.2.2 . Energia solară

Energia solară se utilizează pentru producerea energiei electrice pe mai multe filiere. Astfel în
heliocentr ale se produce căldură și apoi abur prin evaporarea apei, în continuare producându -se energie
electrică pe calea clasică a centralelor termoelectrice. Dar există și instalații fotovoltaice de producere a
energiei electrice, echipate cu fotocelule sau gene ratoare termoelectrice ori termoionice.
Energia solară este energia emisă de Soare, fiind o sursă de energie regenerabilă aceasta poate fi
folosită să:

 genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)
 genereze electricitate prin centrale termice solare (heliocentrale)

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

15

 încălzească clădiri, direct
 încălzească clădiri, prin pompe de căldură
 încălzească clădiri și să producă apă caldă de consum prin panouri solare termice

Instalațiile solare sunt de două tipuri: termice și fotovoltaice.

Figura.2. 3 Panou solar

2.2.3 . Energia geotermică

Energia geotermică este o formă de energie regenerabilă care se obține din căldura aflată în interiorul
Pamântului. Apa fierbinte și aburii, captați în zonele cu activitate vulcanică și tectonică, sunt utilizați
pentru încălzirea locuințelor și pentru producerea electricității.

Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite pentru transformarea puterii apei geotermale
în electricitate: uscat, flash și binar, depinzând după starea fluidului: vapori s au lichid, sau după
temperatura acestuia.
 centralele uscate au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizează abur din izvorul
geotermal.
 centralele flash sunt cele mai răspândite centrale de azi, e le foloses c apa la temperaturi de 182
°C , injectând -o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață.
 centralele cu ciclu binar diferă față de primele două centrale, diferența dintre acestea este; apa
sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina, respectiv generatorul electric, iar
apa folosită atinge temperat uri de până la 200 °C.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

16

Figura. 2.4 Centrală geotermală

2.2.4 . Energie hidraulică

Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apă) de a efectua un lucru mecanic la trecerea
dintr -o poziție dată în altă poziție (curgere). Datorită circuitului apei în natură, întreținut automat de
energia Soarelui, energia hidraulică este o formă de energie regenerabilă.

Energia hidraulică este o energie mecanică formată din energia potențială a apei dată de diferența de
nivel între lacul de acumulare și centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mișcare. Exploatarea
acestei energii se face actualmente în hidrocentrale, care transformă energia potențială a apei în energie
cinetică. Aceasta e apoi capt ată cu ajutorul unor turbine hidraulice care acționează generatoare electrice
care în final o transformă în energie electrică. Tot forme de energie hidraulică sunt și energia cinetică a
valurilor și a mareelor.

Hidrocentrale
O hidrocentrală utilizează ame najări ale râurilor sub formă de baraje, în scopul producerii energiei
electrice. Potențialul unei exploatări hidroelectrice depinde atât de cădere, cât și de debitul de apă
disponibil. Cu cât căderea și debitul disponibile sunt mai mari, cu atât se poate obține mai multă energie
electrică. Energia hidraulică este captată cu turbine.

Microcentrale și picocentrale h idraulice
Prin microcentrală hidraulică se înțelege o hidrocentrală cu puterea instalată de 5 – 100 kW, iar o
picocentrală hidraulică are o put ere instalată de 1 – 5 kW. O picocentrală poate alimenta un grup de câteva
case, iar o microcentrală o mică așezare.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

17

Deoarece consumul de curent electric are variații mari, pentru stabilizarea funcționării se pot folosi baterii
de acumulatori, care se în carcă în momentele de consum redus și asigură consumul în perioadele de vârf.
Datorită faptului că curentul de joasă tensiune produs de generatorul microcentralei nu poate fi transportat
convenabil la distanță, acumulatorii trebuie plasați lângă turbină. E ste nevoie de toate componentele unei
hidrocentrale clasice – mai puțin barajul – adică sistemul de captare, conductele de aducțiune, turbina,
generatorul, acumulatori, regulatoare, invertoare care ridică tensiunea la 230 V, ca urmare costul unei
asemenea amenajări nu este mic și soluția este recomandabilă doar pentru zone izolate, care nu dispun
de linii electrice.

Microcentralele se pot instala pe râuri relativ mici, dar, datorită fluctuațiilor sezoniere de debit ale
râurilor, în lipsa barajului debitul râului trebuie să fie considerabil mai mare decât cel prelevat pentru
microcentrală.

Pentru o putere de 1 kW trebuie pentru o cădere de 100 m un debit de 1 l/s. În practică, datorită
randamentelor de transformare, este nevoie de un debit aproape dublu, randamentul uzual fiind puțin
peste 50 %.

Figura. 2.5 Hidrocentrală

2.2.5 Energie de biomasă

Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, și reprezintă procesul chimic de ardere
(transformare chimică în prezența oxigenul ui molecular, proces prin excelentă exergonic).

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură, inclusiv
substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și partea biodegradabilă a
deșeurilor industriale și urbane.

Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceasta include absolut toată
materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii.
Biomasa este prima formă de energie utilizată d e om, odată cu descoperirea focului.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

18

2.3. Sistem energetic

Sistemul energetic poate fi considerat ca un subsistem al mediului natural, de unde își extrage el toată
energia primară și cuprinde ansamblul activităților de producere și distribuți e a energiei de toate
formele, organizate pe un anumit teritoriu.

Subsisteme ale sistemului energetic:

 Sistemul energetic al petrolului (SEP)
 Sistemul energetic al cărbunilor (SEC)
 Sistemul energetic al gazelor (SEG)
 Sistemul electoenergetic (SEE)

Concumatorii de energie pot fi de două tipuri: consumatori de energie primară și consumatori de
energie secundară.

Energetica este o ramură a științei care se ocupă cu:

 studiul surselor și resurselor de energie din punct de vedere al potențialului lor energetic și al
importanței economice;
 studiul metodelor de transformare a energiei primare în alte forme de energie, utilizate de
către diferitele categorii de consumatori;
 studiul cererii de energie în ansamblu și pe diferitele forme de energie;
 studiul proceselor de utilizare a energiei, mai ales în legătură cu utilizarea rațională a acesteia;
 studiul formării, dezvoltării, funcționării și exploatării sistemelor energetice.
Figura 2. 6 Structura energiei electrice după tipul de energie primară folosită

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

19

3 Microhidrocentrale

Conversia energiei hidraulice în ene rgie electrică nu este poluant ă ,presupune cheltuieli relativ mici de
întretinere, nu existã probleme legate de combustibil si constituie o solutie de lu ngă durat ă.

Centralele hidroelectrice au cele mai reduse costuri de exploatare s i cea mai mare duratã de viatã în
comparatie cu alte tipuri de centrale electrice. Existã o experientã de peste un secol în realizarea si
exploatarea CHE, ceea ce face ca ele sã atingã niveluri de performantã tehnicã si economicã foarte
ridicate.

Aceste surse de energie electrică contribuie la o mai complectă exploatare a resurselor hidraulice, și se
pretează foarte bine unei producții descentralizate a energiei electrice.

Microcentralele sunt considerate în general central hidroelectrice cu puteri instalate în jur de 10MW.
Deobicei această limită poate să difere chiar în limite largi de la o zonă la alta, de exemplu între 0,5 și
50MW, în funcție de capabilitatea, de amenajar ea și exploatarea resurselor hidrotehnice.

Producția mondială anuală de energie electrică obținută în MHC este estimată la aproximativ
100.000GWh. Microhidrocentralele sunt considerate parte din cadrul soluțiilor noi de producere a
energiei electrice, și se încadrează în categoria surselor regenerabile.

3.4 Clasificarea MHC

Clasificarea se poate face după căderea disponibilă pentru utilizare, determinată de tehnologia
posibilă pentru transformarea energiei hidraulice în energie mecanică, adică de turbinele hidraulice
(turbina hidraulică fiind o mașină hidraulică, a cărei caracteristici energetice sînt determinate de
legile hidraulicii), după tehnologia de utilizare a energiei hidraulice și după modul de încadrare în
SEN.

După căderea disponibilă pentru util izare, se împart în următoarele categorii, cu mențiunea că nici
aceste limite nu sunt foarte rigide:

– MHC de mare cădere, avînd următoarele caracteristici principale:
– cădere: > 50 (… 2000) m
– debit instalat: mic
– echipare tipică cu turbine hidraulice de tip: Pelton, Turgo, Francis
– mod de utilizare: CHE de vîrf, grad de utilizare < 30 %
– MHC de cădere medie, avînd următoarele caracteristici principale:
– cădere: 15 -50 m
– debit instalat: mediu -mare
– echipare tipică cu turbine hidraulice de tip: Francis, Kaplan, Turgo, Bánki
– mod de utilizare: CHE de semivîrf sau de bază (grad de utilizare 30 -50 %)

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

20

– MHC de cădere mică, avînd următoarele caracteristici principale:
– cădere: < 15 m
– debit instalat: mare
– echipare tipică cu turbine hidraulice de tip: Kaplan, cu bulb, Bánki
– mod de utilizare: CHE de bază (grad de utilizare > 50 %)

După modul de încadrare în SEN, MHC se împart în două categorii:
– racordate la SEN
– locale sau insulare (izolate), neracordate la SEN

Figura 3.1 – cu deviaț ie

Figura 3.2 – fară deviaț ie

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

21

3.2 Amenajările MHC

3.2.1 Construcții pentru reținerea apei

Barajele sunt construcții hidrotehnice, amplasate transversal pe valea unui curs de apă, care obligă apa,
posedând energie hidraulică, să treacă spre hidroagregate. Barajele înd eplinesc unul sau mai multe din
următoarele roluri:
-ridicarea înălțimii apei în amonte de baraj și realizarea sau mărirea căderii de apă;
-devierea unui curs de apă sau a unei parți din debitul acesteia, atunci când aceasta nu se utilizează
integral;
-relizarea unei acumulări pentru regularizarea debitului;

Clasificarea barajelor:
 După scopul urmarit:
 baraje de acumulare de mare înălțime , care creează lacuri de acumulare de mare capacitate cu
scopul de a realiza regularizarea debitelor, atenuarea viituri lor, satisfacerea nevoilor de apă ale
consumatorilor industriali și agricoli (Bicaz, Vidraru -Argeș, Mărișelu -Someș, Vidra -Lotru, etc.)
 baraje de retenție (de derivație), de mică înălțime, care realizează ridicarea nivelului apei în
măsura necesară pentru ca apa să poată fi derivată pe o aducțiune (Oiești, Vaduri, Piatra Neamt,
etc.). Volumele de apă acumulate în lacurile create de aceste baraje sunt mici și nu permit
regularizări de durată.
 După materialul din care sunt executate executate:
 din lemn;
 din pământ (materiale locale);
 din anrocamente (materiale locale) și zidărie uscată;
 din zidărie din piatră;
 din beton sau beton armat;
 metalice fixe sau mobile;
 După modul în care preiau diversele solicitări și le transmit terenului de fundație:
 baraje de gr eutate: construcții masive din beton armat care transmit terenului de fundație sarcinile
preluate din diversele încărcări cu ajutorul greutații proprii. Stabilitatea acestor baraje la
răsturnare și alunecare se asigură prin masa lor și prin forțele de frec are care iau naștere între baraj
și terenul de fundație, forțe care sunt direct proporționale cu greutatea barajului.
 baraje arcuite: baraje la care presiunea hidrostatică a apei (principala încărcare) este preluată de
către o membrană din beton, de grosim e variabilă, curbată atât în plan orizontal cât și în plan
vertical și care lucrează ca o structură complexă în spațiu. Transmiterea eforturilor către versanți
și trenului de fundație se face în plan orizontal prin intermediul arcelor, iar în plan vertical prin
cel al consolelor;
 baraje evidate și cu contraforți: baraje la care golurile provenite din lărgirea rosturilor devin mult
mai mari și care preiau presiunea apei din contraforți pe care se reazămă elementele de retenție
și care transmit sarcina teren ului de fundație;
 baraje descompuse: – baraje alcătuite din elemente de retenție de diferite forme (plăcil, bolți,
cupole, etc), care preiau presiunea apei i,și din contraforți,, pe care se reazemă elementele de
retenție și care i transmit sarcina terenul ui de fundație.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

22

Realizarea condițiilor funcționale: se are în vedere la alegerea soluțiilor iconstructive ale barajului și iîn
primul rând la alegerea amplasamentului acestuia. Astfel, rolul funcțional al barajelor indiferent de
tipul lor este:
 să realiz eze cu minimum de cheltuieli condițiile de nivel și volum de apă idorite de
beneficiar;
 să permită tranzitarea din amonte în aval în condiții de siguranță a ă debitelor
maxime din perioadele de ape mari (prin deversoare);
 să preia și să transmită terenul ui de fundație sarcinile permanente și accidentale în
condiții de siguranță a stabilității construcției;
 să asigure golirea în timp relativ scurt a lacului de acumulare pentru necesități de
revizii sau reparații;
 să asigure stabilitatea construcției în cele mai defavorabile ipoteze de funcționare;
 să asigure impermeabilizarea cât mai bună a terenului de fundație ie și a cuvetei
lacului, pentru a nu se produce pierderi de apă din lac;
 să asigure funcționarea normală în orice moment a tuturor echipamentel or
hidromecanice cu care este prevăzut barajul hid

La proiectarea unui baraj este necesar luarea în considerare a tuturor eforturilor la care este supus
acesta, precum și caracteristicile solului pe care este amplasat. Se urmărește determinarea dimensiunil or
barajului (grosime, formă) și a materialelor de construcție astfel încât să reziste în bune condițiuni la
cele mai dificile solicitări.

Figura.3.3 Moduri de preluare a solicitărilor și de transmiterea lor fundației

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

23

3.2.2 Derivații

Prizele de apă reprezintă totalitatea construcțiilor și instalați ilor care servesc la introducerea în
aducțiune a debitului instalat. La prizele de folosință energetică, apa captată trebuie să fie lipsită de
debit solid , de impurități (frunze, crengi, plutitori), de zai și de gheață.
Prizele trebuie să îndeplinească ur mătoarele funcții:
 să rețină plutitorii;
 să împiedice intrarea în aducțiune a aluviunilor târâte
 să asigure spălarea depunerilor;
 să permită reglarea debitului derivat

Canalele de aducțiune sunt construcții hidrotehnice care asigură transportul apei cu nivel liber, fiind
utilizate ca aducțiuni la centralele hidroelectrice, în domeniul alimentărilor cu apă, al irigațiilor, al
navigațiilor, etc. De multe ori funcțiile unui canal se cumulează, în sensul că este utilizat și pentru
producerea de energie și pentru alimentări cu apă apă, irigații etc.
Canalele se execută în săpătură sau în umplutură față de terenul natural, iar pentru reducerea pierderilor
se iau măsuri de căptușire și impermeabilizare.

Castelele de echilibru dispuse pe traseul derivațiilor sub presiune, la întâlnirea dintre conducta forțată și
aducțiune, au ca rol:
-amortizează oscilațiile hidrodinamice provenite de la regulatoarele turbinei;
-debitează suficientă apă în conducta forțată la pornirea turbinelor; ;
-să permită vizitarea galerii lor și să servească drept organ de racord în caz că centrala este
alimentată cu mai multe captări;

Figura 3.4 Scheme de amenajare a CHE în derivație

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

24

3.2.3 Amenajări auxiliare

Canalele de evacuare a apelor de viitură, îndeplinesc simultan mai multe funcțiuni:

– racordează curentul evacuat de ultima lucrare transversală din aval cu curentul din pârâul colector
– regularizează sau consolidează porțiunea din rețeaua hidrografică torențială unde este amplasat;
– evacuează dirijat (controlat) apele t orențiale încărcate cu aluviuni, înlăturând pericolul inundațiilor și
protejând obiectivele periclitate;
– refac peisajul alterat de proces!e torențiale,înfrumusețând zona aferentă.

Scara de pești este o construcție hidrotehnică executată în porțiunea d e separație a două zone, cu nivel
diferit, ale unui curs natural de apă, pentru a face posibilă trecerea peștilor din zona aval în zona
amonte. Scările de pești sunt constituie din jgheaburi (scocuri), de zidărie sau de lemn, din bazine
așezate în scară.

Figura 3 .5 Amenajarea microhidrocentralei

3.3 Turbine hidraulice

Turbina hidraulică -transformă energia hidraulică în energie mecanică. Acestea au randamentele cele mai
ridicate (în comparație cu alte tipuri de turbine) și au urmatoarele caracteristici:

 prelucrează caderi cuprinse între 1m ș i 2400m și debite cuprinse între 0.1 m3 /s și 900m3/s
 sunt ma șini fiabile, cu durata de viață de peste 50 de ani
 au elasticitate î n funcționare în condiții de variație a debitului, puterii și turației
 pot fi pornite și încărcate la capacitate optimă într -un timp foarte scurt, de aceea sunt capabile să
facă servicii de sistem.

Elementul -cheie al centralei este turbina hidraulică. Pentru echiparea MHC se folosesc mai multe tipuri
de turbine hidraulice. Turbinele hidraulice se împart în două mari categorii: c u acțiune sau de impuls și
cu reacțiune:

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

25

▪ turbine cu acțiune ( impuls ), transformă în stator întreaga cădere netă în înalțime cinetică, pe
care o transformă în rotor în energie mecanică, iar presiunea la intrarea în cupele rotorului este
egală cu cea de la ieșire și anume presiunea atmosferică (ex. Banki, Pelton –turbine cu cupă).

▪ turbine cu reacțiune (cu suprapresiune), care primesc energia hidraulică preponderent potențială,
iar presiunea la intrarea în rotor este mai mică decât la ieșire (ex. Francis, Ka plan, Propeller –
elicoidal, axiale bulb, axial -concentrice).

Turbinele cu reacțiune sunt compuse din:

carcasă spirală (melc) – face legătura între vana de admisie și statorul turbinei
stator –distribuie debitul uniform pe periferia aparatului director
aparat director (distribuitor) – distribuie uniform debitul pe periferia rotorului și asigură unghiul
optim de intrare corectă a apei în rotor
rotor -organ principal al turbinei, transformă puterea hidraulică în putere mecanică la arborele
pe care este montat r otorul (imprimă o mimă mișcare de rotație acestora)
aspiratorul -permite devierea curentului de apă din direcție orizontală în direcție verticală sau
invers; recuperează parte din energia cinetică a apei sporind randamentul turbinei; evacuează
apa spre can alul de fugă al centralei în condiți hidrodinamice optime.

Clasificarea după turația specifică a turbinei împarte turbinele în patru tipuri:ultralente, lente, normale și
rapide, fiecare tip de turbină având valorile ei maxime/minime de încadrare în ace ste categorii.
Rapiditatea influențează forma palelor turbinelor.

După poziția axului, turbinele pot fi:

 cu ax vertical –turbina si generatorul sunt dispuse pe același ax în poziție verticală (pentru
gabarite mari, axul vertical asigură o suspendare stati c stabilă și o transmitere bună a forțelor la
fundația centralei; lagărele de ghidaj sunt mai simple, montarea și demontarea cu ajutorul
podului rulant este mai ușoară);
 cu ax orizontal – supravegherea este mai ușoară –echipamentele sunt la vedere, gene ratoarele cu
ax orizontal sunt mai ieftine; dispoziția orizontală permite amplasarea de turbine duble sau
gemene).

După ponderea zonei de curgere a apei pe circumferința rotorului, admisia apei poate fi:

 parțială, când curgerea apei se realizează printr -un singur punct sau mai multe puncte ale
circumferinței rotorului;
 totală, când curgerea apei se realizează în mod uniform pe întreaga circumferință a rotorului.

După direcția de admisie a apei în rotor, se deosebesc următoarele tipuri de admisie:

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

26

 axial ă, după o direcție paralelă cu axa de rotație a turbinei;
 oblică;
 radială, după direcția razei;
 transversală, când unghiul dintre direcția de admisie și rază este de cel mult 45 ;
 tangențială, când unghiul format dintre direcția de admisie și tangentă este mai mic de 45 .

O categorie aparte o constituie turbina reversibilă sau turbina -pompă, o mașină hidraulică ce poate
lucra în regim de turbină sau pompă prin inversarea sensului de rotație. Dacă la CHE cu acumulare cu
pompaj mari se utilizează și schema c u pompă și turbină separate, la MHC se utilizează turbina
reversibilă, soluția în ansamblu fiind mult mai ieftină.

3.3.1 Turația specifică
Turația specifică, sau rapiditatea, reprezintă turația cu care s -ar roti turbine respectivă dacă ar funcți ona
cu o cădere de 1 m și ar dezvolta o putere de 1 CP (=736 W). Ea se calculează cu formula:

La fiecare amenajare concretă, în funcți e de căderea nominală a apei și puterea estimată a se obține, din
acest tabel se poate alege tipul de turbine cel mai fa vorabil și se poate comanda turbina. Rapiditatea ei
este un parametru caracteristic care este dat de furnizorul turbinei.

Tabelul.1 Date de performanță pentru turbine hidraulice

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

27

3.3.2 Turbinele Banki

Turbinele Banki sunt turbine cu acțiune care au curgere transversală. Sunt folosite pentru o gamă largă
de căderi, acoperind atât turbinele Kaplan, Francis cât și Pelton. Sunt potrivite în special pentru curgeri
cu debite mari și caderi mici. Pentru căderi mici, până la 50 m și amenajări de mai mică importanță, se
folosește tu rbina Banki.

Rotorul 1 este compus din două coroane circulare între care se găsesc palele 2, iar admisia apei în
turbină poate fi reglată cu ajutorul clapetei 3. Este singurul tip de turbină la care apa trece de două ori
printre palele rotorice.

Figura 3.6 Digrama turbinei
3.3.3 Turbine Bulb

Turbinele bulb, diferă de celelalte turbine cu reacțiune prin absența carcasei spirale, ceea ce simplifică
drumul apei prin turbină. Turbina bulb se compune dintr -un ajutaj convergent di vergent, în al cărui
secțiune minimă este plasat rotorul 1, iar generatorul electric este amplasat în interiorul bulbului
capsulat 2. Aparatul director 3 are rolul de a regla admisia și de închidere a turbinei.

Căderea maximă turbinată de o turbină Bulb e ste de 16,5 m (U.H.E. Argentat – Franța), iar puterea
maximă realizată este de 23 MW (U.H.E. Gerstheim – Franța). Aceste turbine sunt utilizate pentru căderi
mici, de maximum 16 m, iar în țara noastră sunt utilizate la uzina de la Porțile de Fier II și la cea de la
Turnu Măgurele – Nicopol.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

28

Figura 3.7 Turbina bulb 1. rotor; 2. bulb capsulat; 3. aparat director

3.3.4 Turbine Dériaz

Turbina Dériaz, este tot o turbină cu reacțiune, utilizată pentru căderi între 30 și 120 m, care are rapiditatea
cuprinsă între 200 și 400. Deoarece viteza apei în rotor are două componente, una radială și una axială,
această turbină se mai numește turbină diagonală .

Figura 3.8 Turbina Dériaz 1. carcasă spirală; 2. aparat director; 3. rotor; 4. aspirator; 5. arbor e.

Elemetele componente ale unei astfel de turbine sunt aceleași ca și la turbina Francis diferind ca formă:
carcasa spirală 1, aparatul director 2, rotorul 3, aspiratorul 4 și arborele turbinei 5. Spre deosebire de
turbinele Francis, turbinele Dériaz au palele rotorice reglabile, ceea ce permite funcționarea cu randament
mare într -o gamă largă de puteri, sau poate funcționa și în regim de pompă, calitate care o face adecvată
pentru amenajări hidroenergetice cu acumulare prin pompaj. Căderea maximă turbio nată de o turbină
Dériaz este de 113,4 m (U.H.E. Nikkogawa – Japonia) , cu tendințe de creștere până la 150 m, iar puterea
maximă obținută de o astfel de turbină este 77 MW (U.H.E. Buhtarminsk – Rusia).

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

29

3.4 Hidrogeneratoare

Generatoarele electri ce transformă energia mecanică în energie electrică. În prezent la
microhidrocentrale se folosesc aproape în exclusivitate generatoare electrice de curent alternativ
trifazate. Acestea pot fi sincrone sau asincrone.

3.4.1 Hidrogeneratoarele sincr one

Generatorul sincron trifazat prezinta caracteristici extrem de convenabile pentru producerea energiei
electrice de curent alternativ si reprezinta unica solutie general acceptata de constructorii de centrale
electrice si de sisteme electro -energetice. Ansamblul format din motorul primar si generatorul sincron
poartă denumirea de grup electrogen.

În regim de generator masina sincronă transformă energia mecanică primită pe la ax de la un motor primar
în energie electricî debitatî prin stator într -o rețea de curent alternativ.

După tipul circuitului magnetic generatoarele s incrone se pot clasifica astfel :
 cu poli inecați
 cu poli aparen ți

Figura 3.9 Clasificare dupa tipul circuitului magnetic

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

30

3.4.2 Hidrogeneratoarele asincrone

Hidrogeneratoarele asincrone sunt simple mot oare asincrone cu rotorul în colivie, fără posibilitatea de
reglaj a tensiunii, care se rotesc cu o turație direct legată de frecvența rețelei la care sunt conectate. Ele
își extrag curentul de excitație din rețea, absorbind energia reactivă necesară creer ii câmpului magnetic
propriu. E necesar să se prevadă baterii de condensatoare pentru compensarea energiei reactive
consumate. Ele nu sunt recomandate a funcționa în rețele electrice izolate decât acolo unde calitatea
energiei electrice nu este o cerință i mportantă.
Mașina asincronă este cel mai des folosită în acționările industriale în regim de funcționare ca motor
datorită simplității construcției și fiabilității mari în exploatare. Aceasta se compune dintr -un stator
prevăzut cu o înfășurare monofazată s au polifazată și un rotor realizat în două variante constructive:
bobinat și cu înfășurare în scurtcircuit sub formă de colivie simplă sau multiplă .

Principalele elemente componente ale rotorului în colivie sunt:

 1 – ax;
 2 – crestături rotorice;

Figura 3.10 Explicație la principiul de funcționare.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

31

4. Microhidrocentral ă pe râul Sebe ș

Figura 4.1 Centrala Sebeș

4.1 Detaliile amenaj ărilor

Proiectul se adresează unui bazin hidrologic și râu cu potențial hidroenergetic ridicat.
Râul Sebeș, în sectorul amonte nu a fost amenajat î n scop energetic până în prezent.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

32

Prin schema funcțională hidroenergetică propusă, se prevede amenajarea potențialului hidraulic al
Râului Sebeș in sectorul amonte.

Stabilirea limitelor sectorului pe care intenționăm să realizăm amenajarea hidroener getică, pornește de
la principiul de a valorifica eficient din punct de vedere tehnico -economic căderea brută și debitul
afluent al sectorului amonte pe Râul Sebeș.

Punctul aval, este limitat bazinele de colectare existente ale Serviciilor Comunale Sova ta, care
alimentează cu apă potabilă consumatorii localității Sovata. Astfel, cota 615mdMN corespunde zonei
de restituire a debitului uzinat, implicit a capătului aval al amenajării.

Râul Sebeș are o lungime toatală de 19 km și o suprafață a bazinului h idrografic de 32 km2 din care
4,5km corespund sectorului amonte al râului care sunt propuși spre analiză. Principiul identificării
amplasamentului prizei de captare este amplasarea în punctul care să determine o cadere brută cât mai
mare, de dorit aval de confluența cu un afluent, care prin aportul de debit să conducă la obținerea unor
randamente finaciare mai bune, decât în cazul neincluderii lui în schema de amenajare.

În cazul nostru, Râul Sebeș are altitudinea medie a bazinului de 1104mdMN. Pentru un astfel de
amplsament situat la o astfel de altitudine, nu se recomandă poziționarea prizei de apă într -o secțiune
cu suprafața bazinului sub 15km2. Cu ajutorul hărților de ansamblu și parcurgând râul pe zona în care
bazinul hidrografic depășește suprafața anterior stabilită, a fost identificat pe Râul Sebeș la
aproximativ 3.2km amonte de confluența acestuia cu afluentul Isopul de Sus, un torent necadastrat care
are un aport semnificativ, rezultând astfel o suprafață de 16 km2 a bazinului hidrografic în zon a
respectivă. Un alt criteriu, care ține mai mult de partea economică a proiectului, urmărește realizarea
investiției cu costuri cât mai mici, adica evitarea zonelor cu drum impracticabil sau inexistent, astfel nu
vor exista costuri de realizare a unor ast fel de căi de acces (drumuri tehnologice).

Cu cele enunțate mai sus, au fost stabilite limitele Amenajarii Hidroenergetice Sebeș, și anume:
– Cota amonte Râul Sebeș – 835.00mdMN – 3.2km amonte de confluența cu Isopul de Sus;
– Cota aval amenajare – 615mdMN – aval de confluența Sebeș cu pârâul Isopul de Jos.

Datorita aportului nesemnificativ suplimentar de apa din izvoare sau torenti, afluienti ai raului, pe acest
sector nu se justifica amplasarea unei prize de apa secundare si ruperea tronsonului stu diat. Astfel s -a
elaborat doar o varianta de amenajare a cursului de apă, care urmează a fi analizata dpdv
tehnicoeconomic.

Niciuna dintre schemele de Amenajare propuse nu va influența calitatea și cantitatea de apă afluentă în
secțiunea de captare exis tenta, asigurându -se restituirea apei uzinate în amonte de bazinele de colectare
existente ale Serviciilor Comunale Sovata. Nu este modificat debitul natural afluent pe cursul de apă
pe teritoriul localității și nu este afectat nici nivelul pânzei de apă f reatică în aval de centrală.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

33

Figura 4.2 Amenajarea microhidrocentralei

4.2 Racordare la SEN

Fiecare clădire a centralei vă fi prevăzută cu un post de transformare propriu 0.4/20kV, precum și cu
ansamblul de cellule electrice aferente. Evacuarea puterii până la punctul de conexiune de la MHC
,,Isopul de sus” se vă realiza prin LES 20kV. La uzina hidroenergetica ,, Isopul de sus” se vă monta un
system de măsură al energiei electrice pr oduse/consummate. Racordul unil al SEN se vă executa de la
aproximativ 200m avalde MHC ,,Isopul de sus” prin linie electrica subterana (LES 20 kV) pozata de -a
lungul drumului. Punctul de racord vă reprezneta și punctul de delimitare a gestiunii cu operator ul de
sistem zonal ( transport și distribuție de energie electrica).

Sub sistemul hidraulicitatii aflat sub incidenta legislației naționale privind mediu care asigura
parametrii de intrare în sistem. Calitatea și cantiatea apei care urmează să fie procesa ta este supusa
restricțiilor, dar și condițiile de valorificare pot fi autorizate, prin regulemente și convenții de
exploatare.

Subsitemul valorificării energiei produse, aflat sub legislația ANRE ( Agenția Națională pentru
Reglementare în domeniul Energ iei), care asigura interfatacu piață. Pentru tanzactionarea en -gros este
foarte important paramentrul de energie, iar pentru valorificarea în detaliu primește consistenta și
puterea, care dimensionează în fapt piață consumaorilor.

Automatizarea din uzina hidroenergetica vă comanda toate echipamentele din întreagă amenajare, vane,
robineți, pompe etc, de asemenea și vana fluture situata în imediata vecinătate a turbinelor din uzina
hidroenergetica, deschiderea și închiderea acestora în funcție de nivelul ap ei din camera de încărcare,
nivel care vă fi în funcție de debitul care vă fi acumulat, detectate prin intermediul senzorilor de nivel și
presiune din turnul de captare, care vor fi transmise și într -un centru dispeceral de monitorizare a
datelor. Pe baza citirolor la contorul de energie se vă factura energia produsa și injectata în R.E.D.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

34

4.3 Dimensionare baraj

Barajele de greutate din beton se pot folosi în locurile c u rezistență bună a solului de fundare dar cu
rezistență și stabilitate limitată a malurilor.
La proiectarea unui baraj este necesară luarea în considerare a tuturor eforturilor la care este supus
acesta, precum și caracteristicile solului pe care este amp lasat.
Se urmărește determinarea dimensiunilor barajului (grosime, formă) și a materialelor de construcție
astfel încât să reziste în bune condițiuni la cele mai dificile solicitări.
In continuare se prezintă un scurt exemplu de calcul simplificat pentru u n baraj de greutate.

Se consideră un element de baraj de lungime egală cu 15m și de formă paralelipipedică. Se consideră
cazul simplu când asupra barajului acționează numai forța proprie de greutate G și forța de împingere a
apei W. Aceste forțe au expresiile:
He G1
, și
22HW ,

unde 1 și  reprezintă greutatea specifică a betonului, respectiv a apei.

Dacă expresia lui G este evidentă, expresia lui W se obține considerând o variație liniară a presi unii
statice, respectiv a forței cu adâncimea:

277202HHHSp Wmed  .
Punctul lor de aplicație va fi: pentru G la înălțimea H/2 iar pentru W la H/3 de la bază din cauza
triunghiului forțelor de presiune.
Grosimea e a barajului se determină din două ip oteze:

G
W
e
2/3H
H
Fig. 4.3 Modelul de calcul al unui baraj de greutate.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

35

 să nu alunece, caz în care forța de împingere a apei trebuie să fie mai mică decât forța de
frecare care poate să apară între baraj și fundație:

G W

HeH
12
27

Condiția finală va fi:
mHe 83.540003.022 10007
27
1
,
unde  este coeficientul de frecare între baraj și fundație, iar H este înălțimea totală a barajului;

 să nu se răstoarne, caz în care momentul de răsturnare dat de forța de împingere a apei trebuie să
fie mai mic decât momentul de răsturna re dat de forța de greutate, adică:

3 2HWeG

Se adoptă grosimea barajului e=2.5m.
În realitate calculul unui baraj este mult mai complicat. Se va ține seama și de alte forțe care acționează
asupra unui baraj, ca:

 presiunea sloiurilor de g heață;
 presiunea valurilor;
 presiunea hidrostatică datorată cutremurelor;
 forțele de inerție datorate cutremurelor;
 presiunea determinată de reacția terenului de fundație;
 presiunea exercitată de apa infiltrată sub baraj.

De asemenea, procedura de calcul diferă cu tipul și în special cu forma barajului în secțiune.
Pentru microhidrocentrale se utilizează uneori stavile din lemn sau metal, cu funcțiuni multiple, a căror
calcule de dimensionare se efectuează similar cu cele pentru baraje.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

36

Volumul barajului va fi:
V=L×e×h=15×2.5×4=150 𝑚3 .

Masa barajului rezultă:
m=𝜌1×𝑉=4000 ×150 =600 𝑡𝑜 .
La înalțimea barajului de 4m și o pantă a cursului de apă de 10 % se obține o lungime a lacului de
acumulare:
mm
phLb
lac 401.04
.
Volumul aproximativ al lacului de acumulare va fi:
𝑉=𝐿𝑙𝑎𝑐×ℎ𝑏×𝑙
2=40×4×15
2=1200 𝑚3.

Figura 4.4 Barajul de greutate

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

37

4.4 Priza de apă Sebeș

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

38

Priza de apa “Sebeș” este amplasată pe cursul principal al R âului Sebeș, la 3.2km amonte de
confluența cu Isopul de Sus, la cota 835,00mdMN și are în această secțiune un bazin hidrografic cu
suprafața de 16km2 conform Studiului Hidrologic anexat.

Uzina hidroenergetică Isopul amplasată pe malul drept al râului Sebeș la cota 615,00mdMN, aval de
confluența acestuia cu afluentul Isopul de Jos și va prelua debitul de la Priza de apă “Sebeș” realizand o
cădere brută de 220 metri. Tra nsportul apei de la Priza de apă “Sebeș” se realizează printr -un tronson
de aductiune cu DN 700, lungimea acestuia fiind de 4500m.

Priza de apă „Sebeș” de tip Coandă va capta apa și o va transmite prin intermediul aducțiunii câtre
MHC Isopul. Priza va fi realizată din beton armat iar elementele com ponente vor fi: zidurile mal stâng
și mal drept, pragul de captare și rizberma, canalul de prespălare, canalul racord, deznisip atorul și
camera de încărcare. Este prevăzut un canal bypass, în spatele zidului de mal stâng, precum și un canal
de prespălare , în vecinătatea pragului de captare.

Figura 4.5 Priza de apa Sebeș

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

39

4.5 Tipu l Conductelor pentru aducțiune

Pierderile de sarcina, pe care altfel le putem denumi “randamentele” hidraulice ale materialului din
care este realizata conducta au o pondere importantă în alegerea tipului acesteia. Astfel, cu cât
pierderea de sarcină este mai mică, adică, rezistența de frecare între materialul din care este realizată
conducta și apa este mai mică, cu atât pierderile de sarc ină sunt mici, deci, randamentul este mare. În
această etapă vom analiza tipul materialului din care vom realiza conducta astfel încat eficiența lor sa
fie maximă. Cele mai utlizate soluții de conducte pentru amenajări hidroenergetice sunt cele din
PAFSIN, Oțel Laminat și Fontă ductilă. Fiecare material având atât avanataje cât și dezavantaje în
comparație unul cu celălalt cum ar fi prețul materialului, rugozitatea, comportarea în timp, ușurința de
punere în operă, lucrările de construcții secundare (masive de ancoraj, ump lutura in jurul conducte i).

Toate materialele prezentate mai sus au recomandări bune și foarte bune atât de la producători cât și de
la beneficiarii lucrărilor de construcții. Nu există o departajare clară în ceea ce privește calitatea
materialelor, de aceea este foarte important de a studia amplasamentul lucrarii unde intentionezi să
foloseși un tip de conductă. Referitor la unul dintre criteriile enunțate mai sus, și anume rugozitatea,
pana nu demult producatorii țevilor de PAFSIN se puteau lăuda că datorită stratului interior în rășină
conferă conductei o rugozitate foarte mică, astfel recomandandu -l ca produs mai bun decât cel din oțel
sau fontă.

Dar, producatorii au inteles că aceasta e o caracteristică importantă a materialului si au venit pe piață
cu soluții moderne de tuburi din fontă și oțel, care sunt prelucrate pe interior cu o rășină epoxidică
datorită căreia ating aceleasi rezultate ca și cele din PAFSIN. Prețurile pentru cele 3 produse diferă, în
special datorită de costulu i de productie, materialalelor din compoziție, tehnologiei, dar nu în ultimul
rând și de transport. Însă, de multe ori acest preț al materialului îi face pe mulți colegi ingineri să -l
considere factor de decizie. În foarte multe cazuri, zonele unde se dezv oltă amenajările
hidroenergetice, sunt zone izolate de munte unde pe lângă accesul dificil, o problemă majoră o
reprezintă și distanțele mari până la punctele de aprovizionare cu materialele de constructii, statii de
betoane, cariere pentru sort etc. Este cunoscut faptul că transportul materialelor este costisitor la acest
tip de construcții având o pondere considerabilă în prețul de realizare al aducțiunii. De aici putem
înțelege că, nu doar prețul materialului ar trebui pus in balanță dar și prețul realiz ării lucrărilor conexe.

Cel mai mare dezavantaj al conductelor din PAFSIN îl reprezintă necesitatea realizării masivelor de
ancoraj care împiedică deplasarea coturilor la schimbarea de direcție a traseului. Acestea presupun pe
lângă costuri directe cu preț ul materialelor (armături, cofraje, betoane) atât costuri indirecte cu timpul
de realizare care și el necesită resurse, ceea ce inseamna bani. Astfel, un traseu sinuos clar
dezavantajează alegerea acestei soluții. În schimb, dacă avem un traseu relativ lin iar, fără a fi necesare
deviații unghiulare și în ipoteza existenței unei cariere de piatră sau a unei balastiere pe o rază de
50km, PAFSIN -ul este materialul ideal. Un mare dezavantaj îl reprezintă și realizarea umpluturii din
jurul conductei, care trebui e realizată din material granular (concasat sau balastier) cu dimensiunea
particulei între 8 -25mm (în funcție de diametrul conductei), dintre toate produsele de carieră acesta
fiind cel mai scump, în condițiile în care el reprezintă 1/3 din totalul materia lului de umplutură.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

40

Nici conductele din oțel laminat nu sunt lipsite de dezavantaje, acestea ținând mai putin de
considerente tehnice, direct vorbind, și mai mult de considerente legate de costuri, aici făcându -se
referire la un preț mai mare al conductel or decât cele din PAFSIN, dificultatea sudării și lansării în șant
a tronsoanelor sudate, costurile mari în faza de verificare a etanșeității sudurilor, care pe lângă costuri
mari, sunt și proceduri destul de greoaie datorită impunerilor din normativele în vogoare. În schimb,
odata sudată și lansată în șanț, aducțiunea nu va prezenta niciun fel de probleme pe perioada
exploatării. Conductele din oțel, prin cordonul de sudură preiau în totalitate sarcinile ce apar în urma
schimbarilor de direcție, ceea ce în seamnă că nu mai sunt necesare masive de ancoraj pentru a preveni
deplasarea coturilor. Nu există restricții in ceea ce privește material de umplutură din jurul conductei,
putându -se folosi pentru aceasta materialul excavat. Alte avantaje sunt și probabili tatea redusă de a
deteriorare a conductei în faza de manipulare/montare conducta, precum și viteza mare de montare.

Conductele din fontă, personal cred ca sunt depășite atât tehnologic, cât și economic. Acestea
însumează dezavantaje soluțiilor anterior en untate, adică sunt cele mai scumpe, necestită masive de
ancoraj, sunt foarte grele, ceea ce afectează ritmul de punere în operă, sunt casante, ceea ce presupune
realizarea de umplutură în jurul conductei cu material granular cu dimensiuni maxime de 80mm et c.
Sunt convins că pentru alte ramuri este o soluție foarte bună, însa în cazul amenajărilor hidroenergetice
există soluții mult mai rentabile, de aceea ea a fost exclusă din analiză.

Dupa cele enunțate mai sus, cu avantaje dezavantaje împărtățite din ex periența proprie (nu foarte mare
dar atent urmarită și analizată în fazele de execuție), mai jos vom face o analiză pentru determinarea
solutiei optime pentru investitia AHE Sebeș.

Vom determina cantitatea de energie produsă de amenajare in fiecare dintre variante, aceasta fiind
influențată și de coeficienții de rugozitateal conductelor aducțiunii. Prețul aducțiunii s -a stabilit pe baza
ofertelor de preț care sunt anexate la prezentul Studiu.

Ca oricare alt studiu, prezentul studiu a fost realizat prin î ncercări, în baza cărora au fost analizate mai
multe soluții, pe cea optima s -a realizându -de un cost investițional pentru a putea fi utilizat in analize.
În analiza care vă este prezentată ulterior, unde am determinat caracteristicile tehnice ale amenajar ii, a
rezultat debitul optim al captării și tipul turbinei. Deci, avem datele de intrare pentru calculele noastre.
Determinarea diametrului optim al aducțiunii pentru AHE Sebeș s -a efectuat prin mai multe metode: –
cu ajutorul unor formule în funcție de pi erderile de sarcină hidraulică admise (Colebrook White);

– utilizând optimizarea tehnico -economică în funcție de creșterea de costuri corelată cu
producția de energie.
Deci, primul pas va fi de determina pierderea de sarcină și energia produsă în fiecare variantă.
În faza următoare vom determina valoarea lucrărilor de construcții aferente fiecarei variante. În această
variantă ne -am folosit de ofertele de preț primite de la comercianții de tuburi. Dupa determinarea
datelor de intrare, vom realiza o proie cție financiară simplă pentru determinarea rentabilitații investitiei
în fiecare variantă.
Politica firmei noastre, în determinarea capacităților de producție, a gabaritelor și a tipurilor de
materiale folosite se bazează pe analiza tehnico -financiară, pe durata de viață a investiției și pe
determinarea indicatorilor de eficiență a proiectelor de investiții.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

41

Valoarea investiției se stabilește după ofertele de preț pentru echipamente, primite de la comercianții
din ramură, iar valorile lucrărilor de constr ucții din incadrările în normele de deviz realizate pe baza
prețurilor resurselor din piață. Ele sunt actualizate la fiecare proiect. In domeniul producției de energie
verde, în urma politicii actuale din România, datorită subvențiilor nu se poate face o a naliză, zicem
noi, corecta, astfel, cum am mentionat mai sus pentru determinarea soluției optime, sustenabile, in
calcul de venit, rezultat din vânzarea de energie considerăm prețul mediu de vânzare al energiei
electrice din UE care se învârte în jurul val orii de 70 Euro/MWh. Astfel, indiferent de politica de
subvenționare vom fi siguri că soluția aleasă va fi cea corectă.

Concluziile :

Pentru cele două opțiuni de realizare a aducțiunii, în urma efectuarii proiecției financiare și comparând
RIR- urile pentru variantele analizate, a rezultat că cel mai bun randament financiar pentru AHE Sebeș,
îl are varianta realizării aducțiunii din PAFSIN . Rata internă de rentabilitate este un indicator cert în
ceea ce privește o investiție, pe baza căreia se poat e face clar o departajare.
Acestea au rezultat datorită faptului că factorii negativi (dezavantajele) pentru acest tip de conductă,
prezentate anterior sunt eliminate. Traseul aducțiunii fiind putin sinuos, impune realizarea unui număr
mic de masive de an coraj, iar al doilea factor economic foarte important este prezența în zonă a
carierelor de exploatare atât balastieră cât și piatră de carieră – distanțe mici de transport (sub 20km),
ce duc la costuri semnificativ reduse cu realizarea aducțiunii.

În concluzie, ca material optim pentru realizarea aductiunii se recomandă utilizarea tuburilor
confectionate din PAFSIN. Odată determinat materialul din care va fi realizată aducțiunea, cunoscând
pierderile de sarcină și costurile de realizare al aducțiunii, în etapa ce urmează vom determina volumul
de apă (debitul instalat) optim, tipul turbinei și diametrul conductei. Pentru aceasta ca și în cazul
alegerii materialului pentru aducțiune vom face o proiecție financiara pe durata de viață a proiectului în
fiecare variantă, rezultatul final al rentabilității fiecărei variante indicându -ne care este exact soluția
cea mai bună pentru prezenta investiție.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

42

4.6 Stabilirea tipului de turbine

Componenta principală a microhidrocentralei care influențează caracteristicile tehnice ale amenajării
este turbina. Primul criteriu de selecție al tipului de turbină este căderea netă și debitul nominal al
echipamentului.
Figura de mai jos ne ajută să identificăm turbinele care se încadrează în plaja de debite caracteristice
amenajării noastre. Astfel, se poate observa că datorită plajei comune de utilizare pentru cădere de 220m
cu debi t instalat de 0,70 mc/s, se pot utiliza Turbine tip Pelton, Cross Flow și respectiv Francis. În
continuare vom analiza aceste trei tipuri de turbine.

Figura 4.6 Nomogramă de selecționare a turbinelor pentru microhidrocentrale

Turbinele sunt proiectate să opereze în zona randamentului maxim pentru cca. 80% din debitul
nominal pentru a ține seama de variațiile inerente ale debitului odată cu variația căderii și a sarcinii
cerute de sistem. Randamentul global reprezintă variabila cea mai importantă, care asigură succesul în
condițiile unei echipări corespunzătoare a amplasamentelor. În acest sens s -a avut în vedere selectarea
acestor tipuri de turbine care să corespundă integral parametrilor de calcul ai amenajării (debit,
cădere), în condiții de randament maxim. Alegerea categoriilor de turbine capabile să funcționeze la
randament maxim, în condiții de variație a debitului între 10 si 100%, înseamnă cu alte cuvinte,
alegerea acelor agregate care au curba de randament maxim aplatiza tă în zona de variație a debitelor
care ne interesează sau alegerea unui număr de turbine care să poată uzina în domeniul debitelor
procesate.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

43

Opțiunea 1. – Turbine Pelton.

Turbina Pelton este una dintre cele mai eficiente tipuri de turbină hidraulică. Turbina a fost inventată
de Lester Allan Pelton (1829 -1908) în anii 1870 și funcționează pe baza impulsului mecanic generat de
presiunea apei. Turbinele Pelton sunt recomandate pentru căderile mari de apă și debite relativ mici.
Organele principale ale t urbinelor Pelton sunt: rotorul, injectorul și carcasa. Rotorul are forma unui
disc, pe a cărui periferie sunt dispuse paletele.

În mod obișnuit turbinele Pelton se realizează cu unul sau două injectoare, în cazul amenajării de pe
râul Sebeș, turbina a f ost prevăzută cu ax vertical cu 4 injectoare. Turbinele cu două sau mai multe
injectoare se realizează în mod obișnuit cu ax vertical. Utilizarea mai multor injectoare facilitează
evacuarea apei din turbină, însă poate duce la producerea unei cantități mai mici de energie.
Plaja de funcționare este cuprinsă între 10 si 100% din debitul instalat, cu randamente de peste 91% de
la o capacitate de peste 40%.

Figura 4.7 Turbina de tip Pelton

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

44

Rata Internă de Rentabilitate si Valoarea Actualizata Neta pentru determinarea debitului instalat și a
diametrului conductei pentru turbina Pelton

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

45

Opțiunea 2 – Turbine Francis

Turbina Francis a fost inventată în anul 1884 de inginerul american James B. Francis. Turbinele de tip
Francis sunt alimentate pe toată periferia rotorului, randamentul fiind în general mai mare decât cel al
turbinelor de tip Pelton sau Cross Flow.

Turbinele Francis sunt turbine cu reacțiune cu admisie totală și radială, scurgerea apei prin r otor
realizându -se radial -axial.Această turbină mai poartă numele de turbină cu flux central și a fost inventată
de inginerul ame rican James B. Francis în 1849. Turbinele Francis au cea mai largă utilizare deoarece
acoperă domeniul de căderi și de debite c el mai frecvent întâlnit în amenajările hidroelectrice.
Construcția lor obișnuită este cu ax vertical ceea ce permite ca distribuitorul de apă să formeze o
spirală în plan orizontal. La acest tip de turbină există problema formării cavitației (bule de aer în
curentul de apă din turbină) care produce scăderi de presiune cu scăderea randamentului turbinei.

Avantajele folosirii la căderi mari a turbinelor Francis în locul turbinelor Pelton, decurg din turațiile
mai mari, reducerea gabaritelor și prețuri unitare mai scăzute. În țara noastră există numeroase
amenajări echipate cu astfel de turbine, uzina hidroelectrică de pe Argeș, uzina de la Bicaz, cea de la
Mărișelu etc.

Acest gen de turbine este recomandat pentru căderi cuprinse între 20 și 700 de metri, iar puterea
generată poate varia de la câțiva kilowați până la 1000 de megawați. Printre avantajele notabile se
numără și posibilitatea de a utiliza turbina în sens invers, ca pe o imensa pompă de apă care să reumple
barajul pentru orele de vârf. Plaja de funcționare este cuprinsă între 30 si 100% din debitul instalat, cu
randamente de peste 92% la o capacitate de la 50% in sus.

Figura 4.8 Turbina de tip Francis

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

46

Rata Internă de Rentabilitate si Valoarea Actualizata Neta pentru determinarea debitului
instalat și a diametrului conductei pentru turbina Francis

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

47

Opțiunea 3 – Turbine Crossflow

Turbina Crossflow (debit încrucișat) – Turbina de debit este de tip radial cu o mică suprapresiune, cu
atacare tangențială a paletelor rotorului, axul fiind orizontal. După numărul de rotații al rotorului,
acestea întră in categoria tur binelor cu număr mic de rotații. Curentul de apă este dirijat de către
aparatul director astfel încât acesta intră prin coroana paletelor din spațiul aflat în interiorul rotorului,
continuă mai departe trecând a doua oară prin coroana paletelor din interio rul rotorului în afară, în
spațiul carcasei turbinei.

Din carcasa turbinei apa curge fie liber fie prin conducta de aspirație în bazinul de apă de sub turbină.
În practică această curgere a apei asigură realizarea efectului de autocurățire a rotorului tu rbinei.
Impuritațile care la intrarea apei în turbină se preseaza între palete sunt, dupa jumătate de rotație,
extrase de către forța centrifugă și de curentul de apă din spațiul rotorului și evacuate în bazinul de apă
de după turbină.

Dacă debitul de apă care intră în turbină este variabil, turbina se construiește cu două camere de
admisie a apei. Împărțirea standard a celor două camere este în raportul 1:3 și 2:3 din volumul total al
carcasei turbinei. Camera mai îngustă se folosește pentru debite mai mi ci, iar cea largă pentru debite
mijlocii de apă. La debit nominal (mare) se folosesc ambele camere concomitent. Prin această
împărțire se poate utiliza debitul de apă cu randament optim în domeniul de la debitul nominal (Qn)
până la 1/6xQn. Plaja de funcți onare incepe cu până la 10% din debitul instalat. În acest fel turbinele
de debit folosesc cu eficiență maximă debitele variabile ale râurilor, cu randamente ale turbinei de3
peste 87%.

Figura 4.9 Turbină de tip Crossflow

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

48

C- Turbina tip CrossFlow

Rata Internă de Rentabilitate si Valoarea Actualizata Neta pentru determinarea debitului instalat și a
diametrului conductei pentru turbina Cross -Flow

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

49

Pentru fiecare t ronson în parte s -au făcut proiecții financiare în diferite ipoteze, pentru utilizarea
fiecărui tip de turbină, debit instalat și diametru al aducțiunii, în vederea determinării variantei optime
dpdv tehnico -financiar.

Astfel, pentru fiecare tip de turbin ă s-a analizat influența debitului captat și diametrul aductiunii.
Debitul instalat rezultă din analiza plajei debitelor prin multiplicare a debitului mediu multianual cu un
coeficient de instalare. Coeficientul de instalare „K” este un factor de multiplic are al debitului mediu
multianual în plaja de la 100% pana la 200% pentru tipul nostru de amenajare. În plus față de
considerarea variației coeficientul de instalare, trebuie să luam în calcul și pierderea de sarcina și
costul conductei. Pentru fiecare pla jă de debite s -a analizat utilizarea a 3 diametre consecutive ca
dimensiune. Coeficientul de instalare s -a considerat de la 100% până la 200%, cu pasul de 10%. Pentru
fiecare variantă s -au calcultat RIR si VAN, care sunt cei mai reprezentativi pentru facto rul decizional.
Pentru determinarea RIR s -au considerat urmatoarele ipoteze de calcul:

 Venituri
Principalele surse de venituri sunt reprezentate de venituri din vânzarea de energie produsă.

 Venituri din vânzarea de energie produsă
70Euro/MWh, preț mediu de vânzare al energiei electrice în UE.

 Cheltuieli
Pentru determinarea cheltuielilor de exploatare în aceasta fază, conform literaturii de specialiatate au
fost estimate la 5% din veniturile din vânzarea de energie electrică.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

50

5. Concluzii

5.1 Concluzii și parametrii de proiectare optimă

Facotorul decizional pentru soluția optimă este varoarea RIR -ului cea mai mare.
RIR-ul este cel mai elocvent facor decizional, pentru că ia în calcul atât producția de energie
prin echiparea cu un anumit tip de turbină, uzinarea unui anumit volum de apă ți utilizarea
unui anumit diametru la conductă, cât ăi costurile de realizare al fiecărei opțiuni.
Din calculul ratei interne de rentabiliatate și a valori i actualizate nete putem trage urmatoarele
concluzii:

Tronson aducțiune – Pentru determinarea solutiei optime pentru tronsonul de aducțiune,
datorită plajei comune de funcționare am analizat echiparea uzinei hidroenergetice Isopul cu
turbine Pelton, Fra ncis și Cross Flow, pentru plaja de debite de la 0.50mc/s pana la 0.80mc/s,
cu pasul de 0.05mc/s si diametrele aductiunii 600, 700 și 800. Astfel în urma calclului RIR și
VAN, au rezultat următoarele:

a) Turbina Pelton – Qi optim = 0.70mc/s , DN700mm , RIR =8.86%;
b) Turbina Francis – Qi optim = 0.55mc/s , DN600mm , RIR=7.51%;
c) Turbina Cross Flow – Qi optim = 0.70mc/s , DN700mm , RIR=8.29%;

Pentru Tronsonul de aducțiune soluția cea mai optima :

Turbină Pelton – Qi = 0.70/s , DN700mm , RIR=8.86%; este op timă.

Metoda de calcul pe baza indicilor de venitului net relativ susține, de asemenea, această concluzie.

Recomandarea privind tipul de turbină, debitul instalat și diametrul conductei

În funcție de debit și cădere, pentru fiecare dintre variante, optim este utilizarea turbinelor
Pelton sau Francis . Căderile brute și debitele instalate, pentru oricare dintre variante,
sugerează că din punct de vedere al randamentelor și al producției de energie anuale sunt
superioare turbinelor Cross Flow. Astfel recomandarea proiectantului care o consideră
optimă în realizarea investiției AHE Sebeș este:

Tronson aducțiune: Turbina Pelton – Qi = 0.70mc/s , DN700mm

5.2 Avantajele scenariului recomandat

Se recomandă alegerea scenariu lui optim , aceasta rezultând din combinația factorilor decisivi,
care definesc limitele plajei variantelor de amenajări hidroenergetice și totodată devenind cea

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

51

mai eficientă soluție în cazul AHE Sebeș. Astfel se obține o amenajare hidroenergetică optimă
prin valorificarea cel mai eficient din punct de vedere tehnico – economic a potentialului
hidroenergetic al sectorului.

În scenariul având ca specific hidroagregate de tip Pelton pentru tronsonul caracterizat prin
debite mici, a cărui funcționare porneșt e de la 10% din debitul instalat, reprezintă turbina care
pe această plajă are randamentele cele mai bune dintre toate tipurile de turbine analizate.
Calculele s -au bazat pe Studiul Hidrologic intocmit de catre INHGA, anexat documentației,
astfel încât să asigure un număr cât mai mare de ore de funcționare, iar pierderile, în raport cu
costurile să fie minim.

Analizând scenariile în funcție de factorii menționați anterior care sunt impuși de situație și nu pot
fi modificați fără costuri semnificative, vari anta propusă ocupă prima poziție având cel mai mic
raport între costul investiției și energia produsă, valorificând la maxim potențialul , fără costuri
suplimentare extraordinare.
Prin alegerea echipamentelor, a turbinelor și a materialelor optime pentru amenajare, de
asemenea prin studiul posibilităților de investiție, s -a valorificat la maxim potențialul
microhidroenergetic în concordanță cu factorii economici ai oportunității de investiție.

STUDIU PRIVIND PROIECTAREA UNEI MICROHIDROCENTRALE PE RÂUL SEBEȘ

52

5.Bibliografie

[Energie, 2015] http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie.

[Chindris, 2004] Chindriș, M., & Cziker, A. Utilizarea Energiei Electrice. , Editura Casa Cărții de
Știință, Cluj -Napoca, 2004, ISBN: 973-686-470-7

[Darie, 2000] Darie, S & V ădan, I. Producerea, transportul si distributia energiei electrice –
Instalatii pentru producerea energiei electrice, Editura U.T Press, Cluj -Napoca, 2000

[Florescu, 2007 ] Florescu, I. MAȘINI HIDRAULICE – NOTE DE CURS PENTRU UZUL
STUDENȚILOR, Editura ALMA MATER, Bac ău, 2007.

[Grudnicki, 2007] Grudnicki , F., & Ciornei I. Amenajarea bazinelor hidrografice toren țiale prin
lucrări specifice – note de curs, 2007, http://www.sli deshare.net/InginerValentin_03/amenajari –
hidroenergetice

[Gușă, 2011 ] Gușă, M., Ionel, I., Popa, B., Ionescu, C., Istrate, M., & Cenu șă, V. Surse
regenerabile de energie. București, 2011, ISBN: 978 -606-8371 -22-1

[Hidro,2015] http://energia -verde.centr ale-cazane.ro/hidro

[Peter, 2014] Peter, D., & Tîrnovan, R. Transportul și distribuția energiei electrice. Editura
U.T Press, Cluj -Napoca, 2014, ISBN: 978 -973-662-960-0

[Tîrnovan, 201 7] Tîrnovan, R. Producerea Transportul și Distibuția Energiei Electrice – Note de
curs. Cluj-Napoca , 2017

[Vădan ,1998] I. Vădan , ENERGETICA GENERALA ȘI CONVERSIA ENERGIEI , Editura
MEDIAMIRA,Cluj -Napoca 1998 , (I.S.B.N. 973 -9358 -11-X).

[Marțiș, 2012 -2013] Marțiș, C, MAȘINI ELECTRICE I – note de curs, Cluj-Napoca, 2012 -2013.

[Rădulescu, 2013 -2014 ] Rădulescu, M., Mașini electrice II – note curs, Cluj-Napoca, 2013 -2014

[Tîrnovan R] Protec ții prin relee in sisteme electroenergetice note curs

Ministerul Mediului și Schimbărilor Climatice Agenția Națională pentru Protecția Mediului DECIZIA
ETAPEI DE ÎNCADRARE (proiect) Nr. din 25.04.2013

OUG 195/2005 Legea prinvind protectia mediului .