Surse de Energie

Energia este prezentă în viața noastră în fiecare clipă ! Încă din antichitate aceasta a avut un rol foarte important în viața omului. Din punct de vedere științific , energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă că referință.[1]

Utilizăm energia pentru a fabrica tot felul de produse , pentru a alimenta mașini , camioane , trenuri , avioane , pentru a ilumina străzile , pentru a ne încălzi sau răci locuințele , pentru a folosi electrocasnicele și alte aparate ( acasă , la serviciu , la școală etc. ).

În ultimii 100 de ani , producția de energie a crescut în mod constant , astfel permițându-ne să desfășurăm diverse activități , să călătorim mai mult , să folosim mult mai multe electronice și electrocasnice , toate acestea pentru a ne face viața mai ușoară și mai confortabilă. Totodată existența planetei noastre este amenințată de aceste fenomene specifice civilizației moderne , care produc efecte novice , poluare , efect de seră , ploi acide și chiar topirea ghețarilor. Vom prezenta câteva beneficii ale economisirii energiei :

Îmbunătățirea calității factorilor de mediu

Limitarea încălzirii globale ( emisiile de CO2 rezultate în urma arderii combustibililor fosili reprezinta unul dintre factorii principali de perturbare a climei globale , din cauza efectului de seră și creșterii temperaturii mediului , cu efecte directe de perturbare a întregului ecosistem ).

Reducerea ploilor acide

Îmbunătățirea competitivității economice

Reducerea costurilor de producție ( costurile energetice reprezintă un element important în structura prețului de cost a majorității produselor rezultate în urma unor procese de producție . Reducerea consumurilor energetice , conduce , în final , la scăderea costurilor de producție și implicit mărirea competitivității produselor. )

Îmbunătățirea securității energetice

Reducerea importurilor de țiței

Reducerea vulnerabilității față de lipsa de energie

În Univers , energia nu poate fi creată sau distrusă , ci doar se transformă dintr-o formă în alta. Formele de energie sunt echivalente , de aceea , indiferent de tipul lor acestea se măsoară în J ( joule ). Un joule este egal cu lucru mecanic efectuat de o forță de un newton care își deplasează punctul de aplicație pe o distanță de un metru pe direcția și în sensul forței ( J = kg x m2 / s2 ).[2]

Surse de energie

Sursele de energie pot fi clasificate după mai multe criterii :

1. Dupa origine acestora :

a. Naturale ( sunt numite si surse de energie primară ).

b. Artificiale ( sunt numite si surse secundare de energie ).

2. Dupa durata de exploatare :

a. Epuizabile ( acestea se consumă in timpul transformărilor energetice ) : combustibilii fosili si cei nucleari.

b. Inepuizabile ( sunt forme de energie bazate pe fenomene naturale ) : energia mareelor si valurilor , eoliană , solară , geotermică , energia produsa de biomasă.

În categoria surselor de energie primare intră toate formele de energie ce pot fi preluate și valorificate în mod direct. Acestea se împart în două tipuri și anume : regenerabile și neregenerabile.

Sursele primare regenerabile sunt întotdeauna disponibile și produse de natură în permanență , de unde vine și numele lor. Exemple : apa dulce / sărată , soarele , vântul , biomase.

Sursele primare neregenerabile au disponibilitate limitată , fără a se putea regenera într-un timp foarte scurt. Exemple : combustibili fosili ( petrolul , cărbunele , gazul natural ) , uraniul etc.

Fig 1.1 Cărbune[3] Fig 1.2 Petrol[4] Figure 1.3 Uraniu[5]

Unul din avantajele combustibililor fosili este că , aceștia sunt utilizați sub formă de benzină sau motorină pentru a alimentarea motoarelor de toate felurile ( autoturisme , autobuze , camioane etc. ) , deci satisfac nevoia oamenilor de a se deplasa rapid dintr-un loc în altul.

Dezavantajul acestor resurse este că , prin extragerea și prelucrarea lor , contribuie în mod îngrijorător la poluarea mediului , în special în timpul verii. Mai mult decât atât , fiind o resursă neregenerabilă , înseamnă că o dată consumată o cantitate , ea nu mai poate fi înlocuită , fapt ce conduce pe termen lung la epuizarea rezervelor acestor combustibili.

În categoria surselor secundare de energie sunt încadrate acele forme de energie care se obțin din sursele primare :

Energia electrică ( este o formă secundară deoarece se obține prin transformarea altor forme de energie ar fi : chimică , solară , hidraulică , nucleară , termică ).

Energia termică ( se obține prin conversia energiei mecanice , electrice , nucleare , solare).

Energia mecanică ( se obține din energia electrică , chimică , termică , luminoasă ).

Energia luminoasă ( se obține din energia electrică , chimică , termică , nucleară ).

Unele surse secundare se pot întâlni si in natură ( energia electrică a fulgerelor , caldura mărilor ) , considerându-se secundare doar atunci când se obțin din cele primare.

1.2 Energia electrică

Viața modernă nu poate fi concepută fără energie electrică. Astfel , cea mai mare parte a descoperirilor din ultimul secol nu ar fi fost realizate dacă nu ar fi existat energia electrică. Presupunând că , brusc , am fi lipsiți de energie electrică , iată ce s-ar putea întâmpla :

lipsa luminii electrice

căderea sistemelor informatice

probleme imense cu transporutile ( tramvaie , trenuri , avioane etc. )

un gol imens in domeniul comunicării ( telefonie , aparate radio , TV , internet etc. )

Reducerea consumului de energie electrică are o importanță deosebită deoarcere duce la reduceri de costuri și combaterea modificărilor climatice.

Definim energia electrică ca fiind capacitatea de acțiune a unei sarcini electrice în prezența unui câmp electromagnetic.[6]

În comparație cu alte forme de energie , energia electrică prezintă o serie de avantaje , și anume:

producerea energiei electrice în centrale electrice are loc în condiții economice avantajoase

energia electrică poate fi transmisă la distanțe mari prin intermediul câmpului electromagnetic , fie direct prin mediul înconjurător , fie dirijată prin linii electice

la locul de consum , energia electrică poate fi transformată în condiții economice în alte forme de energie

energia electrică poate fi divizată și utilizată în părți oricât de mici , după necesități.

Dezavantajul major pe care îl reprezintă , în comparație cu alte forme de energie , constă în acela că nu poate fi înmagazinată. Acesta trebuie produsă în momentul când este cerută de consumatori.

1.3 Metode de obținere a energiei electrice

Energia electrică nu se găsește în natură decât în mică măsură în : trăsnete , fulgere și nu poate fi captată pentru a fi utilizată în diverse procese , fiind produsă prin transformarea diferitelor forme de energie primară , în centralele electrice.

Centrala electrică este un complex de instalații în care se produce transformarea prin intermediul energiei mecanice a energiei primare a resurselor naturale , în energie electrică.

Industria energetică a luat avânt în a doua jumătate a secolului al XIX-lea , la început pe baza valorificării energiei apelor ( prima centrală a fost o hidrocentrală ) și a combustibililor minerali fosili ( în termocentrale ). Ulterior au apărut centrale atomice , geotermale , termomarine , solare , eoliene , pe bază de biomasă. La ora actuală numai trei tipuri de centrale asigură 99% din întreagă producție mondială : termocentrale , hidrocentrale și centrale nuclearo-electrice.

1.3.1 Termocentrale

O centrală termoelectrică , sau termocentrală este o centrală electrică care produce curent electric pe baza conversiei energiei termice obținută prin arderea combustibililor[7]. Curentul electric este produs de generatoare electrice antrenate cu turbine de abur , turbine cu gaze , sau , mai rar , cu motoare cu ardere internă[8]. Se folosesc drept combustibili solizi ( cărbune , deșeuri sau biomasă ) , lichizi ( păcură ) sau gazoși ( gaz natural ).

Termocentralele se clasfica in :

Centrale termoelectrice ( CTE ) , care produc in special curent electric , caldura fiind un produs secundar.

Centrale electrice de termoficare ( CET ) , care produc in cogenerare atat curent electric , cat si caldură , care iarna predomina.

Fig 1.4 Termocentrala CET Bucuresti Vest[9]

1.3.2 Hidrocentrale

Sunt instalații complexe în care energia hidraulică a căderilor de ape naturale sau artificiale este transformată în energie mecanică prin intermediul turbinelor hidraulice și apoi în energie electrică , în generatoarele de curent.

Avantajele hidrocentralelor constau în costul energiei electrice scăzut , nu necesită combustibili , personal redus de întreținere și exploatare , nu poluează , siguranță în funcționare , randamentul ridicat.

Dezavantajele sunt legate de dependența de regimul fluvial , existența surselor de apă , valoarea ridicată a investiției , efectuarea construcțiilor durează mult și necesită forță de muncă numeroasă. Prin construirea unui baraj de acumulare pe cursul apei se produc dereglări ale climei , florei , faunei din zona învecinată , datorită modificărilor regimului precipitațiilor , dispărând specii de plante și animale.

Fig 1.5 Hidrocentrala Porțile de Fier[10] Fig 1.6 Hidrocentrala Ciunget[11]

1.3.3 Centrala nuclearo-electrică

Funcționarea acestor centrale , numite și centrale atomoelectrice este asemănătoare cu cea a centralelor termoelectrice cu deosebirea că energia termică pentru producerea aburului necesar este obținută prin reacții de fisiunea nucleară a unor izotopi ai substanțelor radioactive. Energia produsă în centralele nuclearo-electrice este mai ieftină decât cea produsă în termocentrale , poluarea atmosferei este mai redusă , dar construcția unei astfel de centrale presupune investiții mari și tehnologii sofisticate.

În țara noastră aproximativ 10% din energia electrică produsă provine din centrale nuclearo-electrice. În regim de funcționarea normală emisiile de substanțe radioactive sunt nesimnificative , pericolul constă însă în eliberearea necontrolată , accidentală de substanțe radioactive.

Aceste centrale sunt deosebit de periculoase în cazul unor accidente de exploatare. Reziduurile de combustibil nuclear trebuie depozitate în condiții de maximă siguranță , în butoaie sigilate ermetic iar pereții depozitelor amplasate la o adâncime mare în interriorul scoarței terestre fiind construiți din beton și plăci de plumb.

Componentele principale ale unei centrale nucleare tipice :

(A) – anvelopa centralei , (B) – barele de control , (C) – nucleul reactorului , (D) – generatorul de aburi , (E) – conducta de aburi , (F) – turbină de aburi , (G) – generatorul electric , (H) – consumatorii de electricitate , (I) – circuit de condensare , (J) – jeturi , (K) – vaporii de apă , (L) – turnul de răcire.

Fig 1.7 Principalele componente ale unei centrale nucleare tipice[12]

Fig 1.8 Centrala nuclearo-electrică[13]

1.3.4 Centrale eoline

Centralele eoliene folosesc energia maselor de aer în mișcare. Sunt amplasate în zone în care există vânt puternic și constant și au în componență , pale acționate de vânt care asigură energia mecanică necesară generatorului electric. Înclinarea palelor mobile ale turbinelor eoliene se face automat în funcție de viteza vântului.

Avantajele centralelor eoliene :

principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante si cu efect de seră , datorită faptului ca nu se ard combustibili.

nu se produc deșeuri

costuri reduse pe unitate de energie produsă

Dezavantaje :

inconstanța datorită variației vitezei vântului și numărului redus de amplasamente posibile

risc mare de distrugere în cazul furtunilor

poluare vizuală ( adică faptul că au o apariție neplăcută ) , poluare sonoră ( sunt prea gălăgioase ).

Fig 1.9 Câmp eolian[14] Fig 1.10 Schema unei turbine eoliene[15]

1.3.5 Centrale solare

O centrală solară este o centrală electrică funcționând pe baza energiei termice rezultată din absorbția energiei radiației solare. Din punct de vedere tehnic sunt experimentate două sisteme de coversie a energiei solare :

1. Sistemul termodinamic transformă energia solară în căldură , fiind apoi utilizată într-o centrală electrică clasică. Centralele electrice termo-solare produc electrictitate folosind o turbină alimentată cu aburi produși prin clototirea unui lichid cu ajutorul radiațiilor solare. Centrala solară se amplasează în zone geografice cu radiație solară puternică pe durată mare a zilei.

2. Sistemul fotovoltaic transformă energia solară în curent continuu. Energia radiantă a soarelui este astfel transformată în energie electrică. Efectul fotovoltaic generează curent direct fără a se utiliza piese metalice sau a face zgomot.

Sistemele fotovoltaice au rar nevoie de întreținere și nu poluează mediul înconjurător.

Fig 1.11 Câmp cu panouri fotovoltaice[16] Fig 1.12 Panouri fotovoltaice pe casă[17]

Electricitatea fotovoltaică are mult avantaje :

Tehnologia poate fi utilizată aproape oriunde deoarece soarele strălucește peste tot

Echipamentul de producție poate fi aproape întotdeauna instalat în apropierea locului de consum , evitându-se astfel pierderile de electricitate datorate distribuției și transportului

Dimensiunea instalației poate fi ajustată cu ușurință în conformitate cu nevoile și resursele disponibile

Nu există poluare in timpul funcționării. Nu sunt emisii de gaze , deșeuri , risc de accidente fizice

Foloseste o sursă de energie gratuită si inepuizabilă

Poate genera atat electricitate , cat si caldură

Dezavantajele :

Acoperisul clădirii poate sa nu fie corect orientat , adica spre sud

Tehnologia este scumpă , dar costurile sunt in scădere.

1.4 Domenii de ulitizare a energiei electrice

Energia electrica este forma de energie cu ponderea cea mai insemnata , ce se utilizeaza atat in procesul de producere a bunurilor materiale cat si al consumatorilor casnici. De asemenea se preconizeaza ca in viitor ea sa devina cea mai importanta energie utilizata.