Sursele Regenerabile de Energie

Cuprins

Cap. 1. Cadrul legislativ cu privire la Sursele de Energie Regenerabila

Introducere

Legislatia europeana cu privire la SRE

Legislatie romaneasca armonizata cu privire la SRE

Politici europene în domeniul SRE

Cap 2. Sursele regenerabile de energie

2.1. Producerea energiei utilizând radiația solară

2.2. Producerea energiei utilizând potențialul hidraulic al apelor

2.3. Producerea energiei utilizând energia vântului

Cap 3. Sisteme hibrid de producere a energiei

Cap 4. Optimizări/avantaje ale sistemelor hibrid față de sistemele cu o singură sursă

Cap 5 Concluzii

Atenție: citările sunt absolt obligatorii, altfel exista suspiciune de plagiat. In acest sens, sursa de unde ai luat un text se indică prin paranteze dreptunghiulare [xx] si se trece si la sfarsit in Bibliografie.

CAPITOLUL 1.

CADRUL LEGISLATIV CU PRIVIRE LA SURSELE DE ENERGIE REGENERABILA

INTRODUCERE

Energia este și va rămâne una din preocupările globale majore ale secolului al XXI-lea. Datorită faptului că se preconizează o creștere majoră a cererii de energie pe plan global în anii următori, s-au ridicat diverse întrebări referitoare la furnizările de energie în viitor, la competitivitatea economică a diverselor surse de energie și la impactul asupra mediului înconjurător.

În conformitate cu Noua Politică Energetică a Uniunii Europene elaborată în anul 2007, energia este un element esențial al dezvoltării la nivelul Uniunii. Dar, în aceeași măsură este o provocare în ceea ce privește impactul sectorului energetic asupra schimbărilor climatice, a creșterii dependenței de importul de resurse energetice precum și a creșterii prețului energiei.

Pentru depășirea acestor provocări, Comisia Europeană considera absolut necesar ca UE să promoveze o politică energetică comună, bazată pe securitate energetică, dezvoltare durabilă și competitivitate.

Îngrijorarea provocată de dependența tot mai accentuată de importurile de energie din Rusia a transformat politica energetică într-una dintre prioritățile Uniunii Europene. Aproximativ 50% din energia consumată in cadrul U.E. provine din țări care nu sunt membre ale U.E. Fără schimbarea nivelului producției energetice și ținand cont de creșterea previzibilă a consumului, această dependență va ajunge la 70% pană in 2030. Dependența față de țările Orientului Mijlociu, care dețin 65% din rezervele actuale de petrol va crește. Incepand cu 2020-2030, tensiunile economice și politice pot determina diminuarea resurselor fosile ușor de exploatat și concentrarea lor in zone instabile politic, care dăunează securității aprovizionării țărilor Uniunii Europene [1].

La actuala cerere de petrol se estimează că resursele se vor epuiza în următorii 40 de ani, rezervele natural de gaz se vor epuiza în 60 de ani, cărbunele fiind combustibilul fosil cu rezervele cele mai importante preconizându-se ca va mai servi populația încă 200 de ani de acum înainte. Cererea energetică pană în 2050 va fi îndeplinită în mare parte, ca și acum, prin energia produsă de combustibili fosili, fapt care va avea consecințe dramatice asupra mediului, ignorându-se astfel și necesitățile generațiilor viitoare.

Energia a devenit un factor strategic în politica globală, o componentă vitală și un factor de cost pentru dezvoltarea economică și progresul societății în ansamblu, generând o serie de preocupări majore la nivel mondial. În situația limitării resurselor primare de energie, pentru a se atinge durabilitatea în acest domeniu este nevoie ca energia să se producă, să se furnizeze și să se consume într-un mod mai eficient decat până acum. Dacă nu sunt realizate schimbări în privința producerii, transportului și consumului energiei, omenirea s-ar putea confrunta cu o criză energetică majoră în următoarele decenii. Scopul politicii energetice a Uniunii Europene este asigurarea de rezerve sigure și ieftine de energie, rezerve care nu pun în pericol sănătatea și mediul [2].

O alternativă viabilă pe care se bazează populația este energia regenerabilă ale cărei surse sunt inepuizabile și care oferă o varietate de posibilități pentru satisfacerea nevoilor consumatorilor.

Energia regenerabilă sau energia ”verde” cum mai este numită nu are efecte negative asupra mediului înconjurător, de aceea este sursa noilor proiecte care le vizeaza Uniunea Europeană. Prin alegerea unor astfel de surse de energie regenerabilă consumatorii pot susține dezvoltarea unor energii curate care vor reduce impactul asupra mediului și vor crește independența energetică.

1.2. Legislatia europeana cu privire la SRE

Energia a fost si continua sa fie un domeniu reglementat exclusiv prin politici naționale și cu o implicare directă a guvernelor naționale datorita monopolului natural pe care îl constituie activitățile de transport și distribuție în cadrul sectorului de energie (ceea ce permite integrarea in consecinta pe verticală, sub formă de monopoluri, a diferitelor activități), datorita rolului esențial pentru comunitate pe care îl joacă energia, fie ca resursă primară, fie ca energie electrică, motiv pentru care s-a simțit nevoia unui control strict guvernamenta precum si datorita caracterului strategic al sectorului de energie, în special energia electrică (gazul/petrolul intr-o măsură mai mică). Aceste caracteristici au contribuit la crearea unei relații guvern-industrie pe tema energiei, care a dominat decenii, și care se poate descrie sub forma unui model de organizare care implică controlul centralizat asupra sistemului enegetic. Modelul a funcționat o perioadă lungă de timp, acumulând nemultumirea consumatorilor față de faptul că, în nici una din fazele de operare ale sistemului de energie, ei nu sunt parte la procesul de luare a deciziilor. Un alt neajuns important a fost determinat de faptul că cei care planifică, conduc și operează sistemul nu-și asumă nici un risc, costul unor judecăți greșite fiind întotdeauna plătit de consumatori, în dubla lor calitate de consumatori și plătitori de impozite. Această relație rigidă, tradițională, guvern-industria de energie este afectată, de ceva timp, de o schimbare ce pare ireversibilă. Vechile strategii au început să se modifice, monopolurile naturale, fie proprietate de stat, fie sub controlul acestuia, care funcționau într-o configurație centralizată, au inceput să se destrame și să se reorienteze spre clienți și competiție.

Caracteristicile noului tip de abordare sunt diferite, și anume:

– separarea activităților, pentru a permite concurența;

– libertatea de a investi în activități concurențiale (în locul planificării centralizate);

– libertatea de a contracta la tarife competitive (în locul tarifului fixat);

– accesul la rețea și infrastructură;

– supravegherea sistemului de către reglementatori independenți (în locul guvernului);

– adaptarea la tehnologia informației.

Crizele de energie din anii 70 au condus la inițierea de programe costisitoare pentru construcția de centrale nucleare și alocarea de subvenții pentru energiile alternative. S-a creat Agenția Internațională a Energiei, cu scopul de a supraveghea alocarea resurselor financiare și a încuraja diversificarea formelor alternative de energie. In același timp, au început să apară politicile naționale de energie și agențiile de implementare. Dupa anii ‚80, mai ales sub influența a două fenomene: globalizarea economiei mondiale și liberalizarea piețelor de energie, piata energetica s-a diversificat si complicat. Globalizarea a adus în discuție rolul statelor națiuni, nu în sensul reducerii, ci al transformării funcțiilor lor și depolitizarea spațiului național pentru unele sectoare economice.

Dupa anul 2000, Scopul principal al politicii energiei al Comisiei Europene consta in dezvoltarea procesului de regenerare a energiei, in special a energiei produse cu ajutorul vantului, a apei, a energiei solare si biomasei. Comisia Europeana justifica acest obiectiv prin precizarea a catorva motive si anume: Energia astfel obtinuta are un rol important in reducerea emisiilor de di Energia astfel obtinuta are un rol important in reducerea emisiilor de dioxid de carbon (CO2) – un obiectiv major al Comisiei Europene; Dezvoltarea schimbului de energie sporeste sprijinirea industriei. Totodata, ajuta la imbunatatirea securitatii schimbului de energie prin reducerea dependentei Comunitatii de sursele de energie de import. Reinoirea surselor de energie se asteapta a fi mult mai econome in comparatie cu sursele de energie competitive, estimandu-se in termen de la mediu la termen lung. Nevoia Comunitatii de a sprijini inlocuirea surselor de energie este evidenta. Cateva tehnologii, in special energia vantului, dar si hidroenergia pe o scara mai mica, energia biomasei si aplicatiile solar-termale sunt viabile si competitive din punct de vedere economic. Celelalte, in special energia fotovoltica (constand in paouri de silicon care genereaza electricitate pe baza solara) depind numai de volumul produs si de cererea economiei. Programul Comunitatii Europene intitulat „White Paper for a Community Strategy” stabileste o strategie prin care se dubleaza schimbul de energie regeneratain domeniul consumului de energie in Uniunea Europeana pana in 2010 (adica de la 6% in pezent la 12%), incluzand si un program de atingere a acestor obiective in formatul unui plan de actiune.

Cele mai importante caracteristici ale planului de actiune pot fi considerate aspecte precum masurarea pietii interne in sfera fiscala, reinoirea politicilor Comunitatii care au suefrit schimbari in producerea si distribuirea de energie regenerabila, propuneri pentru intarirea colaborarii intre statele membre. Măsurile legislative și acțiunile luate la nivel național pentru utilizarea surselor regenerabile de energie. Prin adoptarea Cartii Verzi „Spre o strategie europeana pentru siguranta in alimentarea cu energie” se incurajeaza si se subliniaza necesitatea depunerii unor eforturi considerabile in vederea restrangerii folosirii combustibililor fosili si dezvoltarii de surse alternative de energie. Astfel, se precizeaza ca sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la cresterea resurselor interne de energie, devenind astfel o prioritate a politicii energetice comunitare. Țintele asumate la nivel European privind utilizarea energiilor regenerabile se regăsesc și ele în măsurile legislative naționale. Prin Directiva 2001/77/EC privind „Promovarea energiei electrice produsa din surse regenerabile pe piata unica de energie”, statele membre adopta o politica de incurajare a productiei de energie electrica din surse regenerabile si de stimulare a agentilor economici care valorifica astfel de surse. Principalele directii de actiune ale Directivei 2001/77/EC constau in:

cresterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie in productia de energie electrica

stabilirea unei cote tinta a consumului de energie electrica produsa din surse regenerabile de energie

adoptarea de proceduri adecvate pentru finantarea investitiilor in sectorul surselor regenerabile de energie

simplificarea procedurilor administrative privind implementarea proiectelor ce valorifica sursel regenerabile de energie.

1.3. Legislatie romaneasca armonizata cu privire la SRE

Primele măsuri luate de Guvernul României în întâmpinarea recomandărilor și legislației Europene au fost legate de liberalizarea sectorului energetic. Deschiderea pieței de energie electrică a început în anul 2000, iar din anul 2005 toti consumatorii, cu exceptia celor casnici au devenit eligibili, ceea ce corespunde unui grad de deschidere a pietei de energie electrică de 83,5%. Liberalizarea integrala a pietei de energie electrica, inclusiv pentru consumatorii casnici a avut loc la data de 01.07.2007. Câteva din cele mai importante măsuri legislative luate de Guvern pentru liberalizarea pieței enetriei electrice dar și pentru susținerea producerii de energie regenerabilă: Legea nr. 199/2000 republicata in Monitorul Oficial nr. 954/27.11.2006 privind utilizarea eficienta a energiei. Aceasta are drep scop crearea cadrului legal necesar pentru elaborareasi aplicarea unei politici nationale de utilizare eficienta a energiei, in conformitate cu prevederile „Tratatului Cartei energiei”, ale „Protocolului Cartei energiei” privind eficienta energetica si aspectele legate de mediu,si cu principiile care stau la baza dezvoltarii durabile. Legea cuprinde un capitol intitulat „Stimulente fiscale si financiare pentru activitati care conduc la cre[terea eficientei energetice”, care prevede ca, pentru finantarea investitiilor care au ca obiectiv principal cresterea eficientei energetice, consumatorii de energie pot beneficia de sprijin financiar din Program de pana la 50% din valoarea proiectului.

Acordarea de stimulente financiare pentru promovarea eficientei energetice se face cu respectarea legislatiei in vigoare cu privire la acordarea ajutorului de stat. Hotararea nr. 941/29 august 2002 privind organizarea si functionarea Agentiei Romane pentru Conservarea Energiei (ARCE). Acesta este organ de specialitate la nivel national in domeniul eficientei energetice, cu personalitate juridica, autonomie functionala, organizatorica si financiara, in subordinea Ministerului Industrieisi Resurselor, cu finantare din venituri extrabugetaresi din alocatii de la bugetul de stat. ARCE are, printre altele, urmatoarele atributii si responsabilitati principale: elaborarea politicii nationale de utilizare eficienta a energiei; promovarea surselor noi, regenerabile de energie: biomasa, eoliana, geotermala, minihidro, solarasi altele. Hotararea nr. 443 din 10 aprilie 2003 privind promovarea productiei de energie electrica din surse regenerabile de energie, publicata in Monitorul Oficial nr. 288 din 24 aprilie 2003. Aceasta implementeaza in legislatia romana Directiva 2001/77/EC privind promovarea producerii de energie electrica din surse regenerabile de energie si stabileste cadrul legal necesar promovarii programului de crestere a contributiei surselor regenerabile de energie la productia de energie electrica. Prevederile prezentei hotarari se aplica energiei electrice produse din urmatoarele surse de energie regenerabile: energie hidro produsa in centrale cu o putere instalata mai mica sau egala cu 10 MW, puse in functiune sau modernizate incepand cu anul 2004, energie eoliana, solara, geotermala, biomasa, a valurilor, precum si hidrogen produs din surse regenerabile de energie.

Directiva UE 2003/30/CE (mai 2003) privind promovarea si folosirea in transporturi a biocombustibililor si a altor combustibili regenerabili. Romania a adoptat directiva UE prin HG 1844 din 2005, asumandu-si obiectivul ca pana la 1 ianuarie 2007 sa inregistreze o cota de consum de biocarburanti de 2% din totalul combustibililor consumati la nivel national, cota urmand sa creasca gradual pana la 5,75% pentru 2010si pana la 20% pentru 2020. Legea nr. 571/2003 privind Codul fiscal roman. Aceasta prevede la art. 201 scutiri pentru uleiuri minerale. Conform art. 201 litera (l)si art. 23.8 din Hotararea nr. 44/2004, cu modificarile la zi, biocarburantii produsi in totalitate din biomase sunt scutiti total de la plata accizelor. In conformitate cu prevederile art. 3 din Hotararea nr. 1844/2005, biodieselul face parte din categoria biocarburantilor, fiind definit de lege ca ester metilic, de calitatea motorinei, produs din ulei vegetal sau animal, in vederea utilizarii ca biocarburant. Pentru susținerea producerii energiei electrice din resurse energetice regenerabile, din anul 2005 a fost stabilit un mecanism de promovare bazat pe certificate verzi, prin care furnizorii achiziționează certificate în cote obligatorii, proportional cu volumul de energie electrica vanduta consumatorilor.

România și-a armonizat în parte legislația națională pentru a răspunde angajamentelor asumate în legătură cu necesitatea atingerii țintelor de utilizare a energiei regenerabile Au fost adoptate măsuri pentru asigurarea îndeplinirii țintelor asumate pentru o pondere de 33% a energiei regenerabile din totalul energiei electrice consumate, acordându-se prioritate livrării în rețea a energiei provenite din surse regenerabile (Legea 220/2008 modificata prin OUG 88/2011 si prin Legea 23/2014 pentru aprobarea OUG 54/2013 pentru modificare si completare). Prin aceste normative, Romania se obliga sa indeplineasca obiectivul de opondere de 24% a energiei din surse regenerabile in consumul final brut de energie in anul 2020.

Sistemul de promovare stabilit prin Legea 220 se aplica pentru energia electrica livrata in reteaua electrica si/sau la consumatori, produsa din: energie hidraulica utilizata in centrale cu o putere instalata de cel mult 10 MW, energie eoliana, energie solara, energie geotermala, biomasa, biolichide, biogaz, gaz de fermentare a deseurilor, gaz de fermentare a namolurilor din instalatiile de epurare a apelor uzate.

Legea 220 a fost modificata ca urmare a primirii de catre autoritatile Statului Roman in luna iulie 2011 a deciziei oficiale a Comisiei Europene privind aprobarea schemei suport pentru energia produsa din surse regenerabile prin sistemul de cote obligatorii combinat cu tranzactionarea certificatelor verzi. Cotele anuale obligatorii de energie electrica produsa din surse regenerabile de energie care beneficiaza de sistemul de promovare prin certificate verzi pentru perioada 2010-2020 sunt urmatoarele: 2010 -8,3%; 2011 -10%; 2012 -12%; 2013 -14%; 2014 -15%; 2015 -16%; 2016 -17%; 2017 -18%; 2018 -19%; 2019-19,5%; 2020 -20%.

1.4 Politici europene

1.4.1. Eficiența energetică: investiții într-o sursă de energie mai ieftină și mai ecologică

Realizarea obiectivului UE de a îmbunătăți cu 20% eficiența energetică până în 2020 înseamnă economii echivalente cu producția a 1 000 de centrale pe bază de cărbune sau a 500 000 de turbine eoliene. Eficiența energetică duce la diminuarea cererii de energie, reduce importurile de energie și diminuează poluarea. De asemenea, oferă o soluție pe termen lung la problema reprezentată de insuficiența combustibilului și de prețurile ridicate la energie. În pofida rolului crucial pe care îl are eficiența energetică în reducerea cererii, în prezent este exploatată numai o mică parte din potențialul său economic. Europa rămâne cea mai importantă piață din lume pentru eficiența energetică (reprezentând 40% din investițiile la nivel global în eficiență energetică în 2011), iar BEI (Banca Europeana de Investitii) este cea mai mare instituție de creditare din lume pentru energie curată. China (care investește 3-4% din veniturile obținute anual în sectorul energetice) și SUA (ale cărei cheltuieli în materie de eficiență energetică au crescut cu peste 100% în perioada 2007-2010) se apropie din urmă cu pași mari.

1.4.2. Strategia „Europa 2020” – Obiectivele 20-20-20

Lansată de Comisia Europeană la începutul lunii martie 2010 și aprobată la Consiliul European din iunie 2010, Strategia Europa 2020 vizează pregătirea economiei sociale de piață a Uniunii Europene pentru deceniul următor, atât prin ieșirea din criza economico-financiară și transformarea acesteia într-o economie inteligentă, durabilă și favorabilă incluziunii sociale.

Ca prioritate, documentul prevede creșterea durabilă prin promovarea și dezvoltarea unei economii competitivă, cologică și eficientă din punct de vedere al utilizării resurselor. Prin urmare, creșterea economică a UE trebuie decuplată de consumul de energie pentru a se putea trece la o economie cu emisii scăzute de dioxid de carbon, crește ponderea surselor regenerabile de energie, moderniza sectorul transporturilor, promova eficiența energetică și, cel mai important, reduce dependența de resursele externe

Inițiativa UE pentru o Europă eficientă din punctul de vedere al utilizării resurselor, din cadrul Strategiei Europa 2020, promovează trecerea la o creștere durabilă bazată pe utilizarea eficientă a resurselor și pe o economie cu emisii scăzute de dioxid de carbon. Inițiativa prevede un cadru de acțiune pe termen lung în diverse domenii de acțiune, sprijinind astfel strategiile UE privind schimbările climatice, energia, transporturile, industria, materiile prime, agricultura, pescuitul, biodiversitatea și dezvoltarea regională. Obiectivul urmărit este consolidarea încrederii investitorilor, promovarea inovării și garantarea faptului că noul model de utilizare eficientă a resurselor este integrat în toate politicile relevante.

Pachetul „Energie – Schimbări Climatice”, stabilește pentru UE o serie de obiective pentru anul 2020, cunoscute sub denumirea de „obiectivele 20-20-20”, și anume:

reducere a emisiilor de GES la nivelul UE cu cel puțin 20% față de nivelul anului 1990;

creșterea cu 20% a ponderii surselor de energie regenerabilă (SRE) în totalul consumului energetic al UE, precum și o țintă de 10% biocarburanți în consumul de energie pentru transporturi;

o reducere cu 20% a consumului de energie primară, care să se realizeze prin îmbunătățirea eficienței energetice, față de nivelul la care ar fi ajuns consumul în lipsa acestor măsuri.

De asemenea, UE propune să reducă nivelul emisiilor cu până la 30% până în 2020, doar dacă și alte state dezvoltate vor adopta obiective similare, ca parte a unui viitor acord de mediu global post – 2012. Negocieri pentru un astfel de acord la nivelul Națiunilor Unite sunt încă în derulare [3].

Figura 1.1. Îndeplinirea obiectivelor 20-20-20 până în 2020 (Sursa: Consiliul European)

1.4.3. Piețe energetice deschise și competitive – satisfacerea nevoilor Uniunii Europene

Deschiderea pieței, sporirea comerțului transfrontalier, integrarea pieței și intensificarea concurenței, stimulate prin legislația UE și prin asigurarea respectării normelor în materie de concurență și de ajutoare de stat, mențin sub control prețurile la energie. Dacă prețurile la produsele energetice primare au crescut anual cu 14% în cazul țițeiului, cu aproape 10% la gaz și cu 8% la cărbune între 2002 și 2012, prețurile cu ridicata la energie electrică în UE au crescut mult mai puțin, și anume cu 3,4%.4 Liberalizarea pieței a exercitat o presiune asupra prețurilor în sensul scăderii acestora pe piețele cu ridicata unde a fost permisă liberalizarea. Existența unor piețe competitive a contribuit, de asemenea, la optimizarea utilizării infrastructurii pentru energie electrică și la stabilirea de semnale privind prețurile pentru investiții. Se mai pot face multe îmbunătățiri. În cadrul analizei în curs a costurilor aferente inexistenței unei piețe europene integrate a energiei în ceea ce privește gazul se estimează că beneficiile de piață ale implementării integrale a celui de al treilea pachet legislativ în domeniul energiei obținute în 2015 în comparație cu 2012 (scenariul de bază) ar putea atinge un nivel maxim de 8 miliarde EUR pe an. Aceste beneficii ar putea fi de până la 30 de miliarde EUR pe an dacă UE27 ar fi o piață complet integrată. În ceea ce privește energia electrică, beneficiul integrării (spre deosebire de autonomia națională) ar reprezenta economii anuale de costuri de până la 35 de miliarde EUR.

1.4.4. Reducerea costului energiei regenerabile și al altor resurse energetice proprii convenționale și neconvenționale

Pentru a reduce emisiile de CO2, precum și dependența de energia furnizată de țări terțe și facturile la importul combustibililor fosili, statele membre au mărit până la 13,0 % ponderea surselor de energie regenerabile în consumul final de energie primară al Europei (o creștere de cinci puncte procentuale în decursul a șase ani). În 2011, procentul de energie electrică provenită din surse regenerabile era de 20,6 %. Această evoluție ar putea stabiliza prețurile practicate pe piața angro a energiei electrice, dat fiind că, pentru cele două tehnologii-cheie – aferente generării de energie eoliană și solară, costurile marginale sunt apropiate de zero. Investițiile în surse de energie regenerabile ar putea crea trei milioane de noi locuri de muncă până în 2020 (în prezent, în UE, numărul lucrătorilor din acest sector se ridică deja la 1,19 milioane). În ciuda variațiilor existente între statele membre, progresele realizate până acum de UE sunt suficiente pentru a-i permite acesteia să își respecte angajamentul de a avea o pondere de 20 % a surselor de energie regenerabile în consumul final de energie, conform obiectivului prevăzut de Directiva UE privind sursele de energie regenerabile.

Schemele naționale de ajutor, aplicate în conformitate cu dispozițiile Directivei UE privind sursele de energie regenerabile, au avut un rol decisiv în promovarea unei creșteri puternice a ponderii energiei din surse regenerabile. Cu toate acestea, creșterea ponderii energiei din surse regenerabile este, în continuare, într-o măsură importantă, tributară subvențiilor, iar unele scheme rigide de ajutor nu au avut în vedere scăderea puternică a prețurilor odată cu ajungerea la maturitate a tehnologiilor respective. Prin urmare, s-a ajuns la o situație de supracompensare în condițiile în care se traversa o perioadă de constrângeri economice semnificative. În același timp, modificările bruște ale schemelor de ajutor, în unele cazuri aplicate retroactiv, au accentuat sentimentul de nesiguranță al investitorilor. Nu au fost testate încă mecanismele de cooperare disponibile în cadrul Directivei privind sursele de energie regenerabile, iar schemele naționale de ajutor trebuie aliniate pentru a valorifica dimensiunea europeană a pieței integrate a energiei. Se estimează că schimburile comerciale cu energie din surse regenerabile la scară europeană și atingerea, în condiții de eficiență a costurilor, a obiectivului fixat, respectiv ca ponderea energiei din surse regenerabile să fie de 20 % în toate statele membre, ar contribui la reducerea cu până la 8 miliarde EUR, până în 2020, a costurilor totale asociate sistemului energetic.

O pondere importantă a energiei din surse regenerabile în mixul de energie electrică ridică problema adecvării capacității de generare și a rețelelor de energie electrică. Aceasta devine o problemă tot mai pregnantă în condițiile în care intermitența în generarea energiei electrice solare și eoliene face necesară considerarea altor surse de energie ca surse alternative. Unele state membre au în vedere opțiunea de a plăti pentru capacitatea de producție disponibilă la nivel național („piețe de capacități”), iar această capacitate este de cele mai multe ori bazată pe combustibili fosili. O astfel de abordare riscă să fie ineficientă din punct de vedere economic și este susceptibilă să mențină fragmentarea pieței interne a energiei electrice și să mențină dominanța capacităților de generare de energie bazate pe combustibili fosili.

Există alte măsuri, mai sustenabile din punct de vedere economic și care mențin sau chiar consolidează piața energiei electrice, prin care se poate flexibiliza sistemul astfel încât să se remedieze eventualele probleme de adecvare. Printre aceste măsuri se numără realizarea de investiții în infrastructura transfrontalieră (cu cât este mai mare rețeaua, cu atât este mai ușor să se distribuie mai echitabil energia provenită din surse regenerabile), în măsuri de răspuns la cerere și în soluții de stocare a energiei.

1.4.5. Tehnologie și inovare

Virajul tehnologic necesar pentru a atinge obiectivele pe care și le-a fixat UE în materie de energie nu va fi posibil decât în condițiile unei modernizări substanțiale a infrastructurilor energetice existente.

Cercetarea și dezvoltarea și inovarea în domeniul energiei continuă să joace un rol esențial în procesul de dezvoltare a unor tehnologii energetice mai ieftine, mai eficiente și mai fiabile. În pofida crizei, nivelul cheltuielilor în materie de C&D ale UE ajunge să fie aproape la fel de mare ca cel al Japoniei sau al Statelor Unite ale Americii. Investițiile publice și private în dezvoltarea tehnologică în sectoarele vizate de Planul strategic european privind tehnologiile energetice (Planul SET) au crescut de la 3,2 miliarde EUR în 2007 la 5,4 miliarde EUR în 2010.

Astăzi, întreprinderile din sector contribuie la investițiile totale în materie de cercetare și inovare pentru realizarea obiectivelor prioritare ale Planului SET cu aproximativ 70 % din fonduri, în timp ce contribuția statelor membre este de 20 %, iar a Comisiei Europene de 10 %. Eforturile în materie de C&D ale statelor membre sunt în continuare fragmentate. O mai bună coordonare și punerea în comun a resurselor între statele membre ar putea contribui la sporirea eficienței eforturilor în materie de cercetare, evitându-se suprapunerea eforturilor și permițând atingerea masei critice pentru realizarea de progrese tehnologice semnificative. Eforturile în materie de cercetare ale UE au contribuit considerabil în ultimele două decenii la scăderea prețurilor și la dezvoltarea tehnologică în diferite sectoare energetice cheie, cum ar fi cel al energiei eoliene și sistemul fotovoltaic. Acesta este, printre altele, motivul pentru care costul modulelor fotovoltaice a scăzut drastic (de trei ori în câțiva ani).

Obiectivul prevăzut în Planul SET, ca până în 2030 prețul unui kW să ajungă la 1 EUR, poate să devină deja realitate în 2020. Și în domeniul transporturilor, eforturile UE au permis un început promițător în ceea ce privește biocombustibilii de a doua generație. Începând din 2007, Programul Energie inteligentă-Europa (EIE) a promovat comercializarea tehnologiilor și a abordat problema barierelor netehnologice prin intermediul a peste 300 de proiecte, rezultând investiții conexe cu o valoare de peste 4 miliarde EUR. Prin Programul EIE II s-au stabilit, de asemenea, relații de cooperare cu instituții financiare în vederea mobilizării de investiții de aproximativ 2 miliarde EUR (dintre care 38 de milioane EUR din fonduri europene) în energii durabile, prin mecanismele sale de asistență pentru finanțarea proiectelor (ELENA și Mobilizarea investițiilor în sursele de energie locale). Se așteaptă ca aceste investiții să conducă la economii de energie de peste 2 000 GWh/an.

Sintetizand, Comisia Europeana isi propune sa adopte o serie de orientari si obiective prin care sa reglementeze si sa unifice piata energetica Europeana, punand accent special pe exploatarea surselor de energie regenerabila. Unul dintre cele mai importante aspecte il constituie proiectele eoliene – la acest capitol se doreste triplarea resurselor energetice eoliene pana la sfarsitul lui 2020, de la 4.8%, capacitatea din 2009. De asemenea, o preocupare tot mai mare este acordata proiectelor de sisteme hibrid pentru producerea energiei. Un sistem hibrid pentru producerea energiei electrice înglobează mai multe surse de energie și poate alimenta consumatorii fără întreruperi chiar dacă una din surse nu funcționează.

Se doreste ca fiecare stat sa dobandeasca sansa reala de a-si stabili propriile preturi la energia electrica, atat la nivel regional, cat si la nivel local. Dezvoltarea resurselor autohtone va contribui la dezvoltarea unor noi centre de comercializare, dar si a unor noi piete la vedere.

Probabil ca cel mai important aspect al acestei politici il constituie insa faptul ca in centrul sau se afla persoanele fizice, IMM-urile si industria, adica tocmai consumatorii finali de energie. Acestia ar trebui sa fie atat protejati, cat si informati in mod corespunzator, astfel incat sa poata contribui activ la stimularea concurentei pe piata.

Aceasta contributie ar trebui asigurata prin intermediul cooperativelor locale de energie din surse regenerabile, dar si prin intermediarii de tranzitie colectiva, stocarea descentralizata, utilizarea de aparate inteligente si tehnologii inovative si combinate, si multe altele.

Surse de energie regenerabila

Energia regenerabila este numita de asemenea energie alternativa, energie utilizabila derivata din surse care sunt capabile de a se reface, cum ar fi Soarele (energia solara), vantul (energia eoliana), raurile (energie hidroelectrica), izvoarele termale (energie geotermala), mareele (energia mareelor) si biomasa (biocombustibili).

O resursa neregenerabila este o resursa naturala, care nu poate fi reprodusa, cultivata, generata sau utilizata pe o scara care poate sustine rata de consum. Odata epuizata nu mai este disponibila pentru nevoile viitoare. De asemenea, resursele neregenerabile sunt resursele care sunt consumate mult mai repede decat natura le poate crea, ca de exemplu combustibilii fosili (cum ar fi carbunele, petrolul si gazele naturale), energia nucleara (uraniul) si anumite exemple acvifere. Minereurile metalifere sunt primele exemple de resurse non-regenerabile.

2.1. Energia eoliana

      Energia eoliana reperezinta energia generata prin puterea vantului si prezinta urmatoarele avantaje:

      – se preteaza aplicatiilor la scara redusa.
      – emisii zero de substante poluante si gaze cu efect de sera, datorita faptului ca nu se ard combustibili.
      – nu se produc deseuri

      – costuri reduse pe unitate de energie produsa.

Costul a scăzut substanțial în ultimii ani, ajungând să fie chiar mai mic decât în cazul energiei generate din combustibili clasici. În 2008, prețul energiei eoliene ajunsese la 70 euro/Mwh, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcțiuni tot mai multe unități eoliene cu putere instalată de mai mulți megawați.

 Unul dintre avantajele majore pe care il prezinta sistemele eoliene este costul redus de scoatere din funcțiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de câteva ori mai mari decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcțiune, la capătul perioadei normale de funcționare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

      Dezavantaje:

      – resursa energetică relativ limitată, inconstanța datorită variației vitezei vântului și numărului redus de amplasamente posibile. Puține locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului.

La început, un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de mare de producere a energiei și fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă, prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prin îmbunătățirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenți pe kilowatt oră.

"poluarea vizuală" – eolienele au o apariție neplăcută 

"poluare sonora" (sunt prea galagioase)

turbinele afectează mediul și ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări și necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor.

risc mare de distrugere în cazul furtunilor, dacă viteza vântului depășește limitele admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca ea să fie depășită.

2.2. Energia apei

      Energia apei reprezinta capacitatea apei de a actiona cu o anumita forta asupra corpurilor intalnite in deplasarea sa.

Hidrocentralele  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 electric. Potențialul de a produce energie electrică depinde atât de cădere cât și de debitul de apă. Principiul lor de funcționare constă în transformarea energiei potențiale a apei captate în lacuuri de acumulare în energie mecanică. Din lacul de acumulare, prin conducta forțată, apa cade pe paletele unei turbine hidraulice, rotindu-i axul. Acesta antrenează generatorul electric, care transformă energia mecanică în energie electrică. 

            După puterea produsă sunt de trei feluri:

–         hidrocentrale cu o putere instalată de peste 100kwh;

–         microhidrocentrale cu putere instalată cuprinsă între 5 și 100kwh;

–         picocentrale construite pe pâraie, nu dispun de baraj și au putere instalată sub 5kwh

Avantajele hidrocentralelor constau în costul energiei electrice scăzut, nu necesită combustibili, personal redus sde întreținere și exploatare, nu poluează, siguranță în funcționare, randament 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 derglari ale climei, florei, faunei din zona învecinată, datorită modificării regimului precipitațiilor dispărând specii de plante și animale. Lacurile de acumulare împiedică transportul de substanțe fertile care se depun mai ales în zona gurilor de vărsare a fluviilor, în delte.

2.3. Energia geotermala

      Energia geotermala reprezinta caldura continuta in fluide si rocile subterane. Se mai numeste si energia Pamantului si se utilizeaza in urmatoarele domenii:

incalzirea locuintelor, birourilor, spatiilor de invatamant, a celor comerciale, a spitalelor etc.

pregatirea apei calde menajere

utilizari industriale in sere, acvacultura, piscicultura, uscarea cherestelei, a inului, pasteurizarea laptelui etc.

in domeniul sanatatii – balneologie

pentru producerea de energie electrice.

Centralele geotermanle capteaza energia geotermala pe care o transforma in electricitate.

Se injecteaza prin crapaturi apa rece sub presiune la cativa kilometri adancime, in zonele calde ale scoartei terestre. Apa iese pe alta parte încalzită sub forma de aburi, acestia sunt captati si apoi transformati in electricitate. Ciclul se reia prin pomparea apei acum racite.     

O aplicatie practica a energiei geotermale sunt pompele de caldura. Acestea sunt instalatii care colecteaza caldura Pamantului continuta in ape subterane sau in sol, printr-o retea de conducte instalata fie în pamant, fie într-un bazin sau lac. Apa care circula prin retea ajuta la incalzirea agentului termic ce va genera caldura in casa.

2.4. Energia derivata din biomasa

      Biomasa este partea biodegradabila a produselor, deseurilor si reziduurilor din agricultura, silvicultura, industrie, deseuri urbane.

Lista surselor de biomasa include::

lemn si deseuri de lemn (coji, rumegus, aschii, surcele, etc);

plantatii energetice: salcie, plop, rapita, floarea soarelui, grau, porumb

deseuri agricole: resturi de la recoltare – coceni, paioase, vita de vie

deseuri de la ferme de animale (excremente)

deseuri de apa (namol si biogaz obtinut din centralele de purificare a apei

deseuri industriale

deseuri urbane

Valorificarea energetica a biomasei se poate face prin:

arderea directa cu producere de energie termica

fermentarea cu producere de biogaz

fermentarea cu producere de bioetanol care in amestec cu benzina poate fi utilizat la functionarea motoarelor

transformarea chimica a biomasei de tip ulei vedetal cu producere de biodiesel utilizat pentru motoare diesel

Brichetele de lemn sunt produse din fragmente de deseuri de cherestea, cum sunt rumegusul, surcelele sau bucatile mici de lemn care sunt comprimate sub presiune ridicata. Datorita continutului scazut de umiditate, valoarea energetica a brichetei este mai ridicata decat cea a lemnului. 
      Peletii sunt prelucrati din deseuri de cherestea produse de joagare si companii de prelucrare a cherestelei, precum si din deseuri forestiere. Cele mai utilizate deseuri pentru producerea de pelete sunt rumegusul si surcelele de lemn. Din punct de vedere tehnic este posibil sa se obtina peleti si din coji sau scoarta de copac, bucati de lemn, paie si culturi energetice.

2.5. Energia solara

O cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafața pământului în fiecare zi. Din punct de vedere tehnic sunt experimentate două sisteme de conversie a energiei solare:

sistemul termodinamic transformă energia solară în căldură, fiind mai apoi utilizată într-o centrală electrică clasică. Centralele electrice termo-solare produc electricitate folosind o turbină alimentată cu aburii produși prin clocotirea unui lichid cu ajutorul radiațiilor soarelui Centrala solară se amplasează în zone geografice cu radiație solară puternică pe  durată mare a zilei. O astfel de centrală solară se compune din: captatori solari, câmpuri de oglinzi, conducte, instalații de încălzire și supraîncălzire.

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 mobile sau a face zgomot. Efectul fotovoltaic a fost descoperit de Edmond Bacquerel în 1839 Conversia fotovoltaică cu ajutorul fotoceluleor pe bază de siliciu a fost pus la punct în jurul anilor 1960-1970.

Efectul fotovoltaic este un fenomen fizic care are loc in  semiconductori. Fiecare foton contine o cantitate mica de energie. Când particule de lumină numite fotoni lovesc suprafețele semiconductorilor, își transferă energia către electronii acestor materiale, deplasându-l de pe orbită. Dacă semiconductorul este dopat cu impurități potrivite care fac ca electronii să fie atrași spre o suprafață, se stabilește o sarcină electrică, care stă la baza unui curent electric. Se produce astfel electricitate ce poate fi folosita instantaneu sau inmagazinata in acumulatori. 

1. Lumina (fotoni)
2. Suprafata frontala
3. Strat negativ
4. Strat izolator
5. Strat pozitiv
6. Suprafata posterioara

     Energia electrica este produsa atat timp cat panoul este expus la lumina. Materialele din care sunt fabricate celulele solare sunt semiconductoare si au o durata de viata de cel putin 20 de ani. Randamentul panourilor solare va scadea in timp. Ritmul de scadere in timp al randamentului este garantat de fiecare producator de panouri solare. Uzura panourilor este data de mediul inconjurator si modalitatea de montaj a acestora.

Celulele solare sunt de mai multe tipuri: monocristaline, policristaline, amorfe, film subtire, CIS (copper indium diselenide) si CdTe (cadmium telluride), CIGS, etc. Diferenta intre aceste celule consta in structura si modul cum sunt aranjati atomii. Acest lucru va da si un aspect specific fiecarei celule solare. Diferenta cea mai mare consta totusi in eficienta. 

Eficienta celulei se masoara in procentul de energie luminoasa transformata in energie electrica. Celulele solare monocristaline si policristaline au aproape aceasi eficienta fiind si cea mai mare din multitudinea de celule solare comerciale existente pe piata.

     Panourile solare sunt alcatuite din celule solare. Deoarece o celula fotovoltaica nu produce suficienta energie ca sa poata fi folosita eficient, este nevoie ca mai multe celule, acestea fiind legate in serie – paralel, formand astfel un panou fotovoltaic. Panourile solare fotovoltaice sunt produse in diferite dimensiuni avand puteri variate. Cele mai folosite panouri in gama rezidentiala sunt cele de 50 si 75 W, iar pentru centrale fotovoltaice de puteri mari, panouri solare de 220W.

Suprafata unui panou solar cristalin de 50W este de aproximativ 0,5 m2. Panourile solare se pot conecta si ele la randul lor in serie – paralel formand sisteme de puteri mai mari.n Un sistem solar ce va fi contectat la un singur charger trebuie sa aiba panouri solare de acelasi tip, acelasi producator, aceasi orientare si inclinare si sa nu fie umbrit partial. Daca acest lucru nu este posibil, se vor folosi mai multe chargere.

Panourile solare disponibile comercial au o eficienta cuprinsa intre 5 – 15%. Acest lucru inseamna ca 5-15% din energia luminoasa va fi transformata in energie electrica.

Laboratoare din toata lumea dezvolta tehnologii de panouri solare cu randament mult mai mare (aproape 30%). Dezavantajul acestor panouri solare cu eficienta foarte mare este costul de productie ridicat. Acest lucru a dus la dezvoltarea panourilor thin film (film subtire) ce au un randament mai scazut, dar costul lor este mic.

Radiatia solara ce cade pe sol variaza atat cu perioada zilei, dar poate varia considerabil in functie de locatie, mai ales in zone de munte. Iradiatia solara variaza intre 1000KWh/m2 pe an in tarile din Europa de Nord si 2000 – 2500 KWh/m2 pe an in zonele cu desert. Aceste variatii intre locatii sunt date de diferentele de latitudine si conditiile meteorologice.

     Un panou solar produce energie electrica chiar si cand nu exista radiatie directa. Asadar, chiar daca este innorat afara, un sistem solar va produce energie electrica. Totusi, cele mai bune conditii de obtinere a energiei electrice sunt in zilele insorite, iar panoul indreptat direct spre Soare. Daca nu se opteaza pentru siteme de orientare automata in functie de soare, se va face un compromis in asezarea panourilor. Pentru zonele ce se afla in emisfera nodica, panourile se vor orienta spre sud iar pentru cele din emisfera sudica, se vor orienta spre nord.  O mica deviatie de la orientare oprima nu va avea un efect simnificativ in productia de energie electrica anuala

     Soarele traverseaza cerul de la est la vest. Panourile solare au un randament mai mare daca sunt orientare perpendicular cu Soarele la mijlocul zilei, cand intensitatea luminoasa este cea mai mare. Majoritatea sistemelor solare sunt montate pe acoperis pe un cadru metalic avand o pozitie fixa neputand sa urmareasca Soarele pe durata zilei. Unghiul dintre planul orizontal si panoul solar este numit unghi de inclinare.

1. Radiatia solara pe timp de iarna 

2. Radiatia solara pe timp de vara 

 Deoarece Pamantul se roteste in jurul Soarelui exista variatii si in functie de anotimpuri. Soarele nu va ajunge in acelasi unghi solul ca iarna si vara. Pozita panourilor pe timp de vara este mai „orizontala” decat pe timp de iarna. Acesta pozitie  ar dezavantaja productia de energie pe timpul iernii, asa ca se va face un compromis intre cele doua situatii.  Pentru fiecare latitudine exista un unghi de inclinatie optim. Numai in zonele foarte apropiate de Ecuator, panourile pot avea un unghi de inclinatie aproape de zero.

Deviatii de 5 grade de la unghiul optim au un efect minor asupra productiei de energie electrica. Diferentele datorate conditiilor meteorologie au un efect mai important asupra sistemului fotovoltaic. Pentru sistemele independente, unghiul de inclinare se poate alege in functie de necesarul de energie electrica dintr-o anumita luna.

CAPITOLUL 3 – SISTEME HIBRID DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE

3.1. Necesitatea utilizarii sistemelor hibride de producere a energiei electrice

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

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

3.2. Tipuri de sisteme industriale sau semi-industriale de producere a energiei electrice

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3.3. Strategii utilizate traditional pentru a trece peste dezavantajele utilizarii surselor diferite de energie, inclusiv regenerabila

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3.4. Analiza comparativa a sistemelor de producere a energiei electrice prin prisma utilizarii integrate in sisteme hibride

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

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

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

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

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

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

3.5. Producerea integrata a energiei in sisteme hibride

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

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

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

Exista mai multe variant tehnologice de aplicare a acestei strategii. Utilizarea infrastructurii deja existente la acest moment, respectiv de hidrocentralele construite pina in present, avem nevoie de realizarea unui system de pomare in aval si de un system de curgere gravitational. Acesta din urma este necesar datorita distantelor relativ mari intre hidrocentrale.

Se observa ca este necesara realizarea unui consum de energie pentru pomarea retrograde, dar acesta este folosit doar din surplusul de energie produs de centralele eoliene ce altfel nu ar fi utilizat.

Este de remarcat faptul ca in acest moment hidrocentralele sint relative indepartate unele de altele pe cursul unui riu, din considerente tehnologice si de oportunitate geografica. Construirea de noi hidrocentrale ar putea sa nu mai foloseasca aceleasi criteria de construire din punct de vedere al amplasarii si a puterii nominale. In Romania exista multe riuri si cu debit suficient de mare pentru a justifica amplasarea unei hidrocentrale si a unui baraj de acumulare. Dezvoltarea unor succesiuni de hidrocentrale, avind lacurile de acumulare foarte apropiate poate scurta distanta de curgere gravitationala post pompare, cu o crestere a eficientei energetice si o scadere a costurilor de implementare a unei astfel de abordari. Singura limita realizata de debitul scazut al unui curs de apa este reprezentat de durata de amorsare (de umplere cu apa) a unui astfel de lant de hidrocentrale.

Costurile unei astfel de modalitati de inmagazinare a energiei electrice, comparativ cu utilizarea unor acumulatori de mare capacitate sint greu de evaluat, datorita implicarii unor factori deversi de natura geografica. Se poate estima insa ca sint necesare costuri foarte ridicate pentru inmagazinarea energeiei electrice in acumulatori, si se evita utilizarea unor capacitati de inmagazinare foarte mari in mod uzual.

Este foarte interesant daca o astfel de inmagazinare a energiei electrice in energie potential poate sa inlocuiasca acumulatorii electrici. Este de remarcat ca acestia au capacitati din ce in ce mai mari, si preturi din ce in ce mai mici. La fel ca in cazul hidrocentralei, sistemele de uz casnic-gospodaresc, au costuri care depend de multe variante constructive. Cea mai simpla este reprezentata de existent unor rezervoare suprapuse din care apa este pompata sau trecuta prin turbine pentru producerea de energie electrica.

Eficienta energetica scazuta a unui astfel de sistem de inmagazinare a energiei este relative putin semnificativa, datorita inmagazinarii unei energii ce altfel ar fi pierduta. In mod evident, daca randamentul energetic necesar este ridicat, se pot utiliza alte sisteme de produs/inmagazinat energie.

Datorita dimensiunilor mari ale sistemului de inmagazinare a energiei electrice in energie mecanica potentiala, aceasta poate fi integrate in sisteme care au mai multe utilizari. De exemplu, acest sistem ar putea fi integrat in structura locuintelor, blocurilor sau in structura sistemelor eoliene de producere a energiei electrice. Se poate realiza o multipla utilizare a acestei cantitati de apa, ca tampon de sursa de apa potabila, menajera, sau pentru utilizarea in stingerea incendiilor.

Producerea integrata a energiei electrice folosind energia mecanica potentiala ca system de inmagazinare a energiei eoline si/sau fotovoltaice, concomitant cu utilizarea producerea de energie in hidrocentrale, poate fi o sursa importanta de stabilitate pe piata de energie electrica, dar si o potential sursa de producere a energiei electrice out of the grid.

Optimizări/avantaje ale sistemelor hibrid față de sistemele cu o singură sursă

Sistemele hibrid de producere a energiei electrice au citeva avantaje de mediu greu de egalat, respectiv reducerea poluarii si a gazelor cu efect de sera. Sursele regenerabile de energie au un character de perenitate, ce permite utilizarea lor fara frica de a le epuiza. Utilizarea sistemelor hibride pot avea ca avantaje semnificative reducerea dependentei de combustibili (in principal fosili), cu o crestere a disponibilitatii in utilizare.

In mod concret, nu exista o singura varianta rentabila economic din punct de vedere al utilizarii resurselor enrgetice regenerabile, dar trebuiesc identificate obtiunile tehnice si promovate in mediul celor care stabilesc politicile de dezvoltare energetica si economica, dar si in rindul celor care utilizeaza cele mai noi tehnologii in domeniu. Schimbarile tehnologice sint foarte rapide, si impunerea lor pe piata depinde doar de de politicile companiilor ce detin drepturile de proprietate intelectuala. De exemplu, utilizarea celulelor fotovoltaice avind capacitatea de a utilize mai multe lungimi de unda din radiatia luminoasa, sau rulmentii energetic eficienti bazati pe suspensie magnetica sint doar citeva avansuri tehnologice din ce in ce mai prezente in sistemele fotovoltaice si eoliene.

Modelul standard de utilizare a surselor regenerabile folosind ca tompon de energie acumulatori electro-chimici aduce avantaje semnificative pe palierul disponibilitatii energiei electrice, dar avind ca o contrabalansare un cost crescut de achizitie si de intretinere/inlocuire.

Folosirea integrata a energiei mecanice potentiale ca sursa de energie sau doar ca modalitate de inmagazinare aduce un randament electric mai redus, dar cu un cost echivalent pentru pentru intretinere mult mai redus. Combinind aceste aspecte cu capacitatile foarte mari de inmagazianre a energiei mecanice potentiale care se pot realize folosind hidrocentrale, si caracterul de pierdere a energiei eoliene sau fotovoltaice neutilizate in momentul producerii, aceste sisteme hibride de producere si inmagazinare a energiei electrice pot sa reprezinte o alternative economica viabila.

Pentru un calcul economic concret al optimizarilor este necesara o abordare integrate in proiectarea si realizarea barajelor de acumulare, pornind de la premise de retro-pompare, sau in cazul constructiilor izolte, pornind de la premiza integrarii in structura a sistemelor de depozitare apa cu diferente de nivel.

Optimizarile in dezvoltarea de sisteme hibrid de producere a energiei electrice pot sa tina cont de un deziderat strategic important, reprezentat de scaderea pe cit se poate de dependenta sistemului de transport al energiei electrice, prin dezvoltarea unor sisteme loco-regionale, mai degraba decit dezvoltarea de concentrari mari ale surselor de producer a energiei. Se creste astfel rezistenta sistemului la avarii sau accidente ale sistemului de transport al energiei. Existenta unui relief variat si a unei retele hidrografice bogate, prezenta propunere de dezvoltare a strategiei de producer integrata a energiei electrice din surse regenerabile cu inmagazinarea acesteia in energie mecanica potential pote reprezenta un model de success atit strategic cit si economic. Trebuie tinut cont si de faptul ca o astfel de abordare poate sa folosesca sisteme integrate cu hidrocentrale cu o putere instalata mult peste cea justificata de debitul riurilor in abordarea traditional.

Criteriile de optimizare la nivel de producere industrial a energiei electrice se refera la oportunitatile geografice si economice. Amplasarea unor succesiuni de hidrocentrale cu capacitate de retro-pompare in apropierea oraselor sau a marilor consumatori de energie poate sa cresca eficienta economica a centralelor eoliene deja amplasta in Dobrogea. Scaderea pretului energiei electrice poate duce la o scadere a dependentei de gaz rusesc, aspect important mai ales in contextual instabilitatilor politice si militare din zona.

Se pot enumera criterii de siguranta in amplasarea hidrocentralelor, datorita riscurilor de rupere sau distrugere accidentala sau nu a barajelor. Existenta posibilitatii de a realize foraje si de a devia cursul unor riuri importante asfel incit sa sa reduca la minim acest risc, poate duce la o oportunitate semnificativa de conversie profesionala pentru mineri, ce sint destul de afectati de reducerea progresiva a carbunelui in productia de energie electrica.

Criterii importante de optimizare a productiei hibride integrate de energie electrica sint reprezentate de politicile guvernamentale de acordare a licentelor de mediu. Hidrocentralele in principal dar si centralele eoliene au criteria stricte de avizare, proiectare si construire. Este nevoie de dezvoltarea unei politici guvernamentale care sa stimuleze dezvoltarea unor lanturi de hidrocentrale cu o capacitate de retropompare. Pentru a asigura o usurinta in asocierile dintre producatorii de energie electrica din diferite tipuri de energie regenerabila este necesara dezvoltarea unor facilitati economice care sa justifice aceste asocieri si investitii suplimentare (in capacitatea de retro-pompare). Scaderea costului la energia electrica ar putea sa duca la o crestere a competitivitatii economiei romanesti, cu o amortizare rapida a investitiilor statului concretizate in facilitate fiscale (reduceri de taxe si impozite).

Datorita efortului foarte mare in calcularea si calibrarea unor astfel de sisteme hibrid la necesarul local in continua schimbare, este nevoie de un sprijin din partea Guvernului Romaniei in dezvoltarea unor indrumatoare de calcul, precum si o crestere a transparentei necesarului sistemului energetic national si a procesului decisional din acest sistem. Aceasta se poate realiza de exemplu prin finantarea unui proiect de cercetare cu aceasta tema.

CAPITOLUL 4. OPTIMIZAREA SISTEMELOR HIBRID DE PRODUCERE A ENERGIEI ELECTRICE

4.1. Criterii de performanta

Sistemele hibrid trebuie sa tina cont de citeva criterii la proiectare si punere in practica. Caracterul inconstant in timp al producerii de energie electrica din surse de energie regenerabila. Este foarte important de evidentiat daca este necesara utilizarea out of the grid sau se poate acoperii o parte din consum din reteaua nationala de transport si distributie a energiei electrice.

Pentru a pune in evidenta aceste criterii, trebuie definita problema in termeni de consum mediu, consum maxim, perioade de lipsa de productie a energiei electrice din anumite surse de energie, capacitate de inmagazinare a energiei electrice, costuri de productie si/sau inmagazinare pentru diferitele forme de energie regenerabila (in termeni de investitie initiala si de cheltuieli de intretinere/functionare/inlocuire).

In anumita locatie, unde se intentioneaza dezvoltarea unui sistem hybrid, cheltuielile pentru productia unei unitati de energie din diferite forme de energie este o caracteristica locala, ce se calculeaza dupa formule standardizate. Este necesar ca, pe linga aceste costuri, sa se evalueze si riscurile de lipsa a productiei de energie din lipsa/insuficienta sursei de energie regenerabila.

Ca o prima observatie, criteriile de lipsa/insuficienta a sursei de energie regenerabila sint reletiv independente una fata de alta pentru fiecare sursa de energie regenerabila. Astfel, o utilizare a mai multor surse de energie, necesita o capacitate de depozitare a energiei mai mica fata de varianta ce utilizeaza o singura sursa de energie regenerabila, pentru aceeasi probabilitate de a avea o insuficienta in productia de energie electrica, la acelasi consum si la aceeasi valoare a proiectului.

Un sistem hibrid de producere a energiei electrice fotovoltaic-eolian este compus din:

Generator eolian: transformă energia mecanică a vântului în energie electrică

Panouri solare fotovoltaice: transformă radiația solară în energie electrică de curent continuu.

Generator cu motor cu ardere internă.

Regulator de încărcare [controler hibrid sau independent controler solar și controler eolian]: comandă încărcarea și descărcarea acumulatorilor în condiții de siguranță

Invertor: transformă curentul continuu produs de turbina eoliană și/sau panourile fotovoltaice în curent alternativ.

Acumulatori: înmagazinează energia produsă pentru a fi consumată ulterior.

Consumatori: aparatele electrice din clădire alimentate la invertor (CA) sau la acumulatori (CC).

Exemple de sisteme hibride includ:

Sistem hibrid fotovoltaic-eolian 

Turbine eoliene cu baterie de stocare si generatoare diesel de rezerva;

Celule de combustie cu oxid solid combinate cu o turbina de gaz sau o microturbina;

Motor Stirling combinat cu un sistem „solar dish“;

Motoare (si alte mecanisme primare) combinate cu dispozitive de stocare a energiei electrice cum sr fi volanti.

Avantajele primare ale Sistemele Hibride de Producere a Energiei Electrice sunt acelea ca ele pot:

proteja consumatorii de sarcina de variatia temporara a pretului energiei creata de nepotrivirile dintre cerere si ofertaposibilitatea de furnizare;

creste fiabilitatea furnizarii de energie, evitandu-se astfel costuri semnificative asociate cu intreruperile de curent;

oferi mijloace eficiente din punct de vedere al costului pentru a minimiza impactul resurselor intermitente, marindu-se astfel rezervele de producere a energie;

micsora impactul mediului asupra producerii de energie electrica.

Centralele eoliene au o productie a energiei electrice dependent de tipul constructiv, dimensionarea turbinei, viteza vintului si distributia in timp a acestei viteze. Cele mai utilizate central eoliene sint cele cu rotor orizontal si trei pale, si acestea sint evaluate in continuare.

Pwg = Cp x ηgb x ηg x 0.5 x ρ x Awt x V3 = ηt x 0.5 x ρ x Awt x V3

In aceasta formula Pwg, este puterea generate prin turbine eoliana, Cp este eficienta turbine, ηgb este randamentul cutiei de viteze, ηg este randamentul generatorului, ρ este densitatea aerului (dependenta de altitudine si temperatura), Awt este suprafata elicei, V este viteza vintului, ηt = Cp × ηgb × ηg este randamentul total.

La majoritatea turbinelor cu 3 pale si rotor orizontal, randamentul total este de aproximativ de 30%.

Centralele fotovoltaice au o formula de calcul a productiei de energie electrica dupa cum urmeaza:

Ppv = ηpv × Apv × Ir

In aceasta formula Pvt este puterea produsa prin central fotovoltaica, ηpv este eficienta transformarii energiei optice in energie electrica (ce depinde de material, tip constructiv, temperatura), Apv este suprafata panourilor fotovoltaice si Ir este densitatea de energie solara cu care sint iluminate panourile fotovoltaice.

Inmagazinarea energiei in acumulatori, depinde de tipul de acumulatori folositi, gradul de descarcare a acumulatorilor, ce poate scadea durata de viata a acestora, si randamentele diferitelor etape si procese.

In starea de incarcare (SOC) se poate calcula utilizind formula:

In starea de descarcare se poate calcula SOC utilizind formula:

In aceste formule, Pload(t) este puterea consumata de sarcina locala la momentul t; Δt este intervalul de timp luat in calcul; ηdcdc,ηacdc si ηinv sint randamentele transformarilor DC/DC, AC/DC respectiv a invertorului; ηcha si ηdis sint randamentele de incarcare si rescarcare a acumulatorilor; ηwr este randamentul indus de pierderile termice din fire; Ubus este tensiunea nominal a acumulatorilor.

Pentru o durata mai mare de viata a acumulatorilor starea de descarcare maxim admisa trebuie sa fie cit mai apropiata de starea maxime de incarcare admisa.

SOCmin ≤ SOC(t) ≤ SOCmax

In aceasta formula SOCmin este starea minim admisibila de incarcare iar SOCmax este starea maxim admisibila de incarcare. SOCmin depide de tipul de acumululatori folositi, si se coreleaza de obicei cu SOCmax. Aceasta dependenta poate fi depasita, din considerente de asigurare a energiei in perioadele de scadere/lipsa de productie de energie din surse regenerabile, dar duce la o scadere a duratei de viata. Uzual, SOCmin poate ajunge la 0.3 din SOCmax.

SOCmax este dependent de capacitatea nominala totala (Cn) a acumulatorilor.

In aceasta formula Nbat este numarul total de acumulatori; Nbat este numarul total al acumulatorilor conectati in serie, Nbatp este numarul total al acumulatorilor conectati in paralel, Cbat este capacitatea unui accumulator.

Obiectivele de proiectare a unui sistem hibrid de producere a energie electrice tin de probabilitatea de a avea o productie de energie electrica inferioara consumului (LPSP). Aceasta probabilitate se calculeaza in conditiile in care puterea produsa este mai mica decit cea consumata si SOC(t) ≤ SOCmin.

In cazul folosirii unui sistem hibrid de productie a energiei electrice bazat pe central eoliene, fotovoltaice si acumulatori, aceasta probabilitate se calculeaza dupa formula:

In aceasta formula DE(t, Apv, Awt, Cn) este deficitul de energie la ora t.

Problemele potentiale ce pot aparea in exploatare, sunt in general urmatoarele:

Zona eoliana

generator eolian cu magneti permanenti: putere nominala 1.5 kW, turatie, tensiune, curent

controller de turatie la rotor eolian inclus

tip de franare/reconectare in caz de furtuna/vant normal (semnal generat de anemometru, semnal generat de tensiune borne)

corelare generator/convertizor CA/CC + charge controller

Zona solara

– adaugare dioda blocare panou PV

charge controller

proiectare si realizare tracker solar, constructie electrica si mecanica simpla, eficienta si robusta, sistem blocare vant

tip de motor rotativ sau liniar (curent continuu / pas cu pas)

Zona grup electrogen

– sistem automat de pornire/oprire functie de SOC baterie acumulatori

functionare exclusiva sau in paralel cu celelalte generatoare

Zona retea

– Invertor ce asigura tensiune sinusoidala 230 V, f = 50 Hz

– contor energie activa si eventual reactiva

– sarcina reostate industriale, becuri, sarcini utilizator etc.

Zona de interfata

functionare robusta in paralel a sistemelor eolian, solar si eventual grup electrogen cu transfer de energie directa catre consumatori si incarcare simultana a bateriei de acumulatori

parametrii sistem culesi in vederea transmiterii la distanta

MONITORIZAREA DATELOR EXPERIMENTALE

Sistemul de monitorizare are, în conformitate cu normele UE, urmatoarele obiective de bază:

– verifică dacă instalațiile, pe subsisteme și în ansamblu, operează în concordanță cu datele de proiectare;

– furnizează informații pentru teste periodice și/sau analiză de date;

– verifică dacă se ating performațele preconizate.

Sistemul de monitorizare este conceput pe 3 nivele:

– nivelul măsurării parametrilor de proces

– nivelul achiziției de date

– nivelul de prelucrare și analiză pe suport PC

CONCLUZII

Durabilitatea, competitivitatea și securitatea aprovizionării rămân principalii vectori care ghidează politica energetică a Uniunii Europene, în scopul de a asigura energie consumatorilor la prețuri accesibile. Pe de o parte, se disting tendințe de normare a unei piețe energetice unice, dar cu menținerea prerogativelor statelor membre asupra domeniului strategic al energiei. Pe de altă parte, criza economică și recesiunea ce a urmat au amplificat demersurile pentru o politică energetică unitară. Cele mai importante obiective ale politicii energetice se referă la:

–       siguranța alimentării cu energie în condiții de competitivitate, resurse sigure și diverse. Siguranța privește atât importurile de energie și materii prime, cât și livrările către consumatori. În perspectivă globală, creșterea populației duce la creșterea necesităților vitale de energie.

–       sisteme de energie competitive, în condițiile liberalizării prețurilor, diversificării surselor de alimentare către consumatori și protecției mediului. Sistemele energetice trebuie să sprijine o economie competitivă și, în același timp, să fie competitive în interiorul lor.

–       protecția mediului, referitor la reducerea ploilor acide și a emisiilor gazelor cu efect de seră, prin introducerea celor mai performante tehnologii printer care, sistemele hibride de producer sunt cele mai interesante.

Anexa 1. Sisteme hibrid pentru producerea de energie electrica disponibile pe piata romaneasca

Pe piata romaneasca in domeniu, cele mai. folosite. sisteme hibride sunt cele solar-eoliene care combina panourile fotovoltaice cu generatoarele. eoliene.

Un sistem hibrid este compus din:
  -panouri fotovoltaice
  -generator eolian
  -generator cu motor cu ardere interna
  -regulator de incarcare
  -invertor
  -acumulatori 
Avantajul unui astfel de sistem este folosirea mai multor surse de producere a energiei electrice care functioneaza atat ziua cat si noaptea.

Sistem hibrid 500W- 1560 EUR
  -generator eolian 300W
  -panouri fotovoltaice 200W
  -regulator12/24V- 20A
  -invertor sinus pur 1000W
  -acumultori 12V/150A-2buc.
Caracteristici:
  -tensiune de iesire 220Vc.a.
  -putere instantanee 1000W
Protecie:la scurtcircuit,suprasarcina,supraincarcare acumulator,descarcare acumulator.

Sistem hibrid 1000W – 2822 EUR
  -generator eolian 500W
  -panouri fotovoltaice 500W
  -regulator12/24- 30A
  -invertor sinus pur 1500W
  -acumultori 12V/150A-4buc.
Caracteristici:
  -tensiune de iesire 220Vc.a.
  -putere instantanee 1500W
Protecie:la scurtcircuit,suprasarcina,supraincarcare acumulator,descarcare acumulator.

Sistem hibrid 2000W – 5162 EUR
  -generator eolian 1000W
  -panouri fotovoltaice 1000W
  -regulator12/24- 30A-2buc.
  -invertor sinus pur 1500W
  -acumultori 12V/150A-8buc.
Caracteristici:
  -tensiune de iesire 220Vc.a.
  -putere instantanee 2000W
Protecie:la scurtcircuit,suprasarcina,supraincarcare acumulator,descarcare acumulator.

OFERTA SISTEME HIBRIDE ENERGIE REGENERABILA EOLIAN – FOTOVOLTAIC

Sistem hibrid 400 W (300 W eolian – 100 W fotovoltaic)

Autonomie la putere nominală în lipsa oricărei alte surse de energie: 5,4 ore

Sistem hibrid 500 W (300 W eolian – 200 W fotovoltaic)

Autonomie la putere nominală în lipsa oricărei alte surse de energie: 7,2 ore

Sistem hibrid 1.500 W (1.000 W eolian – 300 W fotovoltaic)

Autonomie la putere nominală în lipsa oricărei alte surse de energie: 5,8 ore

Sistem hibrid 2.000 W (1.000 W eolian – 1.000 W fotovoltaic)

Autonomie la putere nominală în lipsa oricărei alte surse de energie: 5,5 ore

Sistem hibrid 2.500 W (2.000 W eolian – 500 W fotovoltaic)

Autonomie la putere nominală în lipsa oricărei alte surse de energie: 7,2 ore.

Sistem hibrid 3.000 W (2.000 W eolian – 1.000 W fotovoltaic)

Autonomie la putere nominală în lipsa oricărei alte surse de energie: 6 ore.

Dimensionarea acumulatorilor este orientativă și se poate schimba în funcție de nevoile clientului.

Concluzii .

1. Legislația și normele europene. impun cercetarea, proiectarea și realizarea de instalații care folosesc surse regenerabile combinate. in sisteme hibrid, in scopul eficientizarii si a reducerii efectului de seră.

2. Pe piața instalațiilor hibride există diverse produse care să aibă caracteristicile viabile dar exista si un interes continuu si crescand. in ceea ce priveste. folosirea sistemelor hibride.

3. Proiectarea și realizarea instalațiilor hibride eolian-solar-acumulatori, este fezabilă datorită dezvoltării industriei de componente. electronice, senzori integrați, elemente de execuție și componente specifice instalațiilor de. climatizare.

Contribuții personale .

Contribuțiile. personale. cele. mai importante ale autorului sunt date de efectuarea unui studiu bibliografic substanțial privind:

– energiile regenerabile. – surse alternative de energie;

– bazele teoretice ale. sistemelor hibride. de producere de energie;

– studiu de piata.

BIBLIOGRAFIE

http://www.tpahorwath.ro/sites/default/files/publications/downloads/download_wind_energ_report_romania_2014.pdf

http://ec.europa.eu/europe2020/pdf/energy2_ro.pdf

http://www.gse.it/it/salastampa/GSE_Documenti/Guida%20Fonti%20Rinnovabili

MANUAL RESURSE REGENERABILE DE ENERGIE,

www.sciencedirect.com, Life cycle cost, embodied energy and loss of power supply

probability for the optimal design of hybrid power systems Dhaker Abbesa, André Martineza, Gérard Champenois