Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

  • View
    229

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    1/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTIFACULTATEA DE ENERGETIC

    SPECIALIZAREA: INGINERIE ECONOMIC

    PROIECT DE DIPLOM

    Cresterea utilizarii surselor de energie regenerabila,in special energia solara, pentru alimentareaconsumatorilor casnici

    Conductor de proiect: Absolvent:Prof. univ. dr. ing. Gheorghe Militaru Codrut Serb

    2010

    Serb Codrut 1

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    2/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    CAPITOLUL I _____________________________________ 3

    RESURSELE DE ENERGIE MONDIALE NCONTEXTUL GLOBALIZRII ______________________ 3

    1.1. SURSE DE ENERGIE LA NIVEL GLOBAL: LIMITE I PERSPECTIVE ...........3CAPITOLUL III __________________________________ 27

    Serb Codrut 2

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    3/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    CAPITOLUL IRESURSELE DE ENERGIE MONDIALE N CONTEXTUL

    GLOBALIZRII

    1.1. SURSE DE ENERGIE LA NIVEL GLOBAL: LIMITE I PERSPECTIVE

    Omenirea se confrunt cu o serie de probleme i presiuni, a cror soluionare cere

    atenie, gndire i aciuni concrete, la scar naional i internaional.

    Globalizarea reprezint procesul prin care distana geografic devine un factor tot mai

    puin important n stabilirea i dezvoltarea relaiilor transfrontaliere de natur economic,

    politic i socio-cultural. Reelele de relaii i dependenele dobndesc un potenial tot mai

    mare de a deveni internaionale i mondiale.1

    Abordarea global n domeniul economico social a fost iniiat de CLUBUL DE LA

    ROMA, organism apolitic fondat n anul 1968, pentru care problematica mondial a devenit o

    preocupare emblematic. Au fost publicate o serie de rapoarte:

    - Limitele creterii- 1972

    - Omenirea la rspntie-1974

    - Restructurarea ordinii internaionale 1976

    - Hran pentru 6 miliarde 1983

    - Revoluia desculilor 1985

    - Prima revoluie global 1992, lucrare conceput de doi mari economiti

    Alexander King i Bertrand Schneider. Acest raport arat procesul dezvoltrii

    globale i enumer msurile de politic economico-social ce se impun pentru

    asigurarea perspectivei globale a lumii.

    Problemele omenirii sunt aspecte fundamentale ale vieii, fr soluionarea crora nu

    sunt posibile progresul i bunstarea tuturor popoarelor.

    Istoria civilizaiei umane evideniaz faptul c problemele omenirii nainte de a fi

    rezolvate trebuie s fie descoperite, localizate n timp i spaiu, corect formulate cu ajutorul

    tiinei i integrate ntr-o strategie realist de dezvoltare.

    Dintre problemele urgente i permanente ale omenirii se pot enumera:

    - sprijinirea dezvoltrii continue a tiinei i punerea cuceririlor ei n slujba

    mbuntirii vieii oamenilor;

    - degradarea mediului natural;

    - creterea rapid a populaiei;

    1 Ioan Bari Globalizarea i problemele globale, Editura Economica , Bucureti , 2005 , pag. 18

    Serb Codrut 3

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    4/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    - criza alimentar i subdezvoltarea;

    - imensele cheltuieli militare;

    - asimilarea oceanului planetar i a consumului pentru progresul i bunstarea

    popoarelor;

    - inflaia i crizele financiar monetare i economice;- extinderea necontrolat a urbanizrii;

    - tranziia la economia de pia a fostelor ri comuniste;

    - energia i materiile prime.

    Globalizarea acestor probleme pentru omenire se bazeaz pe unicitatea economiei

    mondiale i este legat de faptul c apar, ntr-o anumit msur, n aproape toate rile, conin

    elemente tehnice, social-economice, politice i ecologice comune, se afl ntr-o interaciune

    permanent i tot mai puternic, determinnd programarea n lan a efectelor i necesitndeforturi conjugate pentru rezolvarea lor.1

    n contextul dezvoltrii durabile, o caracteristic a secolului XXI, resursele energetice i

    materiale, se nscriu ca fiind o problem esenial. Avnd un caracter complex i

    multidimensional-tehnologic, economic-social, politic, ecologic, prin natura, caracterul i

    implicaiile ei, problema resurselor naturale se dovedete a fi o problem global.

    Dimensiunea global a problemei resurselor naturale, cu deosebire energetice, este dat

    de amploarea fr precedent a solicitrii acestor resurse concomitent cu faptul c a devenit tot

    mai evident caracterul limitat i spectrul epuizrii lor i c s-a amplificat gradul de

    interdependen a rilor privind valorificarea acestor resurse, aprnd noi i complexe

    probleme cu privire la necesitatea asigurrii accesului tuturor rilor la resurse, n vederea

    susinerii dezvoltrii economice.1

    Importana energiei rezid n rolul de factor de progres, fiind element fundamental al

    securitii economice i reprezint o premiz pentru securitatea internaional.

    Problema energiei este strns legat de cea a materiilor prime: pe de o parte, pentru c

    producerea energiei depinde de existena n cantiti ndestultoare a unor resurse specifice

    (combustibili fosili-petrol, gaze naturale, crbune; sau minerali-uraniu, plutoniu), iar pe de alt

    parte, deoarece pentru extragerea i obinerea n stare pur a minereurilor este necesar energie.

    1.2. RESURSE ENERGETICE

    1 Ibidem ,pag . 191 Ibidem , pag . 187

    Serb Codrut 4

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    5/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Sursele energetice ocup un loc central n avuia naional, constituind att condiiile

    materiale, ct i fora motrice necesar pentru dezvoltarea produciei bunurilor materiale i a

    serviciilor.

    Sursele clasice sunt considerate resursele energetice epuizabile: crbunele, petrolul, gazele

    naturale, isturile bituminoase, nisipurile asfaltice i minereurile radioactive. Resurseleenergetice clasice oferite de Terra sunt limitate, consumul lor reclam o mai judicioas folosire

    pe plan naional i

    mondial.

    Combustibilii sunt materiale, n general de origine organic, care ard cu vitez mic n

    contact cu oxigenul din aer, cu formare de dioxid de carbon i ap (sau numai ap n cazul

    hidrogenului) i dezvoltare de cldur. Combustibilii sunt clasificai dup starea de agregare n condiii naturale de

    temperatur i presiune, dup provenien, mod de preparare, destinaie.Combustibilii solizi naturali includ: crbunii (antracit, huil, lignit- cu o putere caloric

    variabil de la 8000 Kcal/kg pentru antracit pn la 3000 Kcal/kg pentru lignit), turba (crbune

    tnr), lemnul, paiele, tizicul (dejecii animale i vegetale).

    Combustibilii lichizi naturali i artificiali sunt n general, produsele petroliere propriu-

    zise, folosite n diferite scopuri, rezultate din prelucrarea ieiului (uor, mediu, greu, extra greu,

    isturi bituminoase), care includ: benzinele din distilarea atmosferic, de la cracarea termic i

    catalitic, de la reformare catalitic, combustibili diesel (motorine i fracii mai grele),

    combustibili distilai, reziduali (pcur).

    Combustibilii gazoi naturali din diferite hidrocarburi ncepnd cu metanul singur sau

    mpreun cu omologi superiori ( etan, propan, butani, etc.) cu o putere caloric ntre 5 i 13500

    Kcal/mc.

    Combustibilii gazoi artificiali cuprind biogazul (metan), acetilen, hidrogen, eten,

    gazele rezultate din nclzirea la temperaturi ridicate a crbunilor n operaiile de gazificare,

    cocsificare. Gazele lichefiate rezult, n special, de la prelucrarea ieiului i cuprind propan i

    butani, sau amestecul lor.

    Combustibilii nucleari sunt materiale care conin n compoziia lor materiale fisionabile.

    Energia nuclear reprezint energia care se obine prin procesul de fisiune a nucleelor de uraniu

    235 (izotop radioactiv). Fisiunea are loc cnd neutronii termici (cu energia cinetic foarte

    mic) interacioneaz cu nucleele de uraniu. Energia obinut prin fisiune elibereaz

    la un gram de U235 o cantitate de energie echivalent cu 2500 kg crbune (200 mil. Kcal/gram

    U235 .

    Serb Codrut 5

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    6/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    1.3. REZERVE MONDIALE DE COMBUSTIBILI CLASICI

    Rezervele de crbune au fost evaluate ntre 10.000 i 11.000 mld.tone, din care 1000

    mld.tone sunt rezerve certe (75% crbune superior i 25% crbune inferior).1

    Din totalul rezervelor mondiale, peste 75% sunt deinute de 6 ri: SUA-25%, Federaia

    Rus-16%, China-12%, Australia-9%, India8%, Germania-7%.

    Din punct de vedere comercial, trei dintre rile bogate n crbune sunt cele mai mari

    exportatoare totaliznd 60% din comerul internaional cu crbune: Australia, SUA i Africa de

    Sud.

    rile n care se folosete pe scar larg crbunele sunt: Africa de Sud, China i Polonia.

    Grafic nr. 1

    Rezervele de crbune la sfritul anului 2009

    6%

    7%

    8%

    9%

    12%

    16%

    25%

    17%

    AFRICA DE SUD

    GERMANIA

    INDIA

    AUSTRALIA

    CHINA

    RUSIA

    SUA

    RESTUL LUMII

    Sursa. World Energy Concil, Survey of Energy Resurces 2009

    n Romnia, producia de crbune la nivelul anului 2000 a fost de 41,8 mil.tone. Zonele

    carbonifere cele mai importante ale Romniei sunt: bazinul Banatului (Anina, Doman, Secul,

    Ponor, Baia Nou, Bigr i Cosla), bazinul Petroani (Aninoasa, Petrila, Lonea, Livezeni, Dlja,

    Brbteni, Cmpul lui Neag), bazinul Motru-Jiu-Rovinari, bazinul Vlcea.

    Rezervele mondiale de petrol sunt evaluate la 360 mld.tone, din care certe 137 mld.tone.

    O parte important dintre acestea se regsesc la adncimi foarte mari n platformele submarine

    1 Ibidem, pag. 195

    Serb Codrut 6

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    7/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    polare i subpolare (Alaska, Siberia Occidental), n regiunile ecuatoriale (Golful Mexic,

    Guineea i Amazonia) sau tropicale (Sahara). Rezervele estimate asigur consumul populaiei

    Terrei pe o perioad de 3o-4o de ani.

    Reducerea consumurilor, economisirea materiilor prime, perfecionarea tehnicii viitoare

    de prelucrare, pot asigura prelungirea rolului petrolului ca surs energetic i materie prim.Repartiia geografic a rezervelor de petrol, relev locul deinut de rile din Orientul

    Mijlociu (Arabia Saudit, Kuweit, Iran, Emiratele Arabe Unite, Irak), America de Nord,

    America Latin, crora le revine peste 8o% din rezervele certe. Europa, n general srac n

    petrol, dispune de zcminte submarine n Marea Nordului (Norvegia, Danemarca, Marea

    Britanie). n Romnia s-au descoperit zcminte n Subcarpai i Podiul Moldovei, arealul-

    subcarpatic dintre Valea Buzului i Valea Dmboviei, zonele Cmpiei Romne, Cmpia de

    Vest, depresiunea Trgu Secuiesc, platforma continental a Mrii Negre.Rezervele mondiale de gaze naturale sunt apreciate la 146 mld. mc. Cele mai mari

    rezerve se gsesc n CSI (peste 35% din volumul total al rezervelor sigure), restul n Orientul

    Mijlociu (Qatar, Iran, Arabia Saudit, Kuweit, Irak), Golful Mexic, SUA, Canada, Europa

    (Olanda, Norvegia, Marea Britanie, Romnia, Germania).

    Grafic nr. 2

    Repartiia regional a rezervelor de petrol la sfritul anului 2000

    64%7%

    6%

    8%

    8%

    7%

    ORIENTUL MIJLOCIU

    EUROPA

    ASIA

    AMERICA DE SUD

    AMERICA DE NORD

    AFRICA

    Sursa: World Energy Council, Survey of Energy Resources2009

    Gazele naturale sunt prezente n Romnia n trei zone din Podiul Transilvaniei: nordic

    (Smtel, Bogata, Oarga, Puini); central (Deleni, Basna, Cetatea de Balt, Copa Mic);sudic (Ilimbav, Rui, Dealul Frumos). Producia de gaze a Romniei a fost de 18100 mil.mc.

    Serb Codrut 7

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    8/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    U.S.Geological Survey a publicat n anul 2009 o estimare a cantitilor convenionale de petrol

    i gaze naturale, care pot fi adugate rezervelor n urmtorii 3o de ani (1995-2025). Estimrile

    arat c sunt cantiti nsemnate de petrol neexploatate n Orinetul Mijlociu, zonele offshore ale

    Americii de Sud (Surinam) i Africii (Congo), n Groenlanda (nord-est), n Marea Caspic.

    Cantiti importante de gaze naturale neexploatate sunt estimate a fi prezente n OrientulMijlociu, bazinul Siberiei de Vest, Marea Barents, Marea Kara, Marea Norvegiei.

    Grafic nr. 3

    Rezerve apreciate de gaze naturale n 2009

    37%

    6%

    4%1%11%

    7%

    34%

    EUROPA

    AMERICA DE NORD

    AMERICA LATINA

    OCEANIA

    ASIA

    AFRICA

    ORIENTUL MIJLOCIU

    Sursa: World Energy Council, Survey of Energy Resources, 2009

    Serb Codrut 8

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    9/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    1.4. SURSE ALTERNATIVE DE ENERGIE

    La consumul de energie, rezervele disponibile de petrol i gaze naturale vor scdea

    considerabil n secolul XXI, dup toate previziunile acestea epuizndu-se. Arderea petrolului,

    gazelor naturale, a crbunelui pentru obinerea energiei folosit n transporturi, n industria

    manufacturier, energia folosit la nclzirea cldirilor i producia de energie electric, este un

    factor de poluare a mediului nconjurtor prin producerea unor mari cantiti de bioxid de

    carbon, aceasta determinnd serioase probleme de mediu la nivelul Terrei.

    Toate acestea, epuizarea resurselor, efectele de mediu (unele ireversibile), precum i

    creterea cererii de energie a rilor industrializate face tot mai necesar preocuparea pentru

    cutarea, identificarea i valorificarea resurselor de energie alternativ.

    Energia nuclear este una din cele mai folosite surse de energie datorit rentabilitiiacceptabile i a nivelului tehnic realizat la aceast or. Energia nuclear poate fi produs n

    dou moduri: prin fisiune i prin fuziune.

    Prin fisiune sunt folosii atomi grei cum ar fi Uraniul, care se dezintegreaz i genereaz

    o mare cantitate de energie. ns reacia este instabil i se produce o mare cantitate de radiaii.

    Reziduurile rmase n urma reaciilor sunt radioactive, nocive i trebuie depozitate n condiii

    speciale.

    Prin fuziune se folosesc atomi uori cum ar fi Hidrogenul. Sunt folosii izotopiihidrogenului, Deuteriul i Tritiul. Prin unirea atomilor se elibereaz o mare cantitate de energie,

    ns i aceast reacie este foarte instabil. Avantajul este faptul c hidrogenul este prezent n

    cantiti mari, nu este poluant, este reciclabil i poate fi stocat.

    Energia nuclear este o form de energie numai aparent curat. n realitate, orice

    accident la o asemenea central poate duce la rspndirea n zone extrem de ntinse de substane

    radioactive, iar n situaii extreme se pot produce explozii nucleare. O problem major pentru

    generaiile viitoare, fr o soluie real acum, este gestionarea deeurilor radioactive extrem depericuloase. n Europa, cel mai mare productor de energie nuclear este Frana, care asigur

    70% din consumul propriu. ri precum Germania i Belgia vor s renune la obinerea energiei

    din aceast surs. Perspectivele construirii de noi centrale nuclearo-electrice sunt sumbre la

    nivelul mondial datorit costurilor foarte mari, temerilor populaiei n urma incidentelor de la

    Cernobl i Three Mile Island. n SUA, costurile per kilowatt de putere instalat au crescut de 4

    ori n termeni reali pentru centralele construite recent, n comparaie cu o central de acelai tip

    terminat n 1971. n plus, timpul de construire s-a dublat, randamentul centralelor rmnnd

    mediocru. Din 1978 nu s-au mai fcut comenzi pentru reactori nucleari n SUA, iar l3 comenzi

    Serb Codrut 9

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    10/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    fcute ntre 1975 i 1978 au fost anulate sau amnate la infinit. n Japonia i Suedia au aprut

    noi tehnologii care ar putea face ca energia nuclear s devin o opiune acceptabil pentru

    populaie. n Japonia a fost realizat un mic reactor experimental denumit reactor reproductor,

    pentru c i produce singur combustibilul. Acest experiment va fi urmat de alte trei reactoare

    experimentale mai puternice, culminnd ntre 2010-2030 cu punerea n circuitul comercial aunei centrale de 1500 MW. n Suedia a fost realizat un reactor cu siguran intrinsec, care

    poate rezista la cutremure, inundaii, explozii, practic la orice dezastru.

    Energia solar reprezint o surs inepuizabil de energie din punct de vedere al

    utilizrii sale de ctre om. Energia solar poate fi exploatat de oricine i orict, fiind totodat

    cea mai puin poluant dintre toate sursele de energie cunoscute. Aceast energie a fost la

    dispoziia omenirii nc de la nceputurile ei, dar nu a putut fi utilizat datorit dificultilor de

    natur tehnic. n prezent sunt utilizate panouri solare pentru captarea energiei solare, nsconversia energiei razelor solare n cldur sau electricitate se face cu o pierdere de 80-90%,

    acestea neputnd fi captate dect n timpul zilei i astfel energia trebuie s fie stocat pentru a

    putea fi furnizat i pe timpul nopii i n zilele nnorate, ceea ce face destul de dificil utilizarea

    acestei energii, fcnd-o n acelai timp i destul de scump.

    Dei energia solar este practic disponibil pe ntreaga suprafa a globului, ea este

    repartizat inegal, n scdere de la Ecuator spre poli, variabil n funcie de anotimp,

    nebulozitate intermitent, cu alternane zi/noapte. Se impune captarea luminii solare de pe mari

    ntinderi i transformarea acesteia n energie electric folosind celule solare numite celule

    fotovoltaice (sistem fotovoltaic). Astfel, s-a calculat c dac Sahara ar fi acoperit cu un sistem

    de oglinzi capabile s capteze radiaia solar, ar produce energia necesar ntregului glob.

    Specialitii de la Boeing-NASA au conceput pentru viitor un proiect de captare a

    energiei solare n spaiul extraterestru i transmisia acesteia pe Pmnt cu ajutorul

    microundelor. Aceast imens oglind ar avea o suprafa de 100 kilometri ptrai, ar oferi o

    putere de 10000 MW i ar emite permanent datorit amplasrii ei n spaiul extraterestru,

    captarea energiei solare nefiind mpiedicat de factori atmosferici, de ciclul zi/noapte, etc.

    Energia solar nu produce zgomot, nici fum sau reziduuri, procesul helioterm fiind

    practic scutit de uzur i nu necesit nici un fel de ntreinere.

    Energia eolian este una dintre primele forme de energie utilizate de omenire. Printre

    primii utilizatori se numr egiptenii, care au captat energia vntului pentru a naviga de-a

    lungul Nilului (sec.IV dH), persanii pentru prima moar de vnt n sec.VII.

    Morile de vnt au fost perfecionate de ctre europeni ncepnd cu sec.XII, acestea fiind

    utilizate i pentru producerea energiei mecanice (ex. pomparea apei).

    Serb Codrut 10

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    11/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Acum energia eolian este considerat o surs alternativ i este valorificat prin

    folosirea morilor de vnt moderne, care au palete mai uoare i mai puternice. n SUA, n state

    precum California, New Hamphire, Oregon i Montana, pot funciona simultan cteva sute de

    mori de vnt numite ferme de vnt n zone deschise cu vnturi constante.

    Noile tehnologii au mbuntit performana i eficiena morilor de vnt, energia eolianfiind o surs promitoare, curat, ieftin i abundent de energie pentru viitor. n urma studiilor

    realizate, a rezultat c vntul poate furniza de trei ori mau mult energie dect crbunele folosit

    azi n lume i ar produce de tot attea ori mai mult energie dect fora tuturor apelor de pe

    suprafaa pmntului. Prima instalaie eolian de tip industrial a nceput s produc energie n

    statul New Hamphire / SUA n 1981, iar prima instalaie eolian de uz comercial a fost

    construit la Livingstone n statul Montana n 1982. Astzi, turbinele eoliene pot genera 250-

    300 KW.Un obstacol major n dezvoltarea energiei eoliene este gsirea unor terenuri

    corespunztoare, precum i a condiiilor de vnt specifice. Pentru multe din zonele continentale,

    vnturile sunt mai puternice n timpul iernii i al primverii i mai slabe ca intensitate n timpul

    verii i toamnei. Energia vntului este o surs intermitent de energie, aceasta variind n timpul

    zilei, anotimpurilor i chiar de la un an la altul. n zonele n care sunt instalate turbinele eoliene,

    acestea funcioneaz n medie 25-35% din capacitatea total, fa de instalaiile care genereaz

    energie prin arderea crbunelui, ce funcioneaz la 75-85% din capacitatea total.

    Astzi n America de Nord, Europa i pri din Asia, turbinele eoliene sunt conectate la

    sistemele energetice din zonele respective.

    Printre rile care fac eforturi n vederea dezvoltrii, valorificrii eficiente i utilizrii

    energiei eoliene, enumerm: SUA (n prezent producia de energie eolian depete 10% din

    producia de energie electric); Canada; Europa : Danemarca, Gemania, Frana, Olanda, Italia,

    Grecia, Marea Britanie i Spania.

    Energia hidroelectric are perspective mari de utilizare pentru rile n dezvoltare,

    unde potenialul hidraulic complex al rurilor nu este folosit la capacitate comparativ cu rile

    economic dezvoltate, care folosesc aproape la maxim aceast resurs. Amenajrile hidrografice

    i construciile energetice de obicei de mare anvergur, la realizarea crora statele fac investiii

    costisitoare, i dovedesc eficiena prin: producerea energiei electrice la preuri competitive,

    influena favorabil pe care o poate avea asupra produciei agricole, ct i influena benefic

    asupra mediului ambiant.

    Cnd i-a anunat intenia de a elabora un program naional pentru reducerea pn n

    anul 2008 a emanaiilor de CO2 din SUA la nivelul celor din 1990, Bill Clinton se bizuia mult

    pe aplicarea unor tehnologii i pe sursele de energie alternative, n special hidroenergia. Din

    Serb Codrut 11

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    12/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    toate sursele de energie regenerabile, aceasta a fost cel mai mult folosit, dei n ultima vreme

    punerea n aplicare a unor programe hidroenergetice din ri n dezvoltare a fost temporizat din

    motive financiare i sociale sau ecologice. Numai o mic parte din potenialul hidroenergetic

    din rile n dezvoltare este utilizat: 5% n Africa, 8% n America Latin, 9% n Asia, China a

    captat cam 10% din potenialul su exploatabil de 378 GW, cel mai mare din lume.nc din 1966, la Rance n Frana, funcioneaz o central mareomotric, care folosete

    energia mareelor. Japonia ncearc folosirea valurilor cu ajutorul unor dispozitive plutitoare.

    Utilizarea resurselor de ap termal sau a aburilor de ap i dovedete eficiena pentru

    producerea energiei electrice i utilizarea ca agent termic n ri precum Italia, Japonia, Islanda,

    SUA.

    La ora actual se fac studii pentru folosirea energiei termice a oceanelor. Astfel, este

    captat apa cald dintr-o zon superioar i cu ajutorul amoniacului se antreneaz o turbin ndeplasarea sa spre o zon cu ap rece. O astfel de central poate furniza o putere de 200 MW.

    Exist surse disponibile n cantiti enorme pentru producerea petrolului sintetic.

    Condiiile tehnice pot fi asigurate, dar folosirea lor nu este nc rentabil. Cele mai importante

    surse sunt crbunele, isturile petroliere i nisipurile gudronice.

    Specialitii sun unanimi n a recunoate c, n pofida eforturilor ce se fac n direcia

    surselor alternative, la acest moment nu pot aduce modificri notabile n poziia actual a

    surselor de energie clasic.

    Cererea mondial de energie va crete potrivit Bncii Mondiale, ntr-un ritm mediu

    anual de 2,1% pn n 2009, urmnd s ating 15.800 milioane tone echivalent crbune la

    sfritul anului 2010.1 Consumul de energie este influenat de constrngerile financiare i

    ecologice pentru limita inferioar, iar cea superioar de dinamica progresului economic i

    demografic din regiunile mai slab dezvoltate ale lumii. n acest context, cea mai accelerat

    dinamic a cererii (3,6%) este atribuit rilor n dezvoltare, care asigur 53% din sporul total al

    consumului n perioada 1995-2009. Ponderea acestor ri crete de la 25,5% n 1990 la circa

    35% n 2009, iar ponderea rilor industrializate n balana consumului de energie primar se

    micoreaz de la 49,8% n 1989 la 43% n 2009 (tabel l).

    Tabel nr. 1

    Evoluia consumului mondial de energie n perioada 1970-2009 (n lei)

    1970 1990 1995 20091 Ibidem, pag. 200

    Serb Codrut 12

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    13/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    iei 46,0 38,9 36,6 33,3Gaze naturale 17,2 20,5 21,9 24,6Crbuni 30,4 28,5 28,2 28,5

    Electricitate primar 6,4 12,1 12,7 13,6TOTAL 100 100 100 100

    Sursa. Banca Mondial i Comisia Economic a ONU pentru Europa, 2009

    Rezolvarea problemei energiei i materiilor prime vitale pentru viitorul omenirii nu este

    de conceput fr o cooperare internaional n adevratul sens al cuvntului

    UNIUNEA EUROPEAN I SURSE DE ENERGIE REGENERATIVEObiectivele majore ale politicii Uniunii Europene n domeniul energiei sunt: sigurana

    alimentrii cu energie; sisteme de energie competitive; protecia mediului.

    Creterea dependenei Uniunii Europene de sursele externe de energie, combaterea

    schimbrilor climatice i liberalizarea pieelor de energie au accentuat importana siguranei

    alimentrii cu energie, aa cum se reflect i n

    Cartea Verde Spre o strategie european pentru sigurana n alimentare cu energie. Acest

    document consider c sursele regenerabile de energie pot contribui semnificativ la creterearesurselor interne de energie i definete sursele noi i regenerabile de energie drept o prioritate

    politic. Utilizarea surselor regenerabile rspunde astfel att limitrii dependenei Europei de

    sursele de energie externe, ct i respectrii obligaiilor de mediu asumate prin Protocolul de la

    Kyoto, ratificat la 5 martie 2006 de ctre Uniunea European.

    Programul de aciuni Energie inteligent pentru Europa promoveaz n perioada 2007-

    2006, implementarea strategiei din Cartea Verde. n cadrul acestui program, un loc distinct l

    are programul ALTENER, cu un buget propus de 86 milioane Euro, ce urmrete dezvoltareautilizrii surselor regenerabile.

    nc din decembrie 1997, Cartea Alb pentru o Strategie Comunitar i un Plan de

    Aciune Energie pentru viitor: sursele regenerabile a definit strategia n domeniu, i a lansat

    Campania de demarare a investiiilor.

    Obiectivul strategic propus de Cartea Alb este dublarea pn n 2010 a contribuiei

    surselor de energie n totalul consumului de energie din rile Uniunii Europene, i anume de la

    6% la 12%. (tabel 2).

    Serb Codrut 13

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    14/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Tabel nr. 2 Valori de referin pentru energie

    electric din surse regenerabile

    ara / Anul Anul 2008SRE (TWh)

    Anul 2009SRE (%)

    Anul 2010SRE (%)

    Belgia 0,86 1,1 6,0

    Danemarca 3,21 8,7 29,0Germania 24,91 4,5 12,5

    Grecia 3,94 8,6 20,1

    Spania 37,15 19,9 29,4

    Frana 66,00 15,0 21,0

    Irlanda 0,84 3,6 13,2

    Italia 46,46 16,0 25,0

    Luxemburg 0,14 2,1 5,7

    Olanda 3,45 3,5 9,0

    Austria 39,05 70,0 78,1

    Portugalia 14,30 38,5 39,0

    Finlanda 19,03 24,7 31,5

    Suedia 72,03 49,1 60,0

    Marea Britanie 7,04 1,7 10,0

    UniuneaEuropean

    338,41 13,9 22,0

    Romnia 16,76 29,0 32,0Sursa. Mesagerul Energetic

    Obiectivele Campaniei de demarare sunt realizarea n perioada 1999-2007 a: 1 milion

    de sisteme fotovoltaice; 15 milioane m2 colectoare solare; 10.000 MW turbine eoliene; 10.000

    MWt n instalaii de cogenerare cu biomasa; 1 milion de gospodrii nclzite cu biomas; 1000

    MW instalaii cu biogaz; 5 milioane tone combustibili lichizi; 100 de comuniti alimentate

    100% din surse regenerabile.1

    Alturi de atingerea pn n anul 2010 a cotei de 12% privind contribuia surselor

    regenerabile la totalul consumului energetic, un alt obiectiv al Directivei este creterea

    contribuiei surselor regenerabile de la 14% la 22% din consumul brut de energie electric, de

    asemenea pn n anul 2010

    rile Uniunii Europene urmresc s ocupe poziii de vrf n lume la energia solar,

    eolian i geotermic. Conform datelor statistice, poziia de pornire este relativ modest. Pe

    1 Cristian Tntreanu Politica Uniunii Europene privind sursele regenerabile de energie , MesagerulEnergetic

    Serb Codrut 14

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    15/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    ansamblul surselor regenerative, ntre 1973 i 2000 a avut loc o cretere de la 4 la 6 procente.

    Dintre acestea, partea cea mai mare de 55% revine biomasei, urmat de energia hidraulic cu

    36% i de geotermie cu 7%. n ciuda faptului c cea mai mare cretere s-a nregistrat n ultimele

    decenii la energia solar i la cea eolian, ele nu formeaz mpreun dect 2% din acest

    ansamblu.Distribuia pe ri la obinerea curentului din resurse regenerative nepoluante este ct se

    poate de diferit n cadrul Uniunii. n ceea ce privete acionarea generatoarelor cu puterea

    vntului, Germania este de la distan campion european avnd o putere instalat de 9000 MW.

    Un salt spectaculos a fcut Spania care s-a plasat n scurt timp pe locul doi. Poziia a treia este

    ocupat de Danemarca. Pn n anul 2010 Bruxelles-ul calculeaz pentru ntreaga Uniune

    European o putere instalat de energie eolian de 85.000 MW.

    Pe Coasta Andaluz se afl cea mai mare central termic solar din lume. Cu un sistemde sute de oglinzi asamblate, energia soarelui este focalizat ntr-un receptor din ceramic, unde

    aerul este nclzit la 1000C. Puterea instalat a centralei solare este de circa 9 MW. n ciuda

    acestei staii model, potenialul obinerii de curent cu lumina soarelui este nc redus n

    Peninsula Iberic. Exist totui proiecte : n apropiere de Granada vor fi construite dou staii

    convenionale cu oglinzi parabolice, fiecare cu o putere de 50 MW, iar lng Sevilla va fi

    montat o central energetic solar cu o putere de 13 MW.

    Temperaturi de peste 1000

    C se gsesc i la 40 KM sub scoara pmntului . Dar nu estenevoie s se foreze att de adnc. Geologii germani au descoperit chiar i la 5 km adncime n

    roca din grabenul de pe cursul superior al Rinului, temperaturi de 250C. Suficient pentru a

    construi pn n anul 2006 o central de 6 MW. Regiunea de la grania dintre Germania i

    Frana are un potenial enorm de nclzire i constituie locul de desfurare al unui proiect

    european. Principiul este urmtorul : este pompat ap n adnc, unde, n contact cu roca

    fierbinte, se nclzete. Apa cald este absorbit printr-un sistem de pompe i este folosit

    pentru acionarea unei turbine, n scopul obinerii de curent. n domeniul geotermiei, poziia de

    vrf n Europa o au Suedia, Germania i Austria. Specialitii din Danemarca au conceput un

    prototip al unei instalaii pentru obinerea curentului din energia valurilor mrii i hul.

    Exploatarea acestei forme de energie se afl n faz incipient.

    Serb Codrut 15

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    16/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    CAPITOLUL II

    SURSE REGENERABILE DE ENERGIE OBIECTIVE

    ECONOMICE I DE PIA

    Energiile regenerabile constituie o surs aproape nelimitat de energie dac se iau n

    considerare necesitile de energie ale omenirii n comparaie cu energia primit de la soare. Ele

    sunt n cea mai mare parte naionale sau locale i prin urmare, sigure. Prin surse regenerabile se

    neleg, de regul:

    - energia hidro

    - energia eolian

    - energia solar- biomasa

    - energia geotermal, resurse care au nceput deja s aib anumite ponderi n balanele

    de energie primar.

    Alturi de acestea, n literatura de specialitate pot fi ntlnite referiri la energia valurilor,

    energia mareelor, etc.

    Sursele regenerabile (numite n urm cu civa ani i surse noi de energie) reprezint

    de fapt cele mai vechi surse de energie utilizate. nc din comuna primitiv oamenii senclzeau i i preparau hrana arznd lemne (deci utiliznd biomasa) i i uscau lucrurile la

    soare (utiliznd energia solar). Morile de ap (utilizate curent n trecut i pe meleagurile

    noastre) reprezint un exemplu clasic de utilizare a energiei hidro. Marile descoperiri geografice

    au fost fcute utilizndu-se corbiile cu pnze, respectiv energia eolian. n fapt, pn la

    sfritul secolului XVIII (cnd a nceput prima revoluie industrial) dezvoltarea societii

    umane s-a fcut pe baza surselor regenerabile de energie.

    i n prezent, n zonele mai puin dezvoltate (i nu doar n Africa), traiul oamenilor se

    bazeaz pe utilizarea surselor regenerabile, utilizndu-se tehnologii arhaice. n particular,

    aceast situaie este valabil i pentru o parte relativ important din populaia Romniei din

    mediul rural i din zone relativ izolate.

    n accepiunea actual ns, folosirea surselor regenerabile de energie se face utilizndu-

    se cele mai moderne tehnologii. n ultimii zeci de ani, fonduri foarte importante de cercetare-

    dezvoltare au fost dedicate elaborrii i implementrii unor astfel de tehnologii.

    Problema este c energiile regenerabile nu sunt, n general, competitive n raport cu

    sursele de energie convenionale i c ele nu le pot nlocui fr s beneficieze de subvenii

    serioase.

    Serb Codrut 16

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    17/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Acest lucru a fcut ca la summitul de la Johanesburg din 2006 unii vorbitori din ri n

    dezvoltare s declare c utilizarea surselor regenerabile de energie reprezint un lux al rilor

    bogate.

    Pe de alt parte, ri dezvoltate, care nu dispun de resurse interne de combustibili fosili

    (n primul rnd Uniunea European), vd n sursele regenerabile ansa reducerii dependenei deimporturi i de cretere a securitii energetice.

    2.1. INTRAREA PE PIA A SURSELOR REGENERABILE

    Energia hidro este cea care a penetrat cel mai rapid balanele energetice. Hidrocentraleleasigur producerea a 19% (2650 TWh/an) din energia electric la nivel mondial.

    Potenialul tehnic amenajabil este de circa l4400 TWh/an i se consider c peste 8000

    TWh/an pot fi produi n condiii economice. Puterea electric instalat n hidrocentrale este de

    circa 692 GW i ali 110 GW sunt n construcie.

    O situaie pe zone geografice privind capacitatea instalat (n MW) i producia de

    energie electric n hidrocentrale n anul 2006 este prezentat n tabelul 3.

    Centralele hidroelectrice au cele mai reduse costuri de operare i cea mai mare durat devia n comparaie cu alte tipuri de centrale electrice. Exist o experien de peste un secol n

    realizarea i exploatarea lor, ceea ce face ca ele s ating niveluri de performan tehnic i

    economic foarte ridicate.

    Energia hidro nu mai este demult o promisiune, ci o certitudine pentru toate rile lumii

    dezvoltate sau n dezvoltare.

    Serb Codrut 17

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    18/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Tabel nr. 3

    Hidrocentrale: putere instalat i energie electric produs n anul 2006

    ZONA CAPACITATEINSTALAT (MW)

    ENERGIA ELECTRICPRODUS (GWh)

    AFRICA din care:

    - Egipt- Congo- Mozambic

    20 170

    2 8102 4402 180

    73 159

    11 4505 35011 548

    America de Nord din care:- SUA- Canada- Mexic

    160 11379 51166 9549 390

    711 225319 484341 31232 005

    America de Sud din care:- Brazilia- Venezuela- Argentina

    106 27757 51713 165

    8 981

    496 016285 60360 60021 598

    Asia, din care:- China- Japonia- India- Turcia

    174 07665 00027 22922 08310 810

    567 501204 30084 50082 23734 678

    Europa, din care:- Federaia Rus- Norvegia- Frana- Romnia

    214 36844 00027 52825 3355 795

    735 655160 500121 82477 50017 857

    Orientul Mijlociu 4 185 8 434Australia Oceania 13 231 41 918TOTAL MONDIAL 692 420 2 633 908

    Sursa: World Energy Council: Survey of energy sources 2008

    Energia solar poate fi utilizat direct pentru producerea de electricitate (utiliznd

    celule fotovoltaice) sau cldur (cu colectoare solare). Faptul c energia solar este disponibil

    practic pretutindeni constituie argumentul de baz n favoarea sa. Se estimeaz c radiaia

    solar care ajunge pe pmnt reprezint o energie echivalent de l9.000 miliarde tone echivalent

    petrol. Necesarul mondial de energie se ridic la circa 9 miliarde tone echivalent petrol/an, ceea

    ce nseamn c valorificarea unui procent infim (0,05%) ar putea acoperi necesarul total de

    energie. Exist ns i numeroase inconveniente, cele mai importante fiind urmtoarele:

    - costul instalaiilor de valorificare este relativ ridicat i poate bloca realizarea

    aplicaiilor mai ales n zone srace; chiar n rile dezvoltate sunt necesare subvenii

    pe diferite ci. Se nregistreaz o anumit tendin de scdere a preurilor, dar este

    necesar s fie nregistrate progrese semnificative n acest sens;

    Serb Codrut 18

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    19/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    - energia solar are un caracter intermitent; alternana zi/noapte, timp nsorit-timp

    nnorat introduce complicaii tehnice n livrarea energiei atunci cnd este nevoie.

    Sunt necesare instalaii de acumulare care mresc mult costurile;

    - din punct de vedere geografic exist diferene mari ntre zonele care dispun de

    energie solar i zonele de consum.Obinerea electricitii cu celule fotovoltaice nu a depit nc, n cele mai multe ri ale

    lumii faza de instalaii demonstrative i nu exist date statistice globale privind puterea instalat

    i energia produs n astfel de capaciti, n tabelul nr. 4 se prezint puterea instalat n instalaii

    fotovoltaice la sfritul anului 2008, n rile cele mai avansate n aceast direcie.

    Tabel nr.4

    Puterea instalat n instalaiile fotovoltaice la sfritul anului 2006ARA PUTERE INSTALAT (MW)

    Japonia 205,3SUA 117,3Germania 69,5India 44,0Australia 25,3Italia 18,5Elveia 13,4Mexic 12,9

    Olanda 9,2Spania 9,1Frana 9,1

    Sursa: World Energy Council: Survey of Energy Resources 2007

    anse comerciale mai favorabile sunt deinute de instalaii de producere a apei calde.

    Este adevrat c aceste instalaii produc, de regul, energie termic la parametri cobori (ap

    cald), dar necesarul este foarte ridicat, n special n sectorul casnic. Locuine sau diferite cldiri

    civile dotate cu colectoare solare au intrat n cotidian n diferite ri dezvoltate.

    ntr-o situaie mai bun se gsete energia eolian. n ultimii ani au fost realizate

    progrese tehnologice remarcabile, dar n prezent electricitatea produs pe aceast filier nu este

    nc n totalitate competitiv din punct de vedere economic. rile Uniunii Europene care i-au

    propus, din raiuni politice, promovarea energiei eoliene utilizeaz diferite mecanisme de

    susinere. n aceast categorie intr:

    - subvenii directe;

    Serb Codrut 19

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    20/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    - obligarea consumatorilor s achiziioneze o anumit cantitate de energie electric

    produs n instalaii eoliene indiferent de pre;

    - obligarea consumatorilor s achiziioneze o anumit cantitate de energie electric

    produs n instalaii eoliene la un pre minim garantat.

    Modul n care se aplic aceste politici variaz de la ar la ar.O situaie a capacitilor instalate n instalaii eoliene i a produciei de electricitate n

    anul 2008 este prezentat n tabelul nr.5.

    Tabel nr. 5

    Energie eolian: capaciti instalate i energie electric produs n2006

    ZONA Capacitate instalat(MW) Energie electricprodus (GWh)Africa 18 31America de Nord, din care:- SUA

    2 4292 251

    4 7714 488

    America de Sud 57 110Asia, din care:- India

    1 4371 081

    2 7601 900

    Europa, din care:- Germania- Danemarca

    - Spania

    9 3254 4451 771

    1 539

    17 1767 4003 029

    3 750Orientul Mijlociu 19 34Australia - Oceania 48 72TOTAL MONDIAL 13 333 29 954

    Sursa: World Energy Council: Survey of Energy Resources 2007

    Se remarc faptul c la sfritul anului 2006Germania, Danemarca, Spania, SUA i

    India deineau n total 11.087 MW din totalul mondial de 13.333 MW.

    Specialitii apreciaz c perspectivele energiei eoliene sunt favorabile, inclusiv pe

    termen scurt i mediu. Gradul de utilizare a energiilor regenerabile a crescut mult n ultimii ani,

    beneficiind n mai multe ri de sprijin direct din partea guvernelor.

    Uniunea European consider valorificarea surselor regenerabile de energie drept

    obiectiv major al strategiei sale energetice pe termen lung i a stabilit limite cantitative pentru

    fiecare ar n parte i pentru organizaie n ansamblu. Trebuie ns recunoscut c n prezent

    energia regenerabil nu este pe deplin competitiv cu energia clasic. Ptrunderea sa pe pia se

    realizeaz nu pe baze strict comerciale, ci prin susineri guvernamentale sau prin alte

    mecanisme suport.

    Serb Codrut 20

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    21/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Astfel de susineri sunt necesare pentru a asigura viitorul acestor surse. Intensitatea lor

    depinde ns esenial de condiiile locale i se au aici n vedere nu doar condiiile naturale,

    respectiv disponibilitatea surselor regenerabile de energie, ci i condiiile economice.

    2.2. SURSELE REGENERABILE PE PIAA ENERGIEI DIN

    ROMNIA

    Valorificarea la scar larg a surselor regenerabile i ptrunderea lor pe pia trebuie s

    fie sprijinit prin msuri de politic energetic i n consecin se subordoneaz strategiei

    energetice generale la nivel naional sau regional.

    Guvernul Romniei a aprobat Strategia naional pe termen mediu (2005 2009) prin

    Hotrre de Guvern i a adoptat msuri pentru realizarea acesteia. Obiectivul principal al

    strategiei l constituie crearea unor piee eficiente de energie a cror dezvoltare s fie realizat

    n mod durabil, cu respectarea standardelor UE privind utilizarea eficient a energiei i

    proteciei mediului.

    Avnd n vedere situaia real a sectorului energetic, susinerea important a surselor

    regenerabile n vederea ptrunderii lor pe pia nu figureaz printre obiectivele derivate n

    intervalul de timp luat n considerare ( cu excepia realizrii de centrale hidroelectrice de mare

    capacitate). Folosirea surselor regenerabile apare ns explicit drept o decizie privind

    dezvoltarea sistemului energetic pe termen lung. Mai multe msuri au fost deja luate pentru

    implementarea acestei decizii.

    Documentul de poziie la capitolul 14 Energie prezentat de Guvern la negocierile de

    aderare cu UE prevede c n ceea ce privete utilizarea surselor regenerabile de energie,

    respectiv biomas, microhidro, energie geotermal, solar i eolian, Romnia i propune s

    dezvolte o serie de proiecte de implementare a acestor surse alternative de energie.

    Un rol important l are (i l va avea) Hotrre de Guvern privind promovarea produciei

    de energie electric din surse regenerabile de energie (HG 443/2007).

    Este posibil ca partizanii surselor regenerabile s nu fie pe deplin mulumii de aceste

    msuri i s se fi ateptat la un sprijin mai ferm. La analiza obiectivelor economice i de pia

    ale folosirii surselor regenerabile n Romnia trebuie s se in seama de civa factori eseniali,

    printre care:

    - situaia resurselor de energie primar la nivel naional i n perspectiv;- potenialul energetic al SRE;

    Serb Codrut 21

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    22/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    - necesitatea alinierii la strategia i politicile energetice ale UE;

    - competitivitatea energiei regenerabile pe pia;

    - capacitatea de susinere a SRE de ctre societatea romneasc.

    Romnia dispune de importante tipuri de resurse regenerabile cum rezult i din tabelul

    nr.6.Reconsiderarea rolului energiilor regenerabile, obiectiv de baz al politicilor energetice

    la nivel mondial, trebuie luat n considerare ca o opiune important a sectorului de producere

    romnesc .

    Tabel nr.6

    Surse de energie regenerabile

    Surse de energieregenerabile

    Potenialulenergetic anual

    Echivalenteconomic energie

    (mii tep)

    Aplicaie

    Energie solar:- termic- fotovoltaic

    60 x 106 GJ1200 GWh

    1433,0103,2

    termicelectricitate

    Energie eolian 23000 GWh 1978,0 electricitateEnergie hidrodin care 10 MW

    40000 GWh6000 GWh

    516,0 electricitate

    Biomasa 318 x 106 GJ 7597,0 termic, electricitateEnergia geotermal 7 x 106 GJ 167,0 termic

    Sursa: Energetica nr.5/2009

    Puterea instalat n echipamente de producere a energiei electrice care folosesc fora

    vntului, a nregistrat un salt de 37% atingnd 24 800 MW la sfritul anului 2009. Energia

    eolian este sursa de energie cu cea mai nalt rat de cretere pe plan mondial. Creterile

    anuale de putere instalat n ferme eoliene se apropie n prezent de creterile de putere instalat

    n centralele hidroelectrice, la nivel global, i sunt de mai bine de 4 ori mai mari dect puterile

    instalate suplimentar n centrale nucleare n anul 2009.1

    Producia de energie cu ajutorul celulelor fotovoltaice care transform lumina soarelui nelectricitate, a depit, la scar global 300 MW n anul 2009, conform unui sondaj, realizat n

    rndul ntreprinderilor productoare.

    Creterea cu 36% din anul 2009, face ca n aceti ani producia s nregistreze mereu

    sporuri de peste 30%.

    Puterea instalat de 1140 MW, existent astzi n lume, depete cu puin capacitatea

    celei mai mari centrale electrice pe crbune i reprezint mai puin de 1% din puterea total

    produs pe glob. Dac ritmul actual de cretere se menine, actualele celule fotovoltaice vor

    1Energetica, nr. 4, pag. 214

    Serb Codrut 22

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    23/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    putea deveni o surs de electricitate la nivel global, n urmtoarele 3 decenii. Energia produs

    cu bateriile solare, care se instaleaz n rile industrializate, acoper un gol din consumul

    urban, ajutnd la evitarea cderilor de reea n perioadele consumului de vrf, electricitatea

    utilizndu-se chiar acolo unde se produce, eliminnd astfel pierderile din reeaua de transport.O

    nevoie mai mare de a introduce sisteme fotovoltaice conectate la reea apare n rile ndezvoltare, unde peste 1,7 miliarde de oameni triesc fr acces la electricitate.

    Capacitatea Romniei de a sprijini financiar ptrunderea surselor regenerabile de energie

    (n particular a energiei solare i eoliene) este limitat. Partizanii acestui sprijin invoc frecvent

    cazul Germaniei. Literatura de specialitate arat ns c n Germania energiile regenerabile i

    cogenerarea sunt sprijinite de guvern n mod direct cu 2,5 miliarde euro pe an i alte 5 miliarde

    de euro sunt obinute de la consumatori pe diferite ci. Preul mediu al electricitii pentru

    sectorul casnic n Germania este de 15,2 USD/MWh, ceea ce transpus n lei ar nsemna circa5000 lei/kWh. Este greu de conceput ca cetenii Romniei, n calitate de contribuabili sau de

    consumatori de electricitate, s achite astfel de sume.

    Eficiena de utilizare a energiei n Romnia n toate sectoarele de consum final (casnic,

    transporturi, industrie). nainte de a promova sursele regenerabile, rile UE au realizat, nc din

    anii 70, programe importante de eficien. Analizele efectuate au artat c pierderile de

    cldur ale cldirilor din Romnia sunt de circa patru ori mai mari dect cele ale cldirilor din

    UE. Programele de introducere a surselor regenerabile ar trebui astfel i n Romnia s fie

    precedate de programe de cretere a eficienei energetice. Efectele locale (asupra

    consumatorilor) i cele generale (asupra balanei energetice naionale etc.) ar fi extrem de

    importante i ar avea un grad de certitudine mai ridicat. De asemenea, costurile implicate ar fi

    mai reduse la acelai efect util. n ultimele dou decenii s-au dezvoltat programe de cercetare-

    dezvoltare, care au acoperit practic toat gama de surse regenerabile. Aceste programe au fost

    motivate, pe de o parte, de resursele naturale favorabile i, pe de alt parte, de competena ridicat

    a specialitilor care au dobndit o experien valoroas n acest domeniu.

    Dup 1990 cercetarea romneasc a reuit s se racordeze la proiectele europene, prin

    participarea la programele: JOULE-PECA, ALTENER etc. O component principal a fost

    dedicat aplicaiilor locale, n special din domeniul rural, n strns legtur cu conservarea

    mediului nconjurtor.

    S-au dezvoltat mai ales proiecte demonstrative cu efect direct pentru contientizarea

    potenialilor utilizatori i pentru diseminarea informaiei.

    Serb Codrut 23

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    24/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    2.3. STRATEGIA PROMOVRII SURSELOR REGENERABILE

    DE ENERGIE

    Directiva european 2005/77/EC privind Promovarea energiei electrice produs din

    surse regenerabile, pe piaa unic de energie are ca obiectiv creterea contribuiei SRE de la14% la 22% din consumul brut de energie electric n Uniunea European, pn n anul 2010.

    Justificarea cea mai important pentru decizia politic de a sprijini dezvoltarea SRE este

    contribuia lor la securitatea alimentrii cu energie electric a rilor Uniunii Europene.

    Directiva impune statelor membre o serie de msuri de ncurajare a produciei de energie

    electric din SRE i crearea de faciliti pentru agenii economici ce valorific astfel de surse.

    Printre principalele prevederi ale Directivei, se numr:

    - stabilirea unei cote-int pentru fiecare ar reprezentnd consumul de energieelectric produs din regenerabile, raportat la totalul consumului brut;

    - introducerea unor scheme financiare de suport.

    Intrarea n vigoare Hotrrea de Guvern 443 din 10 aprilie 2007 privind promovarea

    produciei de energie electric din surse regenerabile de energie, care a transpus directiva

    european i a deschis calea pentru formarea cadrului de susinere legislativ i financiar.

    Energetica noastr pare la prima vedere avantajat de ponderea mare ce o are energia

    electric produs n centralele hidro mari, dar o analiz mai atent arat c dezvoltarea SRE nu

    mai poate fi susinut numai n acest fel. Chiar i cota int de 30% prevzut n HG 443 pentru

    anul 2010, o cot modest avnd n vedere c astzi ea este de circa 28%, nu va fi atins fr o

    implementare imediat a unor msuri de sprijin.

    Pornind de la datele din Foaia de parcurs din domeniul energetic HG 890/2007, n

    2010, energia electric produs din centralele hidro mari, inclusiv cea produs n centralele nou

    instalate, va asigura cel mult 26% din consumul naional brut de electricitate.

    Diferena de 4% rmne n sarcina adevratelor surse regenerabile: amenajri hidro de

    mic putere, energia eolian, energia solar, bioenergia (n primul rnd biomasa).

    Aceast diferen reprezint circa 2,9 TWh, care tradus n putere instalat nseamn

    circa 750 MW instalai funcionnd n amenajri hidro mai mici de 10 MW, centrale eoliene,

    grupuri cu cogenerare folosind biomasa.

    De ce totui se simte uneori o reinere pentru promovarea SRE? Diversificarea

    resurselor energetice i valorificarea unor materii prime

    naionale i aproape gratuite este totdeauna binevenit. O cot de 4-5% pentru energia electric

    din SRE, mai scump cu circa 50-60% fa de tarifele de astzi, nu are un impact mai mare de

    Serb Codrut 24

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    25/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    cteva procente asupra acestor tarife, ca s nu mai aducem n discuie i s deschidem cutia

    Pandorei a internalizrii externalitilor.

    Efectul benefic asupra investiiilor strine i dezvoltrii industriei naionale nu este de

    asemenea de neglijat.

    n plus, pentru Romnia SRE pot avea un rol important n electrificarea celor 90 000gospodrii rurale neelectrificate.

    n acest context i cutnd rspuns la ntrebri ca cele formulate la nceput, comitetul

    tehnic Politici energetice i producerea energiei al IRE, prin grupa de lucru cogenerarea i

    utilizarea surselor regenerabile de energie, inclusiv a CHE a organizat, n ziua de 9 octombrie

    2007, masa rotund Strategia promovrii surselor regenerabile de energie.

    Actualitatea mesei rotunde a constat i n faptul c ea a avut loc n perioada elaborrii de

    ctre Ministerul Economiei i Comerului a Strategiei de valorificare a surselor regenerabile deenergie, aprobat apoi prin HG 1535/2007. Strategia prevede o dezvoltare curajoas a SRE i

    confirm anvergura puterii instalate i a investiiilor necesare.

    Diversitatea subiectelor discutate prin lucrrile prezentate a demonstrat complexitatea

    tematicii.

    Dezbaterile legate de strategia SRE n ara noastr au inut capul de afi, mai ales n

    contextul situaiei celorlalte ri n curs de aderare sau candidate la Uniunea European.

    Cotele int stabilite n aceste ri, sunt date n tabelul nr. 7, cu meniunea c valorile

    privind cele 10 ri care au aderat la U.E, au fost confirmate i negociate n procesul de aderare.

    Un subiect amplu discutat a fost tipul mecanismului financiar care ar trebui adoptat n

    ara noastr pentru sprijinul SRE.

    Tabel nr.7

    Cote int stabilite de energie

    Serb Codrut 25

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    26/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Producia SRE n 2009Twh

    Cota 2009 , % Cota 2010 , %

    Cehia 2,36 3,8 8,0Cipru 0,002 0,05 6,0Estonia 0,02 0,2 5,1Letonia 2,76 42,4 49,3

    Lituania 0,33 3,3 7,0Malta 0 0 0,5Polonia 2,35 0,6 7,5Slovacia 5,09 17,9 31,0Slovenia 3,66 29,9 33,6Ungaria 0,22 0,7 3,6TOTAL 10 16,79 5,4 11,1Bulgaria 2,6Romnia 15,5 28,7 30,0

    Sursa: proiect SAFIRE-LP, 2009

    O sintez a situaiei n rile n curs de aderare i cele candidate la UE, este dat ntabelul nr. 8 .

    Tabelnr.8

    Mecanismul financiar adoptat i tarife fixe

    Mecanismul financiarfinanciar adoptat

    Tarife fixe, euro ceni / kWhEolian Biomasa Hidro

    mic putere

    Cehia Tarif fix / Cotan viitor

    8,5 9,4 7,9 9,3 4,9 6,1

    Cipru Tarif fixEstonia Tarif fix 4,9 4,9 4,9Letonia Tarif fix 10,1 5,1 5,1 10,1

    (max 2 MW)Lituania Tarif fix 7,5 6,9 6,9Malta Tarif fixPolonia Cot obligatorieSlovacia Tarif fix 3,0 3,5 3,0 3,5 3,0 3,5

    SloveniaTarif fix 6,1 6,3 6,1 6,3 5,9 6,1

    Ungaria Tarif fix 5,7 9,2 5,7 9,2 5,7 9,2Bulgaria Tarif fix 6,0 4,0

    Sursa: proiect SAFIRE-LP, 2009

    Faptul c doar n Romnia nu exist nc un mecanism de sprijin financiar, va fi corectat

    foarte curnd, avnd n vedere eforturile Ministerului Economiei i Comerului i ale

    autoritilor competente, printre care ANRE i ARCE.

    Tariful fix este un mecanism simplu, cu efecte rapide. Sistemul cu cot obligatorie ofer,n perspectiva medie de timp, participarea pe piaa european a Certificatelor Verzi i n acest

    Serb Codrut 26

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    27/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    fel finanarea investiiilor din surse externe. Pornind de la premisele oferite de strategia

    guvernamental n domeniu, piaa Certificatelor Verzi n Romnia poate crete gradual pn la

    circa 90 milioane euro n anul 2010. De asemenea, cota obligatorie controleaz mai bine

    dezvoltarea aplicaiilor SRE i efortul financiar corespunztor

    Romnia are un potenial bun al surselor regenerabile de energie. De asemenea, s-aacumulat o experien deosebit n cadrul activitilor de cercetare-dezvoltare n domeniu.

    Prin proiecte demonstrative de succes se poate rectiga ncrederea n tehnologia

    surselor regenerabile i se verific economicitatea acestora.

    n acest scop, obiectivele concrete ale activitilor de cercetare-dezvoltare trebuie s

    rspund urmtoarelor obiective de baz:

    - depirea principalelor bariere n calea dezvoltrii surselor regenerabile de energie:

    costuri, eficiena sistemelor i instituional;- alinierea la reglementrile i procedurile specifice UE n domeniu;

    - integrarea sistemelor regenerabile n sistemele energetice naionale.

    CAPITOLUL IIICONVERSIA ENERGIEI SOLARE N ENERGIE ELECTRIC

    3.1 Energia solar

    Serb Codrut 27

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    28/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Este energia radiant produs n Soare ca rezultat al reaciilor de fuziune nuclear. Ea

    este transmis pe Pmnt prin spaiu n cuante de energie numite fotoni, care interacioneaz cu

    atmosfera i suprafaa Pmntului. Intensitatea radiaiei solare la marginea exterioar a

    atmosferei, cnd Pmntul se afl la distana medie de Soare, este numit constant solar, a

    crei valoare este de 1,37*106 ergs/sec/cm2

    sau aproximativ 2 cal/min/cm2

    . Cu toate acestea,intensitatea nu este constant; ea variaz cu aproximativ 0,2 procente n 30 de ani. Intensitatea

    energiei solare la suprafaa Pmntului este mai mic dect constanta solar, datorit absorbiei

    i difraciei energiei solare, cnd fotonii interacioneaz cu atmosfera.

    Aceasta poate fi folosit ca s genereze energie electric sau s nclzeasc aerul din

    interiorul unor cldiri. Dei energia solar este rennoibil i uor de produs, problema

    principal este c soarele nu ofer energie constant n nici un loc de pe Pmnt. n plus,

    datorit rotaiei Pmntului n jurul axei sale, i deci a alternanei zi-noapte, lumina solar nu

    poate fi folosit la generarea electricitii dect pentru un timp limitat n fiecare zi. O alt

    limitare a folosirii acestui tip de energie o reprezint existena zilelor noroase, cnd potenialul

    de captare al energiei solare scade sensibil datorit ecranrii Soarelui, limitnd aplicaiile

    acestei forme de energie rennoibil.

    Nu exist nici un dezavantaj deoarece instalaiile solare aduc beneficii din toate punctele

    de vedere.

    Practic, energia solara poate fi folosita s:

    - genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)

    - genereze electricitate prin centrale electrice termale

    - genereze electricitate prin turnuri solare

    - ncalzeasca blocuri, direct

    - ncalzeasca blocuri, prin pompe de caldur

    - ncalzeasca blocuri, prin cuptoare solare

    1. Utilizari directe n industrie i agricultur

    - cuptoare solare

    Serb Codrut 28

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    29/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    - uscatorii solare

    - ncalzitoare solare

    - distilerii solare

    - desalinizarea apei de mare

    2. Utilizari indirecte n industrie i agricultur

    - transformarea n energie mecanic

    - transformarea n energie electric

    3. Utilizari casnice

    - climatizare de iarna i var

    - apa calda menajer

    - frigidere solare

    - sobe de gtit solare

    4. Utilizari cosmice

    Intensitatea energiei solare n orice punct de pe Pmnt depinde ntr-un mod complicat,

    dar previzibil, de ziua anului, de or, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de

    energie solar care poate fi absorbit depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe.

    Absorbia natural a energiei solare are loc n atmosfer, n oceane i n plante.Interaciunea dintre energia solar, oceane i atmosfer, de exemplu, produce vnt, care de

    secole a fost folosit pentru morile de vnt. Utilizrile moderne ale energiei eoliene presupun

    maini puternice, uoare, cu design aerodinamic, rezistene la orice condiii meteo, care ataate

    la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a unei reele de

    distribuie local sau regional.

    Aproximativ 30% din energia solar care ajunge la marginea atmosferei este consumat

    n circuitul hidrologic, care produce ploi i energia potenial a apei din izvoarele de munte i

    ruri. Puterea produs de aceste ape curgtoare cnd trec prin turbinele moderne este numit

    Serb Codrut 29

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    30/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    energie hidroelectric. Prin procesul de fotosintez, energia solar contribuie la creterea

    biomasei, care poate fi folosit drept combustibil incluznd lemnul i combustibilele fosile ce s-

    au format din plantele de mult disprute. Combustibili ca alcoolul sau metanul pot fi, de

    asemenea, extrase din biomas.

    De asemenea, oceanele reprezint o form natural de absorbie a energiei. Ca rezultat al

    absorbiei energiei solare n oceane i cureni oceanici, temperatura variaz cu cteva grade. n

    anumite locuri, aceste variaii verticale se apropie de 20C pe o distan de cteva sute de metri.

    Cnd mase mari de ap au temperaturi diferite, principiile termodinamice prevd c un circuit

    de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatur mai mare

    i transfernd o cantitate mai mic de energie celei cu temperatur mai mic. Diferena ntre

    aceste dou energii calorice se manifest ca energie mecanic, putnd fi legat la un generator

    pentru a produce electricitate.

    Captarea direct a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari,

    care sunt proiectate s capteze energia, uneori prin focalizarea direct a razelor solare. Energia,

    odat captat, este folosit n procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. n procesele

    termice, energia solar este folosit pentru a nclzi un gaz sau un lichid, care apoi este

    nmagazinat sau distribuit. n procesele fotovoltaice, energia solar este transformat direct n

    energie electric, fr a folosi dispozitive mecanice intermediare. n procesele fotoelectrice,sunt folosite oglinzile sau lentilele care capteaz razele solare ntr-un receptor, unde cldura

    solar este transferat ntr-un fluid care pune n funciune un sistem de conversie a energiei

    electrice convenionale.

    Exemple de dispozitive de captare a energiei solare:

    Panourile solare

    Serb Codrut 30

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    31/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Panourile solare termice (cunoscute i sub denumirile de captatoare solare i colectoare

    solare) sunt instalaii ce colecteaz energia continut n razele solare i o transform n energie

    termic. Deoarece aproape ntreg spectrul radiaiei solare este utilizat pentru producerea de

    energie termic, randamentul acestor panouri este mult mai ridicat. Din punct de vedere

    funcional, componenta principal a panoului solar este elementul absorbant (absorber) caretransform energia razelor solare n energie termic i o cedeaz unui agent termic (ap,

    antigel).

    Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescut datorit

    transferului de cldur. Energia transferat fluidului purttor este numit eficien colectoare

    instantanee. Panourile solare au n general una sau mai multe straturi transparente pentru a

    minimaliza pierderile de cldur i pentru a putea obine o eficien ct mai mare. n general,

    sunt capabile s nclzeasc lichidul colector pn la 82C cu un randament cuprins ntre 40 i

    80%.

    Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru nclzirea apei i a locuinelor.

    Acestea nlocuiesc acoperiurile locuinelor. n emisfera nordic, ele sunt orientate spre sud, n

    timp ce n emisfera sudic sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate

    panourile depinde de latitudinea la care se gsete instalaia respectiv. n general, pentru

    dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt nclinate la un unghi egal cu latitudinea la care seadun sau se scad 15 i sunt orientate spre sud respectiv nord.

    Captatoare de energie

    Pentru aplicaii cum sunt aerul condiionat, centrale de energie i numeroase cereri de

    cldur, panourile solare nu pot furniza fluide colectoare la temperaturi suficient de mari pentru

    a fi eficiente. Ele pot fi folosite ca dispozitive de nclzire n prima faz, dup care temperatura

    fluidului este apoi crescut prin mijloace convenionale de nclzire. Alternativ, pot fi folositecolectoare mai complexe i mai scumpe. Acestea sunt dispozitivele care reflect i focalizeaz

    razele solare incidente ntr-o zon mic de captare. Ca rezultat al acestei concentrri,

    intensitatea energiei solare este mrit i temperatura care poate fi atins poate ajunge la cteva

    sute sau chiar cteva mi de grade Celsius. Aceast captatoare trebuie s se mite dup cum se

    mic soarele, pentru a funciona eficient i dispozitivele utilizate se numesc heliostate.

    3.2 Tehnologia de captare a energiei solare prin tuburi vidate

    Serb Codrut 31

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    32/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Ansamblul de tuburi solare vidate sunt elementul absorbant al ncalzitoarelor de

    ap din instalaiile cu panouri solare. Aceste tuburi solare vidate sunt alctuite, la rndul

    lor, din dou tuburi de diametre diferite fabricate din sticl brosilicat extrem de

    rezistent, cu o nalt stabilitate chimica i rezistent la ocuri termice.

    Tubul exterior este transparent i las razele solare s treaca cu o reflexie

    minim. Tubul interior are ns suprafaa exterioar acoperit cu un strat selectiv (Al-

    N/Al) cu caliti deosebite de absorie i reflexie minim. C

    apetele celor dou tuburi sunt lipite prin topire iar aerul dintre ele este evacuat

    atunci cnd aceste tuburi sunt expuse la temperaturi nalte. Depresiunea dintre cele dou

    tuburi atinge valori mai mici de 5x10-3 pa, cu scopul eliminarii aproape total a pierderilor

    prin convecie i conductibilitate. Acest lucru poate fi asigurat i conservat pe o perioad

    de timp ct mai lung numai dac procesul de fabricaie este foarte bine pus la punct.

    Aceast operaiune de vidare este pentru tuburile colectoare factor important prin

    care se asigur performane funcionale ridicate.Pentru creterea performantelor tehnice

    s-au dezvoltat variante noi mbuntite de colectoare cu tuburi vidate.

    Astfel varianta de tuburi solare vidate clasice a fost imbunatatit cu varianta de

    tuburi vidate cu heat pipe i varianta de tuburi vidate de tip " U ".

    Serb Codrut 32

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    33/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Principalul lor avantaj const n faptul c pot funciona n sisteme solare de ncalzire sub

    presiune i pe toat durata anului calanderistic cu cheltuieli minime de expolatare i ntreinere.

    Celule fotovoltaice

    Sistemele fotovoltaice realizeaz conversia direct a energiei radiaiei solare n energie

    electric, fr o poluare sonor i fra emisia unor gaze poluante n mediul ambiant. Sistemelefotovoltaice au fost folosite la nceput pentru a echipa sateliii, dup aceea pe scar mai larg la

    Serb Codrut 33

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    34/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    echiparea ceasurilor electronice precum i a unor calculatoare. n ultimii 20 de ani sute de mii

    de sisteme fotovoltaice au fost instalate n toat lumea. Ele sunt folosite n orase mici, precum i

    n sate n care implementarea unui astfel de sistem este mai rentabil dect conectarea la reeaua

    electric sau folosirea de baterii / minigeneratoare de curent. Astfel de sisteme au functionat

    perioade lungi de timp n domenii ca pomparea apei, electrificarea unor localitai sau caseizolate, gestionarea unor rezerve de ap, aparate de taxat pentru parcri, telecomunicaii sau

    protecie catodica. Totui, n ciuda succesului acestor sisteme n toat lumea piaa lor reprezint

    numai un procent mic din ceea ce ar putea reprezenta piaa de sisteme independente. Existena

    sistemelor fotovoltaice i rentabilitatea implementarii lor, att la nivel urban ct i rural nu este

    cunoscut de potenialii utilizatori. Deasemenea, exist concepii gresite privind tehnologia

    fotovoltaic, ca de exemplu ideea c sistemele fotovoltaice functioneaz numai n lumina solara

    intens, tehnologia este prea sofisticat sau ideea c ar fi prea scump comparativ cu extindereareelei electrice.

    Un panou solar fotovoltaic spre deosebire de un panou solar termic transform energia

    luminoas din razele solare direct n energie electric. Componentele principale ale panoului

    solar reprezint celulele solare.

    Panourile solare se utilizeaz separat sau legate n baterii pentru alimentarea

    consumatorilor independeni sau pentru generarea de curent electric ce se livreaz n reeauapublic.

    Un panou solar este caracterizat prin parametrii si electrici cum ar fi tensiunea de mers

    n gol sau curentul de scurtcircuit.

    Pentru a ndeplini condiiile impuse de producerea de energie electric, celulele solare se

    vor asambla n panouri solare utiliznd diverse materiale, ceea ce va asigura:

    protecie transparent mpotriva radiaiilor i intemperiilor

    legturi electrice robuste

    protecia celulelor solare rigide de aciuni mecanice

    protecia celulelor solare i a legturilor electrice de umiditate

    asigurare unei rciri corespunztoare a celulelor solare

    proteia mpotriva atingerii a elementelor componente conductoare de

    electricitate

    posibilitatea manipulrii i montrii uoare

    Serb Codrut 34

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    35/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Fenomenul generarii unui curent electric ntr-un circuit sub

    aciunea luminii prin efect fotovoltaic a fost descoperit de fizicianul

    francez Becquerel n anul 1839. Acesta a observat c, unul dintre

    electrozii circuitului electric cufundat ntr-o soluie de electrolit

    iluminat n circuit apare un curent electric. Ulterior Frenkel (1935),Landau(1936) i ali fizicieni au descoperit c, prin iluminarea unei

    seciuni din suprafaa unui semiconductor, iar cealalt seciune din

    suprafaa semiconductorului ramne neluminat, ntre capetele semiconductorului apare o

    diferen de potenial. Acest fenomen a fost pus n eviden cu ajutorul unui semiconductor

    prevazut cu doi electrozi metalici, conectai la un galvanometru.

    Dac iluminm o regiune din suprafaa semiconductorului, iar cealalt regiune ramne

    neluminat, acul indicator al galvanometrului va indica prezena unui curent electric n

    semiconductor. Se cunoate c, lumina este alcatuit din particule, fotoni. Fiecare foton are o

    anumit energie caracteristic nivelului energetic al nveliului electronic al atomului de unde

    provin sau sunt emii.

    Aceti fotonii sunt fotoni electronici termici:

    - infraroii

    - vizibili

    - ultravioleti

    La interaciunea fotonilor electronici cu substana-materia se produc urmatoarele

    procese:

    - un foton electronic poate fi absorbit de un electron situat pe o orbit energetic fundamentalinferioar din nveliul electronic al atomului, electronul va trece pe o orbit superioar, aici

    electronul nu are o situaie stabil datorit fotonului i energiei absorbite, va reveni pe orbita

    fundamental inferioar de unde a plecat iniial, emitnd fotonul i energia absorbit

    - un foton electronic smulge un electron din nveliul electronic al atomului consumndu-i

    complet energia, electronul eliberat se numete fotoelectron

    - un foton electronic se ciocnete cu un electron din nveliul electronic al atomului pe care l

    smulge din atom, cruia i transmite numai o parte din energia sa, fotonul este deviat de la

    Serb Codrut 35

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    36/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    direcia sa iniial i are o frecven mai mic (E = hn) dect cea pe care a avut-o naintea

    ciocnirii cu electronul, iar electronul smuls din nveliul electronic al atomului se numete

    electron Compton.

    Dac un astfel de foton intr n seciunea p a semiconductorului, el poate fi absorbit aici.

    ntr-un corp solid atomii au o configuraie caracteristic fiecarui material. O configuraie care se

    repet periodic n volumul materialului formeaz o reea cristalin. n nodurile reelei cristaline

    se afl atomii, iar legturile dintre acetia sunt realizate cu ajutorul electronilor care au sarcin

    electric negativ i graviteaz n jurul nucleelor incarcate pozitiv. Dac electronii se

    deplaseaz liberi n reeaua cristalin, corpurile sunt bune conductoare de electricitate, iar dac

    electronii nu se pot deplasa liberi n reeaua cristalin corpurile nu sunt bune conductoare de

    electricitate.

    Metalele sunt bune conductoare de electricitate, iar izolatorii nu sunt buni conductori de

    electricitate. Semiconductorii se situeaz din punct de vedere al conductanei electrice ntre

    metale i izolatori. Semiconductorii sunt buni conductori de electricitate n momentul n care

    materialul comunic energie din exterior, iluminare sau nclzire.

    Sub interaciunea energiei primite din exterior, electronii ies din starea n care se afl

    iniial n reeaua cristalin i se deplaseaz liberi n reea. Energia de activare a electronilor este

    produs prin iluminare sau nclzire.

    n semiconductori exist dou tipuri de purttori de sarcini, electronii purttori de sarcini

    negative i ioni pozitivi sau goluri purttori de sarcini pozitive. Un gol sau o sarcin pozitiv ia

    natere n momentul n care unui electron ii s-a comunicat energia de activare i prsete

    atomul care devine, ion pozitiv. Dac un cmp electric exterior oblig electronii s se deplaseze

    ordonat, locurile rmase goale se deplaseaz n sens contrar micarii electronilor.

    Semiconductorul n care numrul sarcinilor negative, electronii este egal cu numrul

    sarcinilor pozitive, goluri se numete semiconductor intrinsec.

    Odat cu comunicarea energie de activare, n material va crete numrul purttorilor de

    sarcini negative i pozitive n mod egal, deoarece la smulgerea unui electron din legtura sa

    atomic apare simultan i un gol, se genereaz o pereche electron-gol.n felul acesta crete

    conductibilitatea electric a semiconductorilor.Conductibilitatea semiconductorilor crete foarte

    mult cnd acetia conin impuriti.

    Serb Codrut 36

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    37/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Dac n reeaua cristalin a siliciului

    care are patru electroni de valen,

    introducem un atom de arsen care are cinci

    electroni de valen. Unul din electronii de

    valen ai arsenului este n plus fa denumrul de electroni de valen ai siliciului,

    iar n raport de satisfacerea a legaturilor de valen siliciu-arsen, electronul n plus este slab

    legat de atomul de arsen i devine liber.n acest caz atomul de arsen devine ion pozitiv.

    Siliciul impurificat cu arsen (electroni) este un semiconductor de tip n, iar arsenul este o

    impuritate care doneaz electroni. Dac n reeaua cristalin a siliciului care are patru electroni

    de valen, introducem un atom de galiu care are trei electroni de valen, electronii de valen

    ai galiului au n minus un electron fa de numrul de electroni de valen ai siliciului, iar n

    raport de satisfacerea a legaturilor de valen siliciu-galiu, apare un gol legat de atomul de galiu.

    Dac iluminm semiconductorul siliciu-galiu, un electron de valen din reea va completa

    electronul lip, iar atomul de galiu devine ion negativ. Siliciul impurificat cu galiu (goluri) este

    un semiconductor de tip p, iar galiu este o impuritate acceptoare de electroni.

    Semiconductoare impurificate controlat sunt semiconductoare extrinseci.

    Semiconductoarele de tip n care au un exces de sarcini negative, electronii se numesc purttoride sarcini majoritare. n aceste semiconductoare de tip n exist i purttori de sarcini pozitive

    (goluri), dar n numr foarte mic se numesc purttori de sarcini minoritare. Prin iluminarea

    semicondutoarelor de tip n le comunicm energia de activare care duce la apariia de perechi

    electron-gol, dar fiindc n semicondutorul de tip n exist deja foarte muli electroni liberi,

    numrul electronilor nou creai va fi foarte mic fa de numrul iniial de electroni.

    Semiconductoarele de tip p care au un exces de sarcini pozitive (goluri) se numesc

    purttori de sarcini majoritare. n aceste semiconductoare de tip p exist i purttori de sarcini

    negative (electroni), dar n numr foarte mic ce se numesc purttori de sarcini minoritare. Prin

    iluminarea semicondutoarelor de tip p le comunicam energia de activare care duce la apariia de

    perechi electron-gol, dar fiinc n semicondutorul de tip p exist deja foarte multe goluri libere,

    numrul electronilor nou creai va fi foarte mic fa de numrul iniial de goluri.

    De aici, putem trage concluzia ca, prin iluminarea semiconductoarelor extrinseci se

    afecteaza doar numrul purttorilor de sarcini minoritare, iar numrul purttorilor de sarcinimajoritare rmne aproape neschimbat.

    Serb Codrut 37

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    38/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    n prezent, se utilizeaz semiconductori n care fenomenul conversiei fotovoltaice are

    loc la contactul dintre doi semiconductori, unul de tip n i altul de tip p, adic o jonciune p-n.

    Semiconductori de acest tip se pot realiza din doi semiconductori realizai din buci de

    materiale diferite sau din acelai material. n ambele cazuri contactul lor se realizeaz mecanic.

    n cazul utilizarii unor buci diferite de material pentru realizarea semiconductoarelor, deexemplu semiconductor din siliciu de tip n i semiconductor din germaniu de tip p, sau invers,

    jonciunea dintre cei doi semiconductori se numete heterojonciune. n cadrul aceluiai

    semiconductor putem realiza dou seciuni, una de tip n i cealalt de tip p. Astfel, n

    semiconductoarele de siliciu n care avem dou seciuni interiore adiacente, una de tip n i alta

    de tip p, jonciunea obinut se numete homojonciune. n cazul seciunii n a

    semiconductorului se afl mai muli electroni (majoritari) i foarte putine goluri (minoritari), iar

    n seciunea p se afl mai multe goluri (majoritari) i foarte putini electroni (minoritari).

    Electronii majoritari din seciunea n sunt foarte inghesuii i tind s prseasca

    seciunea n i s treac n seciunea p. Electronii liberi

    n stare de inghesuial din seciunea n constrani s

    stea ntr-un domeniu finit, trec n seciunea p n mod

    liber, poart denumirea de difuzie.

    Dac nu intervine nici o alt cauz dinexterior asupra acestei difuzii, ea continu pn ce

    numrul de particule se egaleaz ntre cele dou

    seciuni care reflect principiul de energie minim i sileste atomii din material s ocupe poziii

    bine determinate n reeaua cristalin.

    La deplasarea electronilor din seciunea n n p, n zona I rmn ionii pozitivi, golurile,

    iar la deplasarea golurilor din seciunea p n regiunea n, n zona II rmn ionii negativi,

    electronii.

    O trecere ulterioar a electronilor din zona I n zona II va fi franat de prezena

    sarcinilor negative, electroni care au aceeai sarcin electric, se resping reciproc. O trecere

    ulterioar a golurilor din zona I n zona II va fi franata de prezena sarcinilor pozitive, goluri

    care au aceeai sarcin electric, se resping reciproc.

    Concentratiile de electroni i goluri nu vor putea s se uniformizeze n cele dou

    seciuni n i p, ci se va stabili o situaie de echilibru pentru deplasarea electronilor i separat o

    Serb Codrut 38

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    39/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    situaie de echilibru pentru deplasarea golurilor din aceai zon. n cazul acesta rezult, sarcini

    pozitive +, necompensate n zona I i sarcini negative -, necompensate n zona II.

    n prezena jonctiunii n-p i a fenomenului de difuzie s-au separat sarcinile pozitive de

    cele negative din seciunile cu care ele se compensau iniial. Ca atare, va aparea un cmp

    electric E intern i corespunztor o tensiune U intern n zonele I i II.

    Pe ansamblul celor dou seciuni n i p, sarcina negativ se va echilibra sarcina pozitiv,

    pe ansamblu semiconductorul i pastreaz neutralitatea electric. Aceasta a fost comportarea

    unei jonciuni p-n n echilibru termic fr aciuni perturbatoare exterioare.

    Dac supunem aceast structur echilibrat intern aciunii luminii va avea loc o

    perturbaie extern. Dac lumina(fotonii) va cadea pe seciunea p a semiconductorului, esteabsorbit aici. Dac energia fotonilor este mai mare dect energia de activare, va genera perechi

    electroni-goluri, iar dac energia fotonului este mic, el va trece prin semiconductor cedndu-i

    energia parial sau total reelei cristaline care se va nclzi fr a putea ns produce perechi de

    purttori.

    Electronii i golurile nou create se mica liber n interiorul seciunii p prin fenomenul de

    difuzie. Electronii ajung la jonciune unde vor fi atrai de sarcin pozitiv a zonei I i vor trece

    jonciunea. Golurile vor fi respinse de zona I i sunt nevoite s ramana n seciunea p. Astfel

    apare o separare a purttorilor de sarcin nou creai i prezena campului electric E intern la

    jonciune, ca urmare n seciunea p apare o sarcin necompensabil pozitiv.

    Dac fotonii vor cadea pe seciunea n a semiconductorului, ei sunt absorbii aici. Dac

    energia fotonilor este mai mare dect energia de activare, va genera perechi electroni-goluri.

    Electronii i golurile nou create se mica liber n interiorul seciunii p prin fenomenul de

    difuzie. Golurile fiind n exces ajung la jonciune unde vor fi atrai de sarcin negativ a zoneiII i vor trece jonciunea. Electronii vor fi respinsi de zona I i sunt nevoii s rmn n

    seciunea n, ca atare n aceast seciune n apare o sarcin necompensata negativ.

    Deci, n urma interaciunii fotonilor cu semiconductorul, n interiorul acestuia apar

    sarcini electrice pozitive n seciunea p i sarcini electrice negative n seciunea n i a unui cmp

    electric E cu sensul opus cmpului E intern.

    Dac numrul de fotoni este suficient cele dou cmpuri se anuleaz reciproc i nu maipoate exista cmpul intern care s separe purttorii de sarcin. Aceasta este condiia ce

    Serb Codrut 39

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    40/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    determin tensiunea n gol a homojonciunii U interne. Dac inchidem circuitul pe o rezisten

    de sarcin E prin acesta va trece un curent, deci se consum o energie electric ce reprezint o

    fraciune din energia fotonilor incideni.

    Fraciunea de energie a fotonilor incideni se numete randament n i caracterizeaz un

    anumit tip de fotoconvertor.

    Pn n prezent s-au realizat celule fotovoltaice cu un randament de aproximativ 11%.

    O celula fotovoltaic din siliciu se compune dintr-o plcu de siliciu de tip n, pe care

    se obine o seciune de tip p prin difuzia unei impuriti acceptoare, realizandu-se o jonciune p-

    n, electrodul superior care n unele cazuri este acoperit cu un strat de protecie transparent i un

    electrod inferior.

    n prezent se utilizeaz baterii fotovoltaice confectionate din astfel de celule fotovoltaice

    pentru conversia energiei solare n energie electric.

    Satelitii i navele cosmice sunt echipate i

    functioneaza cu ajutorul unor baterii fotovoltaice.

    Funcionare

    Sistemul fotovoltaic mai dispune i de alte

    componete iar cele mai importante sunt acumulatorii i

    invertoarele. Sistemele fotovoltaice pot fi descrise de dou categorii principale.

    Sisteme independente (Stand-alone systems)

    Aceste sisteme sunt utilizate n zone fr energie electric. n principiu energia produs

    de panourile solare este stocat n baterii, iar de acolo este furnizat cu ajutorul unui invertor

    (convertor curent continuu curent alternativ), utilizatorilor casnici la 220V.

    Serb Codrut 40

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    41/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Aceste sisteme sunt n general grupate pe aplicaii profesionale de telecomunicaii ,

    sisteme de pompare, iluminat, etc sau pe aplicaii n mediul rural fr energie electric.

    Sisteme conectate la reea (Grid-connected systems)

    Aceste sisteme sunt utilizate n zone cu energie electric. n principiu energia produs

    de panourile solare este livrat n reeaua national i n acelasi timp folosit pentru aplicaiilecasnice.

    Serb Codrut 41

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    42/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    Aceste sisteme permit reducerea semnificativ a costurilor cu energia electric

    consumat dar presupun o investiie iniial care se va amortiza n timp.

    Modulule fotovoltaice sunt concepute special pentru consumuri mari de energie.

    Panourile fotovoltaice au o durat mare de viat, de aproximativ 25 ani i pot fi folosite att

    pentru sisteme conectate la sistemul naional energetic ct i pentru sisteme independente.

    Componente sistem:

    Panouri fotovoltaice: Un numr de panouri fotovoltaice conectate n serie sau

    n paralel furniznd curent continuu prin transformarea radiaiei solare. Orientarea i unghiul de

    nclinare al acestor panouri reprezint parametri importani ai sistemului, precum i aezarea

    panourilor n zone fr umbr. Controller fotovoltaic: controleaz acumulatorii, i ncarc i descarc n

    siguran

    Invertor: un invertor de putere pentru a transforma curentul continuu de la

    panouri n curent alternativ. Caracteristicile semnalului de ieire trebuie s fie n conformitate

    cu tensiunea, frecvena i limitele reelei

    Acumulatori: poate fi o singur baterie sau mai multe conectate mpreun.

    Alegerea capacitii acumulatorii este o decizie foarte important deoarece acetia trebuie s

    asigure furnizarea constant de electricitate

    Consumatori: aparatele electrice din cldire alimentate la invertor sau la reea

    Serb Codrut 42

  • 7/31/2019 Lucrare+Codrut+Serb+Energetica v Finala1.1

    43/73

    Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Energetica

    3.3 Aplicaii ale celulelor fotovoltaice

    Ceas de mn

    Ceas de mn Citizen

    Ceasurile produse de firma japonez Citizen sunt dotate cu o celul solar inclus n

    cadr