Obţinerea
energiei electrice -Hamza Adelin-
Energia
electrică nu se găseşte în natură decât în mică măsură
în trăsnete, fulgere şi nu poate fi captată pentru a
fi utlizată în diverse procese, fiind produsă prin
transformarea diferitelor forme de energie primară în centrale electrice.
Centrala
electrică este un complex de
instalaţii în care se produce transformarea, prin intermediul energiei
mecanice, a energiei primare a resurselor naturale în energie electrică.
Industria energetică a luat avânt în a doua jumătate a
secolului sl XIX lea, la început pe baza valorificării energiei apelor
(prima centrală electrică a fost o hidrocentrală) şi a
combustibililor minerali fosili (în
termocentrale). Ulterior au apărut şi centrale atomice, geotermale,
termomarine, solare, eoliene, pe bază de biomasă etc. La ora actuală
numai trei tipuri de centrale asigură circa 99% din întreaga producţie
mondială: termocentrale, hidrocentrale şi centrale nuclearoelectrice.
Ciclul
clasic de producere a energiei electrice
În funcţie de sursa de energie primară utlizată pentru obţinerea
ennergiei mecanice centralele pot fi:
Ř
Centrale cu combustibili
fosili sau nucleari;
Ř
Hidrocentrale;
Ř
Centrale neconvenţionale.
Hidrocentralele
sunt
instalaţii complexe în care energia hidraulică a căderilor de
ape naturale sau artificiale este transformată în energie mecanică
prin intermediul turbinelor hidraulice şi apoi în energie electrică,
în generatoarele de curent electric. Potenţialul de a produce
energie electrică depinde atât de cădere cât şi de debitul de
apă. Principiul lor de funcţionare
constă în transformarea energiei potenţiale a apei captate în
lacuuri de acumulare în energie mecanică. Din lacul de acumulare, prin
conducta forţată, 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 şi 100kwh;
-
picocentrale construite
pe pâraie, nu dispun de baraj şi au putere instalată sub 5kwh
Avantajele
hidrocentralelor constau în costul energiei electrice scăzut, nu necesită
combustibili, personal redus sde întreţinere şi exploatare, nu
poluează, siguranţă în funcţionare, randament ridicat.
Dezavantajele sunt legate de dependenţa de regimul fluvial, existenţa
surselor de apă, valoarea ridicată a investiţiei, efectuarea
construcţiilor durează mult şi necesită forţă 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 precipitaţiilor dispărând
specii de plante şi animale. Lacurile de acumulare împiedică
transportul de substanţe fertile care se depun mai ales în zona gurilor de
vărsare a fluviilor, în delte.
 |
 |
|
Baraj
|
|
Centrale
nuclearo-electrice (CNE)
Funcţionarea
centralelor nuclearo-electrice, numite şi centrale atomoelectrice este asemănătoare
cu cea a centralelor termoelectrice cu deosebirea că energia termică
pentru producerea aburului necesar este obţinută prin reacţii de
fisiune nucleară a unor izotopi ai substanţelor radioactive. Instalaţia
care asigură condiţiile de obţinere şi menţinere a reacţiei
în lanţ este reactorul nuclear. În
timpul reacţiilor se degajă o cantitate însemnată de energie
tetrmică, utilizată pentru încălzirea apei şi aducerea ei
în stare de abur la o temperatură şi presiune ridicate. Aburul pune
în mişcare turbina termică şi astfel se obţine energia
mecanică necesară generatorului electric.
Energia
produsă în CNE este mai ieftină decât cea produsă în centrale
termoelectrice, poluarea atmosferei este mai redusă, dar construcţia
unei CNE presupune investiţii mari şi tehnologii sofisticate.
În
regim de funcţionare normală emisiile de substanţe radioactive
sunt nesemnificative, pericolul constă însă în eliberarea
necontrolată, accidentală de substanţe radioactive.
În ţara noastră
aproximativ 10% din energia electrică produsă provine din centrale
nuclearo-electrice.
Aceste centrale sunt
deosebit de periculoase în cazul unor accidente în exploatare. Reziduurile de
combustibil nuclear trebuie depozitate în condiţii de maximă siguranţă,
în butoaie sigilate ermetic iar
pereţii depozitelor amplasate la o adâncime mare în
interioorul scoarţei terestre fiind construiţi din beton şi
plăci de plumb.
Principiul de obţinerea energiei electrice în centrala
nuclearo-electrică
Centrale
eoliene
Centralele eoliene folosesc energia maselor de aer în mişcare. Sunt
amplasate în zone în care există vânt puternic şi constant şi
au în componenţă pale acţionate
de vânt care asigură energia mecanică necesară
generatorului electric. Înclinarea palelor mobile ale turbinelor eoliene se
face automat în funcţie de viteza vântului.
Lanţul de transformări energetice în centrala eoliană
 |
|
Schema unei turbine eoliene (clic pe imagine)
|
 |
 |
|
Generator eolian
|
Câmp eolian
|
Centralele solare
Romania
dispune de un important potential energetic solar determinat de
un amplasament geografic si conditii climatice favorabile. Zonele de interes
deosebit pentru aplicatiile electroenergetice ale energiei solare fiind: -
Campia Romana, Campia de Vest, Banat si o parte din Podisurile Transilvaniei si
Moldovei.
O
cantitate imensă de energie solară ajunge la suprafaţa 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 produşi prin clocotirea unui lichid cu ajutorul
radiaţiilor soarelui
Centrala solară se amplasează în zone geografice cu radiaţie
solară puternică pe durată
mare a zilei. O astfel de centrală solară se compune din: captatori
solari, câmpuri de oglinzi, conducte, instalaţii de încălzire şi
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 numai în materiale numite semiconductori.
Când particule de lumină numite fotoni lovesc suprafeţele
semiconductorilor, îşi transferă energia către electronii
acestor materiale, deplasându-I de pe orbită. Dacă semiconductorul
este dopat cu impurităţi potrivite care fac ca electronii să fie
atraşi spre o suprafaţă, se stabileşte o sarcină
electrică, care stă la baza unui curent electric.
Sistemele
fotovoltaice sunt uşor de mânuit, au nevoie rar de întreţinere
şi nu poluează mediul înconjurator.
Conversia
energiei solare în
energie
electrică
Panouri fotovoltaice
Casa fotovoltaică
Activităţi:
Localizaţi următoarele echipamente: Panourile fotovoltaice (PV),
alternatorul, contorul de măsurare a energiei fotovoltaice produse,
contorul de măsurare a energiei consumate de la reţea, reţeaua,
receptorii electrocasnici şi numele lor.
Cunoştinţe
anterioare: “Casa fotovoltaică” este echipată cu un sistem
fotovoltaic conectat la reţea. Nu sunt necesare baterii pentru păstrarea
electricităţii, deoarece electricitatea este întotdeauna disponibilă
de la reţea, chiar şi atunci când soarele nu străluceste şi
panourile fotovoltaice nu produc nimic. Un contor măsoară
electricitatea produsă de către panouri şi injectată în
retea. Alt contor măsoară electricitatea
consumată de la reţea.
Scop:
Arătarea diferenţei între sistemele independente şi cele
conectate la reţea.
Material:
Fotocopii ale casei din imagine.
Timp
minim necesar pentru terminarea activităţii: 1 oră
Avantaje şi dezavantaje
Electricitatea fotovoltaică are multe avantaje:
·
Tehnologia poate fi
utilizată aproape oriunde deoarece soarele străluceşte peste tot.
·
Echipamentul de producţie
poate fi aproape întotdeauna instalat în apropierea locului de consum, evitându-se
astfel pierderile de electricitate datorate distribuţiei şi
transportului.
·
Dimensiunea instalaţiei
poate fi ajustată cu uşurinţă în conformitate cu nevoile
şi resursele disponibile.
·
Nu există poluare
în timpul funcţionării. Nu sunt emisii de gaze, deşeuri, risc de
accidente fizice.
·
Actitivăţile
de întreţinere şi reparaţii sunt minime deaoarece nu există
părţi în mişcare.
De asemenea,
electricitatea poate fi produsă local, încurajându-se astfel autonomia
şi descentralizarea.
Dazavantajele includ:
·
Acoperişul clădirii
poate să nu fie corect orientat, adică spre sud
·
Tehnologia este scumpă,
dar costurile sunt în scădere
·
Preţul obţinut
prin vinderea excesului de energie produsă este mult mai mic decât cel al
cumpărării echipamentului, astfel încât generarea în exces este
remunerată inadecvat.
Centrale mareomotrice
Apele Oceanului Planetar deţin un imens
potenţial energetic care poate fi valorificat pentru producerea de energie
electrică. Principalele surse de energie luate în considerare, cel puţin
la nivelul tehnicii actuale, se referă la: maree, curenţi, valuri,
diferenţele de temperatură ale structurilor de apă marină.
Energia mareomotrică este valorificată prin centralele
mareomotrice. Acestea se pot amplasa acolo unde amplitudinea
mareelor este de cel puţin 8m şi există un bazin natural,
care să comunice cu oceanul printr-o deschidere îngustă.
O centrală
mareomotrică recuperează energia mareelor. În zonele cu maree, acestea se petrec de două ori
pe zi, producând ridicarea, respectiv scăderea nivelului apei. Există
două moduri de exploatare a energiei mareelor:
-
Centrale fără baraj, care utilizează numai energia cinetică a apei, similar cum morile de vânt utilizează energia eoliană.
-
Centrale cu baraj, care exploatează energia potenţială a apei, obţinută prin ridicarea nivelului ca urmare a mareei.
Deoarece
mareea în Marea Neagră este de doar câţiva centimetri, românia nu
are potenţial pentru astfel de centrale.
Valurile
reprezintă o formă de stocare a energiei transmise de vânt, energie
calculubilă şi demnă de luat în consideraţie.
Sunt
în studiu şi unele proiecte ce urmăresc valorificarea energiei mării
prin utilizarea diferenţei de temperatură dintre diferitele straturi
ale apei Oceanului Planetar, în mod frecvent, în apele mărilor calde,
sunt diferenţe mari de temperatură între straturile de la suprafaţă
si cele de adâncime, diferenţe care ar permite funcţionarea unor
instalaţii energetice pe baza folosirii a două surse de căldură
cu temperaturi diferite.
Centrale geotermoelectrice
Energia
geotermala este acea energie stocata de Pamant din atmosfera si oceane sau care
provine din adancurile Pamantului. Energia geotermala reprezenta in 2008
aproximativ 1% din totalul de energie produsa si captata. Printre avantajele
energiei geotermale se numara indepedenta de vreme si ciclul zi/noapte, este
curata si nu influenteaza negativ mediul inconjurator.
Centralele care capteaza energia geotermala insa pot afecta solul din jur (cand apa fierbinte este injectat in roca pentru obtinerea aburului) si emit cantitati mici (5% fata de o centrala cu combustibil fosil) de CO2 si sulfuri.
Centralele care capteaza energia geotermala insa pot afecta solul din jur (cand apa fierbinte este injectat in roca pentru obtinerea aburului) si emit cantitati mici (5% fata de o centrala cu combustibil fosil) de CO2 si sulfuri.
Centralele
geotermale au ca scop unic captarea energiei geotermale emisa de Pamant.
Principiul de functionare este simplu: se injecteaza prin crapaturi apa sub
presiune la cativa kilometri adancime, in zonele calde ale scoartei terestre,
apa iese pe alta parte incalzita sub forma de aburi, care sunt apoi transformati
in electricitate
