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 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