Surse regenerabile de energie

SURSE REGENERABILE DE ENERGIE

Generalitati

Printr-o strategie de dezvoltare energetica a Romaniei se poate asigura cresterea sigurantei in alimentarea cu energie si limitarea importului de resurse energetice, in conditiile unei dezvoltari economice accelerate. Aceasta cerinta se poate realiza, pe de o parte, prin implementarea unei politici sustinute de conservare a energiei, cresterea efic ientei energetice care sa conduca la decuplarea ritmului de dezvoltare economic a de evolutia consumului de energie, concomitent cu cresterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie.
Oportunitatea punerii in practic a a unei strategii energetice pentru valorificarea potentialului surselor regenerabile de energie se inscrie in coordonatele dezvoltarii energetica a Romaniei pe termen lung si ofera cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la alternativele energetice si inscrierea in acquis-ul comunitar in domeniu.
Valorificarea potentialului surselor regenerabile de energie confera premise reale de realizare a unor obiective strategice privind cresterea sigurantei in alimentarea cu energie prin diversificarea surselor si diminuarea ponderii importului de resurse energetice, respectiv, de dezvoltare durabila a sectorului energetic si protejarea mediului inconjurator.
Sursele regenerabile de energie pot contribui la satisfacerea nevoilor curente de incalzire in anumite zone (rurale) defavoriz ate (ex.: biomasa). Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de energie, in conditii concurentiale ale pietei de energie, este necesara adoptarea si punerea in practica a unor politici, instrumente si resurse specifice.
In conditiile concrete din Romania, in balanta energetica se iau in considerare urmatoarele tipuri de surse regenerabile de energie:
- energia solara - utilizata la producerea de caldura prin metode de conversie pasiv a sau activa sau la furnizarea de energie electrica prin sisteme fotovoltaice;
-energia eoliana - utilizata la producerea de energie electric a cu grupuri aerogeneratoare;
- hidroenergia - centrale hidroelectrice cu o putere instalata mai mica sau egala cu 10 MW ('hidroenergia mica'), respectiv centrale hidro cu o putere instalata mai mare de 10 MW ('hidroenergia mare');
-biomasa - provine din reziduuri de la exploatari forestiere si agricole, deseuri din prelucrarea lemnului si alte produse; biogazul este rezultatul fermentarii in regim anaerob a dejectiilor animaliere sau de la statiile de epurare orasenesti;
-energia geotermala - energia inmagazinata in depozite si zacaminte hidrogeotermale subterane, exploatabila cu tehnologii speciale de foraj si extractie.
In sectorul energetic din majoritatea statelor europene s-au produs transformari majore determinate de necesitatea cresterii sigurantei in alimentarea cu energie a consumatorilor, iar in cadrul acestei cerinte sursele regenerabile de energie ofera o solutie viabila, inclusiv aceea de protectie a mediului inconjurator.
Siguranta alimentarii cu energie a consumatorilor din statele membre ale Uniunii Europene este asigurata in mod obligatoriu prin luarea in considerare a importurilor, in conditiile liberalizarii pietei de energie si in conformitate cu nevoia stringenta de atenuare a impactului asupra mediului climatic planetar.
Obiectivul strategic propus in Cartea Alba pentru o Strategie Comunitara consta in dublarea, pana in anul 2010, a aportului surselor regenerabile de energie al tarilor membre ale Uniunii Europene, care trebuie sa creasca de la 6% la 12% din consumul total de resurse primare.
In Romania, ponderea surselor regenerabile de energie in consumul total de resurse primare, in anul 2010, urmeaza sa aiba un nivel de circa 11%, iar in anul 2015 de 11,2%.
Totodata, in Cartea Alba pentru o Strategie Comunitara si Planul de actiune ' Energie pentru viitor: sursele regenerabile ', elaborata in anul 1997 in cadrul Uniunii Europene, este conturata strategia ' Campaniei de demarare a investitiilor '.
In ' Campania de demarare a investitiilor ' se urmareste realizarea, pana in anul 2003, a unor

In Cartea Verde ' Spre o strategie europeana pentru siguranta in alimentarea cu energie ' se precizeaza ca sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la cresterea resurselor interne, ceea ce confera acestora o anumita prioritate in politica energetica.
Programul de actiune ' Energie inteligenta pentru Europa ' consta in promovarea implementarii strategiei inscrise in Cartea Verde. In cadrul acestei initiative, Programul 'ALTENER' (cu un buget estimat de circa 86 milioane EURO) urmareste accelerarea procesului de valorificare a potentialului energetic al surselor regenerabile.
Obiectivul strategic privind aportul surselor regenerabile in consumul total de resurse energetice primare, care trebuie sa fie de 12%, in anul 2010.

2. Potential pentru furnizarea energiei

Utilizarea surselor de energie regenerabile SER au avantajul perenitatii lor si a impactului

neglijabil asupra mediului ambiant, ele ne emitand gaze cu efect de sera. Chiar daca prin

ardere biomasa elimina o cantitate de CO2, aceasta cantitatea este absorbita de aceasta pe

durata cresterii sale, bilantul fiind nul. In acelasi timp aceste tehno logii nu produc deseuri

periculoase, iar demontarea lor la sfarsitul vietii , spre deosebire de instalatiile nucleare, este

relativ simpla.

A folosi orice tehnologie energetica si utilizarea SER prezinta unele inconveniente. Impactul instalatiilor eoliene asupra peisajului, riscul de contaminare a solului si al scaparilor de metan la gazeificare, perturbarea echilibrului ecologic de catre micro hidrocentrale sunt cateva dintre

acestea. Cele mai discutate inconveniente sunt insa cele legate de suprafata de teren

necesara si de intermitenta si disponibilitatea lor.

Este cunoscut faptul ca pentru producerea unei puteri de 8 MW in instalatii eoliene este

necesara o suprafata de km2, insa din aceasta numai 1% este efectiv ocupata de instalatii,

restul putand fi utili zata in continuare pentru agricultura. Si pentru producerea de energie

fotovoltaica sunt necesare suprafete importante. Astfel pentru o putere de 1 kW si o energie

anuala de 1000 kWh sunt necesari 10 m2, dar suprafata acoperiselor locuintelor ar permite

instalarea catorva mii de MW.

Intermitenta energiei solare si eoliene poate fi compensata prin instalatii de acumulare a

energiei electrice sau termice sau prin producerea unor "vectori energetici " intermediari, cum

este hidrogenul obtinut prin electroliza . Pentru energia hidraulica stocarea e3ste mai facila prin

crearea unor lacuri de acumulare, iar pentru biomasa aceasta poate fi stocata atat inaintea

recoltarii cat si dupa aceasta in depozite sau sub forma de biocarburanti.

Utilizarea SER a cunoscut un prim avant dupa crizele petroliere din 1973 si 1980, dar a

cunoscut o stagnare de circa 12 ani dupa contra socul petrolier din 1986. Abia dupa incheierea

protocolului de la Kyoto din 1998, tarile dezvoltate au inceput sa-si propuna programe e4xtrem

de ambitioase. Astfel la Samitul de la Johannesburg tarile Uniunii Europene si-au propus o

crestere anuala de 1% pentru ponderea SER in balanta energetica pana in anul 2010 Si o

crestere a ponderii biocarburantilor pana la 5,75 % in acelasi an.

Aceste obiective nu pot fi atinse fara dezvoltarea cercetarii si colaborarii internationale in doua

directii principale:

· Reducerea costurilor (eolian in largul marilor, fotovoltaic) si a fezabilitatii industriale (

geotermia de mare adancime , biocarburanti de sinteza.

· Stocajul energiei electrice ( centrale de pompare acumulare, producere de hidrogen) si

termice (acumulatoare la temperatura inalta) precum si ameliorarea prognozei pentru aceste

energii si multiplicarea numarului de unitati distribuite in teritoriu pentru echilibrarea sistemului

electroenergetic. In paralel cu acestea sunt posibile sisteme de gestiune a cererii, de exemplul

la nivelul "imobilelor inteligente", care produc, stocheaza si utilizeaza energia.

I. Delta Dunarii (energie solara)

II. Dobrogea (energie solara, energie eoliana)

III. Moldova (campie si platou: micro-hidro, energie eoliana, biomasa)

IV. Carpatii (VI1 - Carpatii de Est; IV2 - Carpatii de Sud; IV3 - Carpatii de Vest, potential ridicat in biomasa, microhidro)

V. Platoul Transilvaniei (potential ridicat pentru micro-hidro)

VI. Campia de Vest (potential ridicat pentru energie geotermica)

VII: Subcarpatii (VII1 - Subcarpatii getici; VII2 - Subcarpatii de curbura; VII3 - Subcarpatii Moldovei: potential

ridicat pentru biomasa, micro-hidro)

VIII. Campia de Sud (biomasa, energie geotermica, energie solara).

Din pacate acest potential este utilizat in extrem de mica masura , cu exceptia energiei

hidraulice si a biomasei ( lemn de foc), acesta din urma fiind arsa in majoritatea cazurilor

in instalatii neperformante energetic.

3. Energia solara

Soarele trimite catre pamant un flux de energie care corespunde unei puteri de 170 miliarde MW. Daca s-ar captura numai 0,1% din aceasta energie pentru o populatie de cca. 6 miliarde de oameni (anul 2000), ar reveni fiecarui locuitor o ptere de 30 kW, cu o durata de 4-5 ore zilnic, s-ar putea produce cca. 50.000 kWh pentru fiecare locuitor (fata de cca. 3.000 kWh produsi in prezent). Din pacate energia solara prezinta o serie de dezavantaje: concentratia de energie solara este mica, iar captarea ei se face greu, cu cheltuieli mari si este distribuita neregulat in timp si pe suprafata planetei.

O cantitate imensa de energie solara ajunge la suprafata pamantului in fiecare zi. Aceasta energie poate fi captata, si folosita sub forma de caldura in aplicatii termo-solare, sau poate fi transformata direct in electricitate cu ajutorul celulelor fotovoltaice(CF) . Pentru a intelege cum CF si sistemele termo-solare capteaza energia solara, este important sa intelegem cum aceasta isi urmeaza cursul de la soare spre Pamant si cum acest flux se schimba periodic. Cum produce soarele energie Soarele este o sfera cu diametrul de aproximativ 1.4 milioane de km, formata din gaze cu temperaturi foarte mari(temperatura interiora a soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin). Aceasta temperatura imensa, combinata cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decat aceea a atmosferei Pamantului creeaza conditiile ideale pentru reactiile de fuziune. Reactia de fuziune Reactiile de fuziune din soare au loc intre atomi de hidrogen, care se combina si formeaza atomi de helium. In urma acestui proces se degaja energie sub forma unor radiatii cu energie mare, mai cu seama raze gamma. In timp ce aceaste radiatii migreaza din centrul spre exteriorul sferei solare, ele reactioneaza cu diferite elemente din interiorul soarelui si se transforma in radiatii cu energie mica. Soarele a produs in acest fel energie timp de aproximativ 5 miliarde de ani, si va continua sa faca la fel pentru inca 4-5 miliarde. Cum este transportata energia pe Pamant Pamantul se roteste in jurul soarelui la o distanta de aproximativ 150 milioane de km. Radiatiile se extind la viteza de 300.000 de km pe sec, viteza luminii. Timpul necesar pentru a ajunge pe Pamant este de aproximativ 8 min.

Energia solara este energia radianta produsa in Soare ca rezultat al reactiilor de fuziune nucleara. Ea este transmisa pe Pamant prin spatiu in cuante de energie numite fotoni, care interactioneaza cu atmosfera si suprafata Pamantului. Intensitatea radiatiei solare la marginea exterioara a atmosferei, cand Pamantul se afla la distanta medie de Soare, este numita constanta solara, a carei valoare este de 1,37*106 ergs/sec/cm2 sau aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este constanta; ea variaza cu aproximativ 0,2 procente in 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafata Pamantului este mai mica decat constanta solara, datorita absorbtiei si difractiei energiei solare, cand fotonii interactioneaza cu atmosfera.
Intensitatea energiei solare in orice punct de pe Pamant depinde intr-un mod complicat, dar previzibil, de ziua anului, de ora, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie solara care poate fi absorbita depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe.
Absorbtia naturala a energiei solare are loc in atmosfera, in oceane si in plante. Interactiunea dintre energia solara, oceane si atmosfera, de exemplu, produce vant, care de secole a fost folosit pentru morile de vant. Utilizarile moderne ale energiei eoliene presupun masini puternice, usoare, cu design aerodinamic, rezistente la orice conditii meteo, care atasate la generatoare produc electricitate pentru uz local, specializat sau ca parte a unei retele de distributie locala sau regionala.
Aproximativ 30% din energia solara care ajunge la marginea atmosferei este consumata in circuitul hidrologic, care produce ploi si energia potentiala a apei din izvoarele de munte si rauri. Puterea produsa de aceste ape curgatoare cand trec prin turbinele moderne este numita energie hidroelectrica. Prin procesul de fotosinteza, energia solara contribuie la cresterea biomasei, care poate fi folosita drept combustibil incluzand lemnul si combustibilele fosile ce s-au format din plantele de mult disparute. Combustibili ca alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extrase din biomasa.
De asemenea, oceanele reprezinta o forma naturala de absorbtie a energiei. Ca rezultat al absorbtiei energiei solare in oceane si curenti oceanici, temperatura variaza cu cateva grade. In anumite locuri, aceste variatii verticale se apropie de 20°C pe o distanta de cateva sute de metri. Cand mase mari de apa au temperaturi diferite, principiile termodinamice prevad ca un circuit de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatura mai mare si transferand o cantitate mai mica de energie celei cu temperatura mai mica. Diferenta intre aceste doua energii calorice se manifesta ca energie mecanica, putand fi legata la un generator pentru a produce electricitate.
Captarea directa a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care sunt proiectate sa capteze energia, uneori prin focalizarea directa a razelor solare. Energia, odata captata, este folosita in procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. In procesele termice, energia solara este folosita pentru a incalzi un gaz sau un lichid, care apoi este inmagazinat sau distribuit. In procesele fotovoltaice, energia solara este transformata direct in energie electrica, fara a folosi dispozitive mecanice intermediare. In procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele care capteaza razele solare intr-un receptor, unde caldura solara este transferata intr-un fluid care pune in functiune un sistem de conversie a energiei electrice conventionale.
In continuare vom prezenta cateva dintre aceste dispozitive de captare a energiei solare:
A. Panourile solare
Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescuta datorita transferului de caldura. Energia transferata fluidului purtator este numita eficienta colectoare instantanee. Panourile solare au in general una sau mai multe straturi transparente pentru a minimaliza pierderile de caldura si pentru a putea obtine o eficienta cat mai mare. In general, sunt capabile sa incalzeasca lichidul colector pana la 82°C cu un randament cuprins intre 40 si 80%.
Aceste panouri solare au fost folosite eficient pentru incalzirea apei si a locuintelor. Acestea inlocuiesc acoperisurile locuintelor. In emisfera nordica, ele sunt orientate spre sud, in timp ce in emisfera sudica sunt orientate spre nord. Unghiul optim la care sunt montate panourile depinde de latitudinea la care se gaseste instalatia respectiva. In general, pentru dispozitivele folosite tot anul, panourile sunt inclinate la un unghi egal cu latitudinea la care se aduna sau se scad 15° si sunt orientate spre sud respectiv nord.
In plus, panourile solare folosite la incalzirea apei sau a locuintelor prezinta pompe, senzori de temperatura, controllere automate care activeaza pompele si dispozitivul de stocare a energiei. Aerul sau chiar un lichid pot fi utilizate ca fluide in sistemul de incalzire solara si un acumulator sau un rezervor cu apa, bine izolate, sunt folosite de obicei ca medii de stocare a caldurii. In anexa 1 este prezentata schema simplificata a unei locuinte care foloseste pentru incalzire sau racire astfel de panouri solare.
B. Captatoare de energie
Pentru aplicatii cum sunt aerul conditionat, centrale de energie si numeroase cereri de caldura, panourile solare nu pot furniza fluide colectoare la temperaturi suficient de mari pentru a fi eficiente. Ele pot fi folosite ca dispozitive de incalzire in prima faza, dupa care temperatura fluidului este apoi crescuta prin mijloace conventionale de incalzire. Alternativ, pot fi folosite colectoare mai complexe si mai scumpe. Acestea sunt dispozitivele care reflecta si focalizeaza razele solare incidente intr-o zona mica de captare. Ca rezultat al acestei concentrari, intensitatea energiei solare este marita si temperatura care poate fi atinsa poate ajunge la cateva sute sau chiar cateva mi de grade Celsius. Aceasta captatoare trebuie sa se miste dupa cum se misca soarele, pentru a functiona eficient si dispozitivele utilizate se numesc heliostate.

4. Energia vantului (eoliana)

O prima resursa energetica ce poate fi luata in discutie este cea eoliana, adica folosirea vantului, care este deja reprezentata printr-o tehnica de rutina, constituita de morile de vant si o tehnica de varf constituita de sistemele puse la dispozitie de noua tehnologie care ne permite sa realizam minicentrale eoliene de 1-10 MW. Aceste sisteme pot fi construite in numar mare. De paretea acestui tip de energie, omenirea, nu spera sa aiba in anul 2000 mai mult din totalul energiei produse.

Este una din cele mai vechi surse de energie nepoluanta, o sursa de energie reinnoibila generata din puterea vantului.Vantul este rezultatul activitatii energetice a soarelui si se formeaza datorita incalzirii neuniforme a suprafetei Pamantului. Fiecare ora pamantul primeste 1014 kWh de energie solara Circa 1-2% din energia solara se transforma in energie eoliana.
    Energia cinetica in vant poate fi folosita sa intoarca turbine, care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine sunt capabile de a produce 5 MW de energie, desi aceste necesita o viteza de vant de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 kilometri pe ora. Putine zone pe pamant au aceste viteze de vant, desi vanturi mai puternice se pot gasi la altitudine mai mare si in zone oceanice.

Energie eoliana este folosita destul de extensiv in ziua de astazi, si turbine noi de vant se construiesc in toata lumea, energie eoliana fiind sursa de energie cu cea mai rapida crestere in ultimii ani. Capacitatea totala mondiala a turbinelor de vant este 47.317 MW. Majoritatea turbinelor produc energie 25% din timp, acest numar crescand iarna, cand vanturile sunt mai puternice.

Se crede ca potentialul tehnic mondial a energiei eoliene poate sa asigure de cinci ori mai multa energie decat este consumata acum. Acest nivel de utilizare a acestei surse ar necesita 12,7% din suprafata Pamantului (excluzand oceanele) sa fie acoperita de parcuri de turbine, insemnand ca terenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vant pe kilometru patrat.

Situatia pe tara - ne aflam destul de departe de U.E. in domeniul energiei curate.  In Europa exista

34 000 MW instalati in turbine eoliene, care produc aproximativ 70 TWh, in timp ce in Romania sunt in functiune 900 kW

De asemenea, in ceea ce priveste energia eoliana, doar parcul industrial de la Ploiesti beneficiaza de energie electrica furnizata de turbina eoliana cu putere de 660 kW amplasata in apropiere.

Locatia aleasa pentru montarea primei centrale eoliene din Romania a fost Parcul Industrial Ploiesti, zona identificata de meteorologi drept prielnica pentru o asemenea investitie. Pentru ca centrala sa poata functiona este nevoie ca ea sa fie amplasata intr-o zona unde bate vantul constant. Viteza minima a vantului care determina punerea in miscare a centralei este de 3,5 metri/secunda. In zona parcului industrial viteza medie a vantului calculata de meteorologi este de sapte metri/secunda. Aceasta viteza medie asigura functionarea centralei la 85-90% din capacitate. Daca viteza vantului depaseste 25 metri/secunda, centrala se opreste automat pentru a nu fi dereglata de furtuni sau alte fenomene meteorologice. Centrala eoliana are o putere instalata de 660 kW si produce uncurent electric de 690 V, care intra in sistemul national la 20 kV. Este de tip V66 Vestas si a fost proiectata de firma Asja Ambiente din Italia. Instalatia va fi legata la sistemului energetic al parcului, care asigura iluminatul public si necesarul de energie electrica pentru firmele din parc.

Conducerea Parcului are in plan instalarea a inca doua centrale eoliene asemanatoare. Prima, care le precede pe cele doua, este de putere medie si se preteaza cel mai bine pentru harta vanturilor din acea zona. In proiect se mai afla montarea a 10 centrale pe Valea Doftanei, care vor asigura energia electrica pentru populatie. Costurile cu producerea energiei electrice cu ajutorul centralelor eoliene sunt situate la 75% din costurile necesare pentru producerea de curent electric prin metodele conventionale. Intretinerea instalatiilor nu costa prea mult (in jur de 4.500 euro), iar consumabilele trebuie schimbate o data la doi ani. Pana in 2012 se intentioneaza ca 8% din energia produsa in tara sa fie asigurata prin sistemele neconventionale. Procentul este mult mai mare in tari ca Germania - 22% - si Danemarca - 31%.'

5. Energia geotermala

Potentialul caloric geotermic mondial este estimat la cca. 1013 tone echivalent carbun, dar el contribuie cu numai 0,05% la consumul mondial de energie. Temperatura solului creste cu 3o C la fiecare suta de metri in adancime, astfel incat la o mie de metri adancime am avea 30o C. Ne putem imagina centrale geotermice in care apa pompata de la adancimi de cca. 2000 m (in zonele mai calde) sa ne livreze vaporii (la cca. 300o C) necesari unor centrale de puteri mai mari de 1000 MW.

Energia geotermala e o categorie particulare a energiei termice pe care o contine scoarta terestra. Cu cat se coboara mai adanc in interiorul scoartei terestre, temperatura creste si teoretic energia geotermala poate fi utilizata tot mai eficient.

Este interesant de remarcat ca 99% din interiorul Pamantului se gaseste la o temperatura de peste 1000°C, iar restul de 1% se gaseste la o temperatura de peste 100°C. Aceste elemente sugereaza ca interiorul Pamntului reprezinta o sursa regenerabila de energie care merita toata atentia si care trebuie exploatata intr-o masura cat mai mare.
Energia geotermala este utilizata la scara comerciala, incepand din jurul anilor 1920, cand a inceput sa fie utilizata in special caldura apelor geotermale, sau cea provenita din gheizere pentru incalzirea locuintelor sau a unor spatii comerciale. Din punct de vedere al potentialului termic, energia geotermala poate avea potential termic ridicat sau scazut. Energia geotermala cu potential termic ridicat este caracterizata prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibila si poate fi transformata direct in energie electrica sau termica.
Energia electrica se obtine in prezent din energie geotermala, in centrale avand puteri electrice de 20 . 50MW, care sunt instalate in tari ca: Filipine, Kenia, Rica, Islanda, SUA, Rusia. Energia geotermala de potential termic scazut este caracterizata prin nivelul relativ scazut al temperaturilor la care este disponibila si poate fi utilizata numai pentru incalzire, fiind imposibila conversia acesteia in energie electrica.
Energia geotermala de acest tip este disponibila chiar la suprafata scoartei terestre fiind mult mai usor de exploatat decat energia geotermala cu potential termic ridicat, ceea ce reprezinta un avantaj.
Exploatarea energiei geotermale cu potential termic scazut necesita echipamente speciale concepute pentru ridicarea temperaturii pana la un nivel care sa permita incalzirea si/sau prepararea apei calde, ceea ce reprezinta un dezavantaj fata de enrgia geotermala cu potential termic ridicat.
Echipamentele mentionate poarta denumirea de pompe de caldura si au acelasi principiu de functionare ca al masinilor frigorifice, functionand cu energie electrica.
In fiecare zi planeta noastra absoarbe energie solara pe care o inmagazineaza sub forma de calorii in sol. Aceasta rezerva gratuita este reaprovizionata in permanenta, deci inepuizabila.
Captarea acestei energii termice si transformarea ei pentru utilizarea in incalzirea spatiilor interioare este posibila gratie unui generator termodinamic: pompa de caldura geotermica.
Acest echipament prezinta performante foarte interesante deoarece pe timp de iarna pentru 1KWh de energie electrica consumata, pompa de caldura restituie intre 3 si 5 KWh de caldura in interiorul casei. O buna parte a energiei de incalzire este astfel asigurata de o energie gratuita, regenerabila si nepoluanta, preluata din terenul adiacent casei. Vara datorita reversibilitatii ciclului de functionare, acelasi echipament va extrage caldura din interior si o va injecta in sol.
Pompele de caldura se utilizeaza in conditii ideale pentru case foarte bine izolate termic, cu o suprafata de teren adiacenta.
Captarea caldurii geotermice pote fi facuta utilizand diferite metode, existand doua mari categorii de captori: orizontali si verticali (sonde geotermice).
Astfel cu ajutorul Pompei de Caldura Geotermice, 1kw electric consumat pentru alimentarea compresorului este multiplicat si valorizat sub forma a 3 pana la 5 kw de caldura utila redata in casa prin intermediul instalatiei de incalzire. Captorii Orizontali ai sistemului de incalzire (montati in terenul adiacent casei) au nevoie de o suprafata minima necesara, aria de captare fiind in relatie proportionala cu suprafata interioara de incalzit.
Odata captorii instalati, se astupa sapatura si circuitul de captare devine invizibil. Suprafata de teren de peste captori trebuie sa ramana libera de constructii, permeabila la apa de ploaie, zapada, razele soarelui si vant pentru regenerarea termica naturala a solului (nu se va pava cu dale de ciment sau asfalta). Buclele captoare, odata ingropate au o durabilitate de zeci de ani fara absolut nicio interventie ulterioara. Suprafata minima de teren adiacent constructiei pentru captarea caldurii geotermice este cuprinsa intre 100-180% din suprafata interioara de incalzit, in functie de puterea termica necesara pentru incalzire.
Captarea verticala din panza freatica este facuta cu foraje de puturi de captare. Aceasta solutie presupune existenta unui debit de apa freatica minim suficient (si constant) de-a lungul anului, in special in perioada rece. Caldura este prelevata din apa freatica prezenta in sol, de obicei la o adancime de 10-20 m, acolo unde temperatura apei este constanta de-a lungul intregului an. Captarea din apa freatica presupune in prealabil un studiu preliminar de duritate a apei freatice din zona respectiva (in cazul unei circulatii in «bucla deschisa»). O alta tehnica utilizata este imersarea in puturile de captare a sondelor geotermice "in bucla inchisa". Captarea verticala din panza de apa freatica presupune utilizarea unei Pompe de Caldura "apa-apa" Termeo. Instalatia interioara poate fi prin pardoseala, cu radiatoare, ventiloconvectoare sau orice alt sistem ce foloseste apa ca agent de incalzire.

6. Biomasa

Prin fotosinteza, invelisul vegetal al plantei produce o biomasa care corespunde unei energi apreciate la cca 3ˇ1021 J/an. Fiind regenerabila, energia biomasei este (teoretic) inepuizabila, cu conditia ca omul sa nu grabeasca procesele de desertificare ale planetei. Din biomasa se pot optine combustibili (alcool, gaz metan, etc.), putandu-se folosi ca biomasa deseuri de lemn, trestie de zahar, deseuri de cereale, etc. Pentru a putea vorbi insa practic de biomasa ar trebui cultivate plante la care productia la hectar sa fie enorma (de ordinul 30-40 tone) iar continutul caloric sa fie de ordinul 4-5000 kcal/kg.

Astazi, cercetarile se concentreaza pe conversia biomasei in alcool, care ar putea servi drept carburant pentru suplimentarea si chiar inlocuirea benzinei si a motorinei. Alte forme lichide de energie obtinute din biomasa ar fi uleiurile vegetale.

Metanolul produs prin distilarea lemnului si a deseurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport si industrie, la preturi care ar putea concura cu cele ale combustibililor obtinuti din bitum si din lichefierea carbonului.

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin, dar problema mare este ca utilizeaza resurse alimentare, cum sunt porumbul sau graul. Daca insa etanolul s-ar obtine exclusiv din deseuri alimentare sau agricole, desi costurile sale de productie ar fi mai mari, efortul s-ar justifica pentru ca se recicleaza deseurile.

La alcooli se adauga si biogazul, respectiv forma gazoasa a biomasei. Acest gaz cu o putere calorica destul de slaba, continand in principal metan, se obtine din materii organice, precum apele uzate sau balegarul.

Lemnul este principala sursa bio
Exista o larga varietate de surse de biomasa, printre care se numara copacii cu viteza mare de dezvoltare (plopul, salcia, eucaliptul), trestia de zahar, rapita, plantele erbacee cu rapiditate de crestere si diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor si din constructii, paiele si tulpinele cerealelor, deseurile rezultate dupa prelucrarea lemnului, deseurile de hartie si uleiurile vegetale uzate.

Principala resursa de biomasa o reprezinta insa lemnul.
Energia asociata biomasei forestiere ar putea sa fie foarte profitabila noilor industrii, pentru ca toata materia celulozica abandonata astazi (crengi, scoarta de copac, trunchiuri, busteni) va fi transformata in produse energetice. Utilizarea biomasei forestiere in scopuri energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea inlocui o buna parte din consumul actual de petrol, odata ce tehnologiile de conversie energetica se vor dovedi rentabile.

De asemenea, terenurile putin fertile, improprii culturilor agricole, vor fi folosite pentru culturi forestiere intensive, cu perioade de taiere o data la 10 ani. Pe de alta parte, biomasa agricola (balegarul, reziduurile celulozice ale recoltelor, reziduurile de fructe si legume si apele reziduale din industria alimentara) poate produce etanol sau biogaz.

Spre deosebire de biomasa forestiera, care este disponibila pe toata perioada anului, biomasa agricola nu este, de obicei, disponibila decat o data pe an. Biogazul provenind din balegar poate incalzi locuintele; purificat si comprimat, el poate alimenta masinile agricole. Utilizarea deseurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea, minimizand problemele eliminarii gunoaielor si furnizarea de energie.

7. Energia nucleara

Dintre toate solutiile enumerate, solutia primordiala pentru urmatorul secol va fi (probabil), energetica nucleara. Fizicienii au descoperit si au pus la dispozitia umanitatii doua categorii de fenomene cu ajutorul carora se pot obtine energie. Este vorba in primul rand de fisiunea nucleara iar in al doilea rand de fuziunea nucleara.

Energetica nucleara este o energetica curata pentru ca ea nu produce poluarea pe care o datoram altor tipuri de energetica, in special celei bazate pe carbune, petrol sau gaze, care produc cam de o mie de ori mai multa poluare decat o centrala nuclearoelectrica.

Fisiunea nucleara

In procesul de fisiune, nucleul, format din protoni si neutroni, capteaza un neutron, nucleul devenind instabil fisioneaza, adica se rupe in mai multe fragmente, cu degajarea unei mari cantitati de energie, energia furnizata de reactorii nucleari. Pana in prezent cunoastem doar doua nuclee fisionabile care pot fi folosite drept combustibil nuclear: uraniul-235 (se gaseste in natura) si plutoniul-239 (nu se gaseste in natura). In urma fisiunii, nucleul se sparge in doua fragmente de fisiune, 2-3 neutroni si radiatii ( si ). Daca neutronii rezultati din fisiune lovesc noi nuclee de uraniu, acestea fisioneaza la randul lor, producandu-se fenomenul pe care il numin ,,reactie in lant'. Pentru ca procesul sa se automentina trebuie ca numarul neutronilor rezultati din noile acte de fisiune sa fie sa intreaca numarul neutronilor initiali. Cum neutronii care produc cu o mai mare probabilitate acte de fisiune sunt neutronii lenti, iar fisiunea uraniului rezulta neutroni rapizi, trebuie ca neutronii rapizi rezultati din fisiune sa fie incetiniti (sau ,,moderati'), proces care se realizeaza prin trcerea neutronilor printr-un mediu care contine hidrogen sau carbon, dupa care neutronii, deveniti lenti, pot produce noi acte de fisiune, in urma carora se produc din nou 2-3 neutroni, care sunt la randul lor incetiniti, apoi captati in nuclee de uraniu unde provoaca noi acte de fisiune si procesul se tot repeta.

Energia obtinuta prin procesul de fisiune este de peste 2 sute de megaelectronivolti (1 MeV= =1,6ˇ10 -13 J). Cum intr-un reactor nuclear se produc miliarde de miliarde de asemenea acte de fisiune in fiecare zi (sau chiar in fiecare ceas), rezulta ca putem, in final, sa obtinem o mare cantitate de energie, asa cum obtinem in centralele nuclearo-electrice.

Pe linia construirea de centrale nuclearoelectrice s-a ajuns sa se construiasca reactori nucleari care sa functioneze numai cu uraniu natural si apa gra. Aceasta filiera (adoptata si de Romania pentru centrala nucleara de la Cernavoda) ne conduce si din punct de vedere industrial si tehnologic la conditiile si solutiile cele mai avantajoase, intrucat evita costisitoarea si complicata separare a izotopilor uraniului. Aceasta filiera nu asigura totusi, in momentul de fata decat 10% din energia nucleara furnizata omenirii.

Fuziunea nucleara

Prin fuziunea nucleara (fenomenul opus fisiunii) nucleele usoare se unesc, producandu-se nucee compuse, mai grele si energie. Astfel prin unirea (fuziunea) a doua nuclee de hidrogen se obtine deuteriu si energie; prin unirea a doi deutroni se obtine un neutron, un izotop al heliului si energie etc.

In natura reactiile nucleare cele mai obisnuite sunt cele de fuziune. Aceste reactii au loc in stele, protonii (materia prima) alcatuind peste 70% din materia constitutiva a universului. Prin asemenea procese de fuziune se nasc (in stele) nucleele mai grele, pornind de la protoni. Primul proces de acest tip a fost descoperit de Hans Bethe (ciclul carbon-azot oxigen) in urma caruia, atomii de carbon jucand rolul de catalizator, din 4 nuclee de hidrogen usor se produce un atom al heliului.

Conditiile si in primul rand temperatura corpurilor ceresti nu au putut fi realizate inca in laboratoare. Pe langa temperaturile de sute de milioane de grade, ar fi necesar ca materia care fuzioneaza sa o izolam de peretii camerei, altfel s-ar evapora instantaneu. In momentul in care energetica bazata pe fuziune va intra in exploatare, problema energetica a omenirii va fi rezolvata pentru foarte multa vreme, intrucat combustibilul folosit este hidrogenul, si Pamantul are suficienta apa.