Energii regenerabile

Deși în prezent, combustibilii clasici reprezintă cea mai ieftină şi la îndemână resursă energetică, argumente majore au reimpus interesul economic pentru promovarea resurselor energetice regenerabile:

  • necesitatea unei dezvoltări durabile care să prezerve sănătatea umană și mediul
  • previzionările privind epuizarea rapidă a resurselor de combustibili clasici;
  • securitatea în aprovizionare;
  • necesitatea asigurării unui grad mai mare de independență energetică.

Comunitatea internațională, a stabilit obiectivele, restricțiile și măsurile necesare pentru promovarea rapidă a sistemelor solare în conformitate cu principiile dezvoltării durabile. De altfel prin Protocolul de la Kyoto, semnat în 2005 ,s-a fixat ca țintă pentru 2010 obținerea de energie din surse neconvenționale pentru mai mult de 12% din necesarul total și producerea a mai mult de 21% din necesarul de energie electrică din surse de energie curate.

Direcțiile de cercetare actuale urmăresc să răspundă măsurilor ce se impun pentru asigurarea resurselor energetice necesare unei dezvoltări durabile în contextul epuizării rapide a resurselor convenționale.

Cele mai utilizate forme de energie regenerabilă sunt:

 Energia solară 2(2)  Energia geotermală 3(2) Energia apei 4(2)
 Energia vântului 5(2)    Energia biomasei 6(2)

La nivel mondial, energia vântului, energia apei , energia geotemală sau a biomasei se utilizează pentru producerea energiei electrice și furnizarea acesteia în rețelele energetice naționale. În tabelul următor se exemplifică sursele și formele de energie pentru producerea energiei electrice în vederea furnizării în reţelele energetice naţionale.

 Forma de energie Sursa de energie Capacitate Ţări cu realizări
 7(2)  Energia vântului Energia cinetică a vântului 300kWel…5MWel (2005) SUA, Germania, Spania, India, etc
 8(2)  Energia apei Energia cinetică a apei 5GWel – râuri…1MWel – dimens. reduse Canada, Austria, Scandinavia, etc
 9(2)  Energie geotermală de adâncime Apă sau abur cu temperatură ridicată 20…50Mwel Filipine, Kenia, Costa Rica, Islanda, SUA, etc
 10(3) Energia biomasei Lemn, culturi agricole, masă vegetală 100kWel…50MWel Elveţia, Germnia, Scandinavia, etc
 11(3) Energie solară Radiaţie solară directă sau difuză 1kWel…câţiva MWel Germania, Japonia, Luxemburg, etc

Energia electrică se poate produce și local, iar în tabelul următor se exemplifică aceasta.

Forma de energie Sursa de energie Capacitate Ţări cu realizări
12(3) Energie solară – Panouri fotovoltaice Radiaţia solară câţiva Wel…câţiva kWel China, Africa, etc.
13 Energia vântului Vânt cu viteză redusă 100Wel…80kWel China, Mongolia, etc
14 Energia apei Potenţialul apei câtiva kWel…25MWel Numeroase ţări

Energia solară, energia geotermală și biomasa se utilizează atât pentru încălzirea şi răcirea suprafețelor. În funcție de sursa de energie, în tabelul de mai jos sunt indicate capacitățile realizate și țările cu realizări în acest domeniu.

Forma de energie Sursa de energie Capacitate Ţări cu realizări
15 Energie solară – Panouri solare Radiaţia solară 5…10m2 casnic, >20m2 comercial, industrial
16 Potenţial termic redus 6…8kWterm 6…8kWterm Austria, Germania, Elveţia, etc.
17 Energie geotermală de adâncime Apă sau abur cu temperatură ridicată 2…30MWterm Filipine, Kenia, Costa Rica, Islanda, SUA, etc
18 Biomasă Lemn, peleţi, culturi agricole, masă vegetală 2…50kWterm casnic, 600kW…60MWterm încălzire cartier Germania, Austria, Canada, Scandinavia, etc

În toate ţările cu realizări notabile în ceea ce priveşte energiile regenerabile, un impact esenţial asupra dezvoltării acestui domeniu, a fost reprezentat de adoptatea unui număr mare de reglementări legislative stimulative, inclusiv diferite forme de subvenţii. La ora actuală, piaţa este în continuă dezvoltare, pentru toate tipurile de energii regenerabile.

Domeniul energiilor regenerabile este într-o adevărată expansiune, influenţată pozitiv de reglementări legislative stimulative. Asemenea reglementări constau de exemplu în subvenţionarea preţului tuturor tipurilor de panouri solare pentru producerea apei calde, sau achiziţionarea de către compania energetică naţională din Germania, ţara din Europa cu cea mai largă preocupare în domeniul energiilor regenerabile, a curentului electric produs cu ajutorul panourilor fotovoltaice, la un preţ mult mai mare decât cel de vânzare a energiei electrice, pe o durată de până la 25 ani.

România dispune de un potenţial insuficient valorificat în domeniul resurselor energetice regenerabile si avand in vedere condițiile climatice favorabile din țara noastră, acestea permit promovarea formelor regenerabile de energie, în scopul economisirii resurselor primare, ameliorării eficienței energetice și reducerii poluării.

Principalele obiective urmărite la ora actuală se referă la:

  • îmbunătăţirea calităţii aerului, apei şi solului prin reducerea gradului de poluare cauzată prin arderea lemnului şi a combustibililor fosili utilizaţi pentru producerea energiei termice folosite pentru încălzire şi obţinerea de apă caldă menajeră
  • stimularea utilizării sistemelor care folosesc sursele de energie regenerabilă, nepoluante;
  • utilizarea sistemelor care folosesc energie solară pentru preparea apei calde menajere și în mod particular pentru încălzire;
  • folosirea sistemelor care utilizează apa geotermală pentru încălzire;
  • valorificarea energiei eoline pentru funcționarea sistemelor care folosesc surse de energie regenerabilă;
  • promovarea rapidă a unor tehnologii inovatoare și rentabile;
  • creșterea siguranței în alimentarea cu energie;
  • îmbunătățirea eficienței energetice.
  • acoperirea tuturor cerințelor de energie ale unui consumator – electricitate, încălzire, climatizare și apă caldă.

Sisteme de încălzire cu energie regenerabilă

Având în vedere necesarul de energie termică extrem de redus, datorat pierderilor perimetrale minime şi faptului că se recuperează căldura aerului evacuat, în sistemul de ventilare, pentru casele pasive energetic, la fel ca şi în cazul celor cu consum energetic redus de altfel, este posibilă utilizarea eficientă a surselor regenerabile de energie, cum sunt biomasa solidă (de ex. peleţi) sau pompele de căldură. Ambele soluţii pot fi utilizate în combinaţie cu energia solară.

În figura 1 este prezentat un sistem de utilizare combinată a energiei biomasei solide şi a energiei solare, iar în figura 2 este prezentat un sistem de încălzire tipic pentru casele pasive, care include ventilare cu recuperarea căldurii, o pompă de căldură şi panouri solare.

19

Fig. 1 Utilizarea combinată a biomasei solide şi a energiei solare

  1. unitate electronică de control;
  2. panou solar;
  3. senzor temperatură retur circuit solar;
  4. sistem de pompare pt. circuitul solar;
  5. senzor temperatură pt. apa din boiler;
  6. pompă circuit cazan cu biomasă

20

Fig. 2 Sistem tipic de încălzire a caselor pasive energetic

Toate sistemele de încălzire şi preparare a apei calde menajere cu ajutorul surselor regenerabile de energie, sunt caracterizate prin valori mult mai reduse ale temperaturii agentului termic şi prin diferenţe de temperatură mult mai mici decât în cazul sistemelor clasice. În continuare sunt prezentate două exemple tipice, care permit înţelegerea uşoară a diferenţelor de regim termic dintre sistemele clasice şi cele funcţionând cu energii regenerabile.

În locul sistemelor clasice de încălzire cu radiatoare, în care regimul termic al agentului de încălzire este 90°/70°C, la utilizarea energiilor regenerabile, se preferă adesea încălzirea prin pardoseală, caracterizată de parametri termici reduși ai agentului termic, respectiv 50°/40°C. În locul sistemelor clasice de preparare a apei calde menajere, la temperatura de 60…65°C, cu energii regenerabile se prepară a.c.m. la temperaturi de cca. 45°C, evident în cantităţi mai mari.

Cele mai drastice restricţii în ceea ce priveşte reducerea temperaturii agentului termic, sunt impuse în cazul utilizării pompelor de căldură, deoarece la creşterea temperaturii agentului furnizat, scade sensibil eficienţa termică a acestor echipamente.

Cu ajutorul biomasei solide, sau a energiei solare, pot fi atinse regimurile termice ale sistemelor clasice, dar sunt preferate totuşi regimurile cu temperaturi şi diferenţe de temperaturi mai reduse, caracterizate prin pierderi mult mai mici, datorate ireversibilităţilor mai reduse din procesele de transfer termic. În cazul utilizării surselor regenerabile de energie pentru încălzire sau prepararea apei calde menajere, o atenţie deosebită este acordată acumulării energiei termice.

Având în vedere preţurile ridicate ale echipamentelor de conversie a energiilor regenerabile în energie termică, se evită producerea căldurii şi mai ales a apei calde în regim “instant”, deoarece acest regim solicită sarcini termice ridicate, iar costurile echipamentelor necesare ar fi de asemenea ridicate.

O alternativă eficientă este reprezentată de utilizarea a preparatoarelor cu acumulare în care apa caldă să fie preparată în regim cvasi-permanent. La sfârşitul perioadelor de vârf de consum, adică dimineaţa şi seara, se va reduce temperatura apei din boilere, iar în restul timpului, când consumul este foarte redus, echipamentele de încălzire utilizând energii regenerabile, vor ridica din nou temperatura apei. Pentru ca sistemul de acumulare a apei calde să facă faţă în perioadele de vârf de consum, volumul boilerelor trebuie dimensionat corect, în funcţie de consumurile estimate. Un sistem de preparare a apei calde menajere cu acumulare, este prezentat în figura 3.

21

Fig. 3. Sistem de preparare a apei calde menajere în boiler, cu energie solară sau altă sursă de energie

Este posibilă utilizarea sistemelor de acumulare a energiei termice şi pentru utilizarea acesteia în sistemul de încălzire. Astfel de soluţii permit de exemplu acumularea energiei termice solare ziua, pentru ca aceasta să fie utilzată la încălzire, noaptea.