Ce este energia regenerabilă?

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice şi a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee.

Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:

• energia eoliană
• energia solară
• energia apei
  • energia hidraulică
  • energia mareelor
• energia geotermică
• energie derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz

Energie eoliană

Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeţei Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la suprafaţa planetei noastre. Această încălzire variabilă a straturilor de aer produce zone de aer de densităţi diferite, fapt care creează diferite mişcări ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine eoliene sunt capabile de a produce până la 5 MW de energie electrică, deşi acestea necesită o viteză constantă a vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 kilometri pe oră. În puţine zone ale Pământului există vânturi având viteze constante de această valoare, deşi vânturi mai puternice se pot găsi la altitudine mai mare şi în zonele oceanice. Singurul dezavantaj al energiei eoliene este ca necesita service datorita uzurii.

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010, Sursa: [1] World Wind Energy Association

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului. La sfârşitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904 MW, acestea producând ceva mai mult de 1% din necesarul mondial de energie electrică.

Deşi încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ţărilor, producţia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 şi 2006, ajungându-se ca, în unele ţări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

Turbine de vânt

Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi, şi turbine noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creştere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste 25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.

Se crede că potenţialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum. Acest nivel de exploatare ar necesita 12,7% din suprafaţă Pământul (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de turbine, presupunând că terenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătăţirea randamentului turbinelor şi a soluţiilor tehnice utilizate.

Avantaje

În contextul actual, caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependenţei de aceşti combustibili.

Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluţie foarte bună la problema energetică globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicaţiilor la scară redusă.

• Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.

• Nu se produc deşeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici unui fel de deşeuri.

• Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în centralele eoliene moderne a scăzut substanţial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare externalităţile negative inerente utilizării combustibililor clasici.^[1][2][3]

În 2004, preţul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime faţă de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcţiuni tot mai multe unităţi eoliene cu putere instalată de mai mulţi megawaţi. ^[4]

• Costuri reduse de scoatere din funcţiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcţiune pot fi de câteva ori mai mari decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune, la capătul perioadei normale de funcţionare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

Dezavantaje

Fermă de energie eoliană în Tarifa, Spania

Principalele dezavantaje sunt resursa energetică relativ limitată, inconstanţa datorită variaţiei vitezei vântului şi numărului redus de amplasamente posibile. Puţine locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului.

La început, un important dezavantaj al producţiei de energie eoliană a fost preţul destul de mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă, preţul de producţie pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prin îmbunătăţirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenţi pe kilowatt oră.

Un alt dezavantaj este şi “poluarea vizuală” – adică, au o apariţie neplăcută – şi de asemenea produc “poluare sonoră” (sunt prea gălăgioase). De asemenea, se afirmă că turbinele afectează mediul şi ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări şi necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor. Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt au o apariţie atractivă stilizată, că maşinile omoară mai multe păsări pe an decât turbinele şi că alte surse de energie, precum generarea de electricitate folosind cărbunele, sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu, deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră.

Un alt dezavantaj este riscul mare de distrugere în cazul furtunilor, dacă viteza vântului depăşeşte limitele admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca ea să fie depăşită

Energie solară

Panouri solare

Conceptul de “energie solară” se referă la energia care este direct produsă prin transferul energiei luminoase radiată de Soare. Aceasta poate fi folosită ca să genereze energie electrică sau să încălzească aerul din interiorul unor clădiri. Deşi energia solară este reînnoibilă şi uşor de produs, problema principală este că soarele nu oferă energie constantă în nici un loc de pe Pământ. În plus, datorită rotaţiei Pământului în jurul axei sale, şi deci a alternanţei zi-noapte, lumina solară nu poate fi folosită la generarea electricităţii decât pentru un timp limitat în fiecare zi. O altă limitare a folosirii acestui tip de energie o reprezintă existenţa zilele noroase, când potenţialul de captare al energiei solare scade sensibil datorită ecranării Soarelui, limitând aplicaţiile acestei forme de energie reînnoibilă.

Nu există nici un dezavantaj deoarece instalaţiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere.

Panourile solare produc energie electrică 9h/zi (calculul se face pe minim; iarna ziua are 9 ore) Ziua timp de 9 ore aceste panouri solare produc energie electrică şi în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii pentru a fi folosită noaptea.

Instalaţiile solare sunt de 2 tipuri: termice şi fotovoltaice. Cele fotovoltaice produc energie electrică gratis. Cele termice ajută la economisirea gazului în proporţie de 75% pe an. O casă care are la dispoziţie ambele instalaţii solare (cu panouri fotovoltaice şi termice în vid) este considerată “FARA FACTURI” deoarece energia acumulată ziua în baterii este trimisă în reţea).

Instalaţiile solare funcţionează chiar şi atunci când cerul este înnorat. De asemenea sunt rezistente la grindină (în cazul celor mai bune panouri).

Energia solară se referă la o sursă de energie reînnoibilă care este direct produsă prin lumina şi radiaţia solară. Aceasta poate fi folosită să:

• genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)
• genereze electricitate prin centrale electrice termale
• genereze electricitate prin turnuri solare
• încălzească blocuri, direct
• încălzească blocuri, prin pompe de căldura
• încălzească blocuri, prin cuptoare solare

Dezavantaje

Nu există niciun dezavantaj, deoarece instalaţiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere.

Instalaţiile solare sunt de 2 tipuri: termice şi fotovoltaice.

• Instalaţiile termice ajută la economisirea gazului metan, în proporţie de circa 75% pe an.
• Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică gratis (cu lumina soarelui).

Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4h/zi (calculul se face pe minim: orele de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică şi în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii, pentru a fi folosită dealungul nopţii, la casele izolate, fără legatură la reţeaua electrică natională.

Energie hidraulică

Barajul Hoover

Energia hidraulică reprezintă capacitatea unui sistem fizic (apa) de a efectua un lucru mecanic la trecerea dintr-o stare dată în altă stare (curgere). Datorită circuitului apei în natură întreţinut de energia Soarelui, este considerată o formă de energie regenerabilă.

Energia hidraulică este de fapt o energie mecanică, formată din energia potenţială a apei dată de diferenţa de nivel între lacul de acumulare şi centrală, respectiv din energia cinetică a apei în mişcare.^[1] Exploatarea acestei energii se face curent în hidrocentrale, care transformă energia potenţială a apei în energie cinetică, pe care apoi o captează cu ajutorul unor turbine hidraulice care acţionează generatoare electrice care o transformă în energie electrică.

Tot forme de energie hidraulică sunt considerate energia cinetică a valurilor şi mareelor

Energia mareelor

Centrala utilizand energia mareelor

Energia mareelor este energia ce poate fi captată prin exploatarea energiei potenţiale rezultate din deplasarea pe verticală a masei de apă la diferite niveluri sau a energiei cinetice datorate curenţilor de maree. Energia mareelor rezultă din forţele gravitaţionale ale Soarelui şi Lunii, precum şi ca urmare a rotaţiei terestre.

Este o formă de energie regenerabilă

Energie geotermică

Energia geotermică este o formă de energie obţinută din căldura aflată în interiorul Pamântului. Apa fierbinte şi aburii, captaţi în zonele cu activitate vulcanică şi tectonică, sunt utilizaţi pentru încălzirea locuinţelor şi pentru producerea electricităţii.

Este o formă de energie regenerabilă.

Tipuri de Centrale Geotermale

Exista trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite la aceasta data pe glob pentru transformarea puterea apei geotermala in electricitate: ‘uscat’; ‘flash’ si ‘binar’, depinzand dupa starea fluidului: vapori sau lichid, sau dupa temperatura acestuia.

• Centralele ‘Uscate’ au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizeaza abur din izvorul geotermal.
• Centralele ‘Flash’ sunt cele mai raspandite centrale de azi. Ele folosesc apa la temperaturi de 360° F(182° C), injectand-o la presiuni inalte in echipamentul de la suprafata.
• Centralele cu ciclu binar difera fata de primele doua, prin faptul ca apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine in contact cu turbina,respectiv generatorul electric. Apa folosita atinge temperaturi de pana la 400° F(200°C).

Biomasă

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deşeurilor şi reziduurilor din agricultură, inclusiv substanţele vegetale şi animale, silvicultură şi industriile conexe, precum şi partea biodegradabilă a deşeurilor industriale şi urbane.

Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului.

Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care însă, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere (transformare chimică în prezenţa oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic).

Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanţi):

• Arderea directă cu generare de energie termică.

• Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2).

• Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazul fermentării produşilor zaharaţi; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă.

• Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool şi generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) şi glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel.

• Degradarea enzimatică a biomasei cu obţinere de etanol sau biodiesel. Celuloza poate fi degradată enzimatic la monomerii săi, derivaţi glucidici, care pot fi ulterior fermentaţi la etanol

DE CE ENERGIE SOLARA?

De ce am ales dintre sursele de energie regenerabile energia solară?
Pe baza înregistrărilor meteorologice putem observa uşor că potenţialul solar pe teritoriul României are valori remarcabile. Totodată constatăm că în majoritatea ţărilor dezvoltate din Europa (chiar şi în cele cu potenţial solar inferior celui din România) producerea energiei electrice pe baza energiei luminii soarelui are succes, în special în mici centrale fotovoltaice încadrate în construcţii, în regim racordat la reţea. Efectul fotovoltaic constă în producerea unui curent electric ca urmare a absorbţiei radiaţiei electromagnetice (fotoni). Acest efect cunoaşte aplicaţii importante în semiconductori, unde generarea de purtători de sarcină liberi (electroni, goluri) este semnificativă în raport cu numărul purtătorilor generaţi termic. Dacă în semiconductor există un câmp electric intens (ca în cazul joncţiunilor n-p în siliciu) atunci electronii generaţi ca urmare a absorbţiei radiaţiei (fotoelectroni) vor fi conduşi într-un circuit exterior, generându-se, astfel, energie electrică. Până în anul 1973 (prima criză a petrolului) celulele solare s-au utilizat mai mult în aplicaţii spaţiale. Până la începutul anilor ’90 producţia mondială de celule solare (aproximativ 50 MW/an) era complet nesemnificativă la nivelul consumului de electricitate global.

Sursele regenerabile de energie, şi în particular energia solară fotovoltaică, au primit un impuls puternic în urma summit-ului de la Kyoto (1997) privind starea surselor de poluare ale planetei. Ca urmare a acestui summit, s-a stabilit o reducere a emisiilor de CO2 (principala cauză a efectului de seră) cu 15% până în anul 2010 şi, implicit, sprijinirea dezvoltării accentuate a surselor regenerabile de energie, în particular a aplicaţiilor fotovoltaice. Astfel, în anul 1997 a fost lansat în SUA programul intitulat “1 Milion de acoperişuri”, ce anticipează o producţie de 1,5 GW în anul 2010. În Japonia, programul susţinut de guvern prevede o producţie de 4,6 GW pe an în 2010.

Energia fotovoltaică este energia electrică obţinută din energia soarelui,directă şi indirectă, prin intermediul elementelor fotovoltaice. Energia se obţine datorită efectului fotogalvanic, care se bazează pe specificul siliciului de a elimina o cantitate mică de energie la contactul cu lumina solară. Există şi alte tipuri de materiale cu asemenea calităţi, însă siliciul este prioritar deoarece este uşor accesibil şi constituie 28% din scoarţa terestră.

Sistemele fotoelectrice, ca regulă, se împart în:
1. Sisteme autonome, constituite doar din module fotovoltaice. Pot conţine regulatoare şi acumulatoare.
2. Sisteme hibride, care reprezintă o combinaţie de elemente fotoelectrice şi alte surse pentru producerea energiei electrice: generatoare eoliene, diesel, altele. Aceste sisteme utilizează acumulatoare şi reglatoare de capacităţi şi mărimi mai mici.
3. Sisteme conectate la reţele electrice – reprezintă, practic, staţii electrice mici, care livrează energie electrică direct în

reţeaua comună.

Avantajele sistemelor fotovoltaice:

- siguranţă înaltă – iniţial elementele fotovoltaice au fost elaborate ca tehnologii cosmice,

- rezistente pentru condiţii extreme şi de durata lunga de viaţă; astăzi aceste elementele sunt folosite la obţinerea energiei electrice zi de zi pe pământ, păstrând calităţile de siguranţă iniţiale;

- cheltuieli curente mici, elementele folosesc lumina solara, combustibil gratis,

-datorita lipsei componentelor mobile, nu necesita îngrijire deosebita.

- ecologic curate – nu consuma combustibil fosil, nu produc modificări în mediu, deci nu poluează. Arderea combustibililor fosili produce fum şi gaze toxice,  cauzând ploi acide, poluarea apelor şi a aerului. Dioxidul de carbon CO₂ produce efectul de seră. Utilizând doar energia solară nu se produce degradarea mediului şi se reduce efectul de încălzire globale.

- lipsa componentelor mobile nu duce la apariţia zgomotelor (nu produc poluare sonoră), deci pot fi utilizate nemijlocit la consumator,

- fiabilitate ridicata, durata de viata lunga,

- comoditate şi cheltuieli mici la instalare – sistemele fotovoltaice pot fi de diferite mărimi, fiind adaptate la preferinţele consumatorului, mărind sau micşorând ulterior capacitatea. Pot fi mobile şi, deci, pot fi utilizate în diverse locuri,

- rentabile mai ales în locuri izolate, spre exemplu, staţii de comunicaţie, cabane, alte;

- eliminarea armonicilor şi compensarea pierderilor de putere reactivă,
- investiţie iniţial redusă şi recuperare rapidă,
- efecte ecologice prin reducerea factorilor poluanţi,

- cheltuieli mici la transportarea energiei produse – fiind instalate în apropierea nemijlocită a consumatorului nu necesită reţele sau lungimi mari fire de transport a energiei electrice. Este o prioritate esenţială, deoarece se cunoaşte că costul transportării constituie circa 50% din costul final al energiei electrice clasice.

- crearea de noi locuri de muncă într-un domeniu de viitor.

Aplicaţiile sistemelor fotovoltaice

Sisteme PV autonome de la razele soarelui:

sisteme cu alimentare directa: încorporate în faţadele clădirilor, în acoperişuri, conform ultimilor norme de construcţie Europene, care preved construirea de Eco – clădiri cu energie pozitivă.

Sisteme de pompare solara: ridicarea potenţialului zonelor în care nu există energie electrică, asigurând alimentarea spitalelor, a sistemelor de comunicaţie, alimentarea cu apă din puţuri de mare adâncime a animalelor în locuri izolate, alimentarea locuinţelor izolate, sisteme de irigaţii sezoniere.

Sisteme de stocare: balize de semnalizare, lămpi de iluminat public.

Sisteme hibride: sisteme de iluminat şi încălzit locuinţe.

Sisteme PV racordate la reţea: cu injectarea directa in reţea a întregii puteri produse, cu injectarea in reţea numai a puterii neconsumate local

Utilizarea surselor de energie fotovoltaică asigură, împreună cu celelalte surse regenerabile de energie dezvoltarea durabilă şi independenţa energetică a ţărilor care le utilizează deoarece se bazează pe combustibili practic inepuizabili.

În prezent, peste 30 de state dezvoltate utilizează acest tip de sisteme solare de producere a  ”energie curate”, contribuind la protecţia mediului şi la reducerea efectului de seră.

La noi în ţară există sisteme fotovoltaice autonome în zona Munţilor Apuseni, Carpaţi, Nordul Moldovei, Parcuri naturale inclusiv Delta Dunării şi litoralul Mării Negre.

Bibliografie:Surse regenerabile de energie – Monografie realizată de S.C.CHIMINFORM DATA S.A.,Bucureşti,2004 în cadrul proiectului „BEST RESULT” –  Building and Energy Sistem and Technologies in Renewable Energy Sources Update and Linked Trainig