Tehnologii moderne de obținere a energiei electrice din resurse regenerabile

          Resursele regenerabile sunt considerate formele de materie și energie din natură, a căror utilizare este posibilă la nesfârșit, cel puțin din punct de vedere teoretic. Aceste resurse, spre deosebire de hidrocarburi sau minereuri radioactive, se reînnoiesc. Au fost considerate ”alternative” sau neconvenționale” mai ales în perioada lor incipientă, de impact asupra societății, când au apărut ca ”alternative” la combustibilii tradiționali. Mai sunt cunoscute și ca ”energii sustenabile” în contextul mai larg al așa-zisei ”dezvoltări durabile”.

          Pentru a obține energie electrică din sursele regenerabile și nepoluante, se folosește de obicei același principiu de funcționare ca la termocentrale, atomocentrale sau hidrocentrale: energie primară => energie cinetică => energie electrică.

          Energia primară poate fi:

- căldura rezultată prin arderea combustibililor fosili (hidrocarburi), care produce abur (evaporarea apei);

- căldura rezultată prin fisiunea nucleară, care produce abur (evaporarea apei);

- energia potențială a apei din lacurile de acumulare, în funcție de volumul și presiunea apei, de înălțimea, dimensiunea și volumul tuburilor de scurgere, căderea apei etc.

- energia vântului;

- energia mareelor;

- energia valurilor;

- energia geotermală;

- energia biomasei;

- energia solară (în unele cazuri);

          Aceste energii primare sunt convertite cu ajutorul turbinelor în energie cinetică. Turbinele aflate în mișcare (în rotație) sunt conectate la generatoare. Mai jos vom urmări imagini explicative ale tehnologiilor utilizate sau doar proiectate pentru producerea energiei curate, nepoluante.

1) Centralele eoliene valorifică forța vântului, fiind moștenitoarele unor dispozitive ingenioase vechi de secole, morile de vânt, folosite la măcinarea cerealelor sau la pomparea mecanică a apei din poldere și alte zone inundabile. Condițiile perfecte de funcționare a centralelor eoliene sunt:

• intensitatea și viteza vântului constante și destul de ridicate, pentru a se asigura o funcționare continuă;
• frecfența foarte ridicată a vântului doar pe o singură direcție, pentru a bate frontal în elice (în turbină);

           Așadar, potențialul eolian cel mai mare apare în zonele litorale, în ariile cu vânturi dominante (vânturile de Vest, alizee, musoni), în zonele cu relief ce concentrează curenții de aer. Eolienele pot fi industriale (de dimensiuni mari) sau gospodărești (de dimensiuni mici). Pot avea structură orizontală, când funcționează doar dacă vântul bate pe o anumită direcție, sau structură verticală, când turbina este acționată din orice direcție.

Fig.1. Centrală eoliană verticală, integrată în arhitectura casei

Fig.2. Schema de funcționare a unei eoliene industriale 

(cu structură orizontală)

Fig.3. Parc de eoliene pe mare

2) Energia valurilor – camera litorală de compresie. Este o încăpere construită pe țărm, cu deschiderea spre apă. În momentul apropierii valului, aerul din interior este comprimat și evacuat printr-un tub în care se află turbina. În momentul retragerii valului, presiunea din interior scade, determinând absorbția aerului prin tubul cu turbină. Turbina respectivă este rotită indifferent de sensul de circulație a aerului.

Fig.4. Camera de compresie – energia valurilor

3) Energia valurilor – bazinul captator litoral. Bazinul este amenajat chiar pe țărm și este prevăzut cu o fantă care permite trecerea valurilor deferlate dinspre mare, dar se închide în timpul retragerii. Astfel, nivelul apei din bazin este mai ridicat decât nivelul mării. Un tub asigură evacuarea apei din bazin spre mare, după principiul vaselor comunicante - de echilibrare gravitațională a nivelurilor. Circulația apei prin tub pune în mișcare o mica turbină.

Fig.5. Bazinul captator – energia valurilor

4) Energia valurilor – pale oscilante și pistoane. Și această tehnologie se bazează pe energia hulei dar și a valurilor deferlate. Sistemul este submers, dar foarte aproape de linia coastei. Mișcarea oscilatorie a apei este transmisă palelor într-o deplasare continuă de ”du-te-vino”. De pale sunt conectate pistoanele legate la generator.

Fig.6. Pale și pistoane – energia valurilor

5) Energia valurilor – balize, brațe și pistoane. Aceste centrale sunt construite pe țărmurile stâncoase, cu hulă puternică. Sunt prevăzute cu un brat lung și oscilant de care sunt conectate pistoanele.

6) Energia valurilor – flotori punctuali. Pot fi amplasați în orice zonă cu valuri, în larg sau în apropierea țărmului. Baliza are o mișcare verticală repetitivă, care este transmisă unor pompe.

Fig.7. Baliză liberă

Fig.8. Rețea de balize

Fig.9. Captatori punctuali și captatori lineari

7) Energia valurilor – flotori lineari. ”Șerpii flotanți” au pompe funcționale datorită diferenței de oscilație a structurilor componente.

Fig.10. ”Șarpe” marin

Fig.11. Energia valurilor valorificată în Portugalia

8) Energia valurilor – alte sisteme flotante și oscilante.

Fig.12. ”Ouă” plutitoare

Fig.13. Pale plutitoare

9) Platforma cu bazin captator. Are principiu asemănător cu cel de la punctul 3). O platformă plutitoare are în centrul său un bazin în care se acumulează apa valurilor deferlate pe platformă. Nivelul este puțin mai înalt decât nivelul mării. Astfel, se va asigura un flux de scurgere printr-un tub în care se găsește și o mică turbină.

Fig.14. Platformă cu bazin captator

Fig.15. Platformă cu bazin captator 2

10) Platformă cu o cameră de compresie. Principiul este asemănător cu cel de la punctul 2). Platforma are o încăpere deschisă în partea de jos. Când nivelul apei se ridică, are loc o creștere a presiunii aerului în interior, urmată de evacuarea acestuia printr-un tub cu turbină. În momentul coborârii nivelului apei, se produce efectul invers. Turbina este acționată de jetul de aer în dublu sens.

Fig.16. Schema de funcționare a platformei

Fig.17. Platformă de producere a energiei electrice

11) Energia curenților oceanici. Centralele sunt ingenios proiectate în calea curenților oceanici puternici. Structura prezintă o fundație fixată pe fundul oceanic, un braț mobil care se va orienta întotdeauna spre direcția unde se îndreaptă curentul și turbine orientate în bătaia apei.

Fig.18. Centrale electrice în calea curenților oceanici

Fig.19. Turbine în calea curenților

12) Energia mareelor. Este utilizată prin construirea unui baraj care izolează un golf sau un estuar de restul oceanului. Mareele trebuie să aibă câțiva metri amplitudine. În timpul fluxului se va ridica nivelul apei în ocean, egalizarea nivelului golfului făcându-se prin scurgerea apei pe un tub amplasat în baraj. În timpul refluxului, se produce efectul invers. În tub există o turbină rotită din dublu sens.

Fig.20. Funcționarea turbinei în dublu sens

Fig.21. Structura schematică a unei centrale mareo-motrice

Fig.22. Centrală mareo-motrică

13) Energia geotermală. Constă în existența unui gradient geotermic accelerat, adică temperatura în interiorul pământului crește foarte rapid odată cu adâncimea. Aceste surse de căldură foarte apropiate de suprafață apar în zone vulcanice (Yellowstone), în zone rift (Islanda), de subducție (Chile) sau în lungul unor falii (Câmpia de Vest). Căldura înseamnă apă în stare de vapori. Vaporii captați pe coloane acționează asupra turbinelor, rotorul acestora fiind conectat la generatoare. Alte utilități conexe, asigurate de aceste centrale: apa caldă pentru instalația de încălzire a locuințelor (încălzirea caloriferelor) sau pentru instalația de consum direct (apă caldă).

Fig.23. Centrală geotermală – structură

Fig.24. Centrală geotermală în Islanda

14) Energia solară. Panourile cu celule fotovoltaice produc energie electrică în urma unor reacții chimice între straturile conductoare componente, unul încărcat pozitiv și celălalt încărcat negativ. Reacția constă în migrarea electronilor și eliberarea de energie electrică, în condițiile încălzirii stratului de către radiația solară. Alte centrale folosesc oglinzi focalizatoare, care generează temperaturi ridicate în anumite puncte.

Fig.25. Principiul de funcționare a panourilor fotovoltaice

Fig.26. Panou cu celule fotovoltaice

15) Energia biomasei. Biomasa reprezintă totalitatea deșeurilor vegetale, animale, agricole, industriale, menajere și urbane din care se pot obține sau extrage diverși biocombustibili. Teoretic, prin folosirea biomasei se reduce impactul negativ asupra mediului.

Fig.27. Biomasă

Bibliografie

- agir

- arhicon oradea 

- energias renovables

- energiile neconvenționale 

- green source

- texto scientificos

___

* Dacă ți-a plăcut acest articol, mă poți susține pentru munca depusă printr-o donație.

de Ionuț Tudose

3.12.2015