Transport şi distribuţie prin sistem energetic naţional

4   TRANSPORT ŞI DISTRIBUŢIE PRIN SISTEM ENERGETIC NAŢIONAL

Transportul şi distribuţia energiei electrice

Energia termică şi electrică obţinută în centralele electrice este transportată şi distribuită la consumator cu utorul reţelelor de transmisie. Spre deosebire de energia termică, energia electrică poate fi transmisă la distanţe mari, dar nu poate fi folosită ca atare de către consumatori ale căror eceptoarele electrice o convertesc într-o formă convenabilă: uminoasă, mecanică, termică.

Producerea şi transportul energiei electrice (figura 1) se realizează, de regulă, sub formă de curent alternativ - sistem - fazat din următoarele considerente:

•    uşurinţa cu care o tensiune alternată de joasă tensiune se transformă în una de înaltă tensiune, şi invers;

•    complexitatea redusă a generatorelor de curent alternativ . mparativ cu cea a generatoarelor de curent continuu;

•evitarea problemelor create de coroziunea electrochimică, ^ecifice circuitelor electrice în curent continuu.

Sistemul energetic reprezintă complexul tuturor instalaţiilor aflate pe fluxul energiei: producere, transport- distribuţie, consum.

Acesta cuprinde amenajări pentru extragerea sau ...marea energiei surselor primare, centrale electrice, reţele de . nsmisie şi instalaţii de conversie a energiei în forma necesară . nsumatorilor.

Partea electrică a sistemului energetic este denumită sistem electric (electroenergetic) şi este compusă din:

•generatoare electrice instalate în centralele electrice;

•    eţea electrică;

•    eceptoare electrice.

Generatoarele de curent alternativ (alternatoarele) i j puteri unitare de până la 2000 MW (în ţara noastră se folosesc cele cu puteri de până la 330 MW) şi produc curent electric .tensiuni cuprinse între 6-3OKV, frecvenţă 50 Hz. Există şi generatoare electrice de puteri mici, cu tensiuni nominale sub iikv.

Reţeaua electrică (figura 2) preia energia generată :e centralele electrice şi o transmite consumatorilor. Reţeaua ejprinde staţii electrice (de transformare, de conexiuni) şi linii electrice (de transport, de distribuţie).

Identificaţi elementele componente ale sistemului electroenergetic.         

Staţiile electrice de transformare (figura 4) sunt instalaţii în care se transformă parametrii curentului menţinând frecvenţa constantă. Ele conţin transformatoare ridicătoare, respectiv coborâtoare de tensiune.

Staţii ridicătoare de tensiune

y

Transportul economic (cu pierderi cât mai mici) pe distanţe mari, de la locul producerii până la consumatori, constituie o problemă deosebită a electroenergeticii. Pierderile de energie datorate efectului termic al curentului electric sunt direct proporţionale cu rezistenţa electrică a conductorilor şi cu intensitatea curentului pe linia de transport. Pentru o anumită putere electrică care trebuie transportată, este evident faptul că scăderea intensităţii curentului presupune creşterea tensiunii. Astfel, transportul energiei electrice la distanţă se efectuează la tensiuni mai mari decât cele la care au fost produse. Primul element al reţelei electrice - staţia ridicătoare de tensiune creşte tensiunea, prin intermediul tranformatorului, la valori înalte (110 KV - 400KV) sau foarte înalte (peste 400 KV).

Liniile electrice

Energia electrică este transportată la distanţe mari prin linii electrice de înaltă tensiune sau foarte înaltă tensiune şi distribuită prin linii de medie sau joasă tensiune. Tensiunea nominală a liniei are una din valorile standardizate: 380V, 6 KV, 10 KV, 20 KV, 35 KV, 110 KV, 220 KV, 400 KV Când distanţele de transport sunt foarte mari, tensiunile liniei pot depăşi 400 KV.

Indiferent de tensiune şi destinaţie, liniile electrice pot fi realizate aerian sau subteran. în cazul liniilor aeriene, firele conductoare sunt susţinute de stâlpi, cu ajutorul unor elemente izolatoare (figura 5).

Liniile electrice aeriene sunt uşor accesibile în cazul defecţiunilor, dar ocupă spaţii mari şi sunt supuse permanent acţiunii agenţilor atmosferici şi poluanţi: precipitaţii, chiciură, vânt, praf, substanţe corozive. în cazul liniilor subterane, conductoarele sunt legate între ele prin „cutii de derivaţie" sau „cutii de înnădire" în funcţie de numărul de cabluri ce se ramifică la ieşirea din aceste puncte de legătură.

Liniile electrice subterane au avantajul că nu aglomerează spaţiile aeriene, nu prezintă pericolul electrocutării prin atingere directă şi au siguranţă mai mare în exploatare. Totuşi sunt scumpe şi greu accesibile în cazul defectării. Ele se folosesc în cazul legăturilor submarine, în zonele din apropierea ieroporturilor, pe sub căile ferate.

Staţiile coborâtoare de tensiune reduc tensiunea electrică a liniilor de transport la valori medii (6-35 KV) corespunzătoare liniilor de distribuţie. De la aceste staţii, amplasate în apropierea consumatorilor, se alimentează Itaţiile uzinale sau posturile de transformare (figura 6), în care fisiunea este coborâtă la valoarea de utilizare standardizată la 380 V pentru receptoare de joasă tensiune.

Reţele de distribuţie. Staţii electrice de conexiune Distribuţia energiei electrice către marii consumatori realizează prin linii de medie tensiune, iar pentru mici nsumatori prin intermediul liniilor de distribuţie, punctelor k distribuţie şi posturilor de transformare.

Liniile de distribuţie se află în prelungirea liniilor de transport şi asigură alimentarea cu energie electrică a fiecărui nsumator (figura 7). Punctele de distribuţie sunt   staţii electrice de conexiuni care realizează repartiţia energiei de o anumită tensiune. în cazul în care staţiile de transformare şi pe conexiune formează o singură instalaţie, acestea se numesc >talaţii de distribuţie. Posturile de transformare au rol similar cu staţiile coborâtoare de tensiune, reducând tensiunea la valori ase sub 1 kV.

Transportul energiei electrice în curent continuu gura 8) constituie o soluţie modernă bazată pe următoarele antaje:

. apaeitatea de transport în curent continuu este mai mare faţă cea în curent alternativ;

pierderile şi cheltuielile de investiţii, la aceeaşi putere ismisă, sunt mai mici; \ stemele energetice interconectate prin linii de curent continuu

sunt afectate de fluctuaţii ale tensiunii sau frecvenţei; » poluarea electromagnetică şi cea vizuală sunt mai reduse.

Receptoarele electrice ale consumatorilor

Consumatorii de energie electrică pot fi industriali sau casnici, cu funcţionare în curent alternativ sau în curent continuu. Receptoarele electrice ale consumatorilor preiau energia electrică şi o transformă în alte forme de energie. Ca număr, o pondere considerabilă o au consumatorii alimentaţi la tensiunea de 220 V.

Interconectarea sistemelor electrice

Amplasarea neuniformă în teritoriul ţării a centralelor electrice şi variaţiile mari, de la o zonă la alta, în ceea ce priveşte cantitatea de curent solicitată de consumatori au impus interconectarea tuturor producătorilor şi consumatorilor în cadrul unui sistem energetic naţional unic. Acest sistem asigură acoperirea necesarului energetic în condiţiile în care energia electrică nu poate fi stocată în cantităţi mari.

Interconectarea prezintă următoarele avantaje tehnice şi economice: optimizarea funcţionării centralelor electrice, reducerea pierderilor de energie în reţele, siguranţă în alimentarea cu energie de calitate a consumatorilor. De asemeni, prin existenţa sistemului energetic unic este înlăturată dependenţa consumatorilor de cantitatea de energie pe care o produc centralele electrice din apropiere.

Datorită acestor avantaje, sistemul energetic naţional ce cuprinde întreg teritoriul ţării este interconectat cu sistemele energetice ale ţărilor vecine (figura 9).

Tehnologii de obtinere a energiei-4

Centralele marine - de la energia mărilor la energia electrică

Aceste centrale utilizează mişcările şi căldura apei mărilor şi oceanelor, cu posibilităţi de transformare în energie electrică. Diferenţa de temperatură între straturile de la suprafaţă şi din adâncime constituie, de asemenea, o posibilă sursă de energie. Se deosebesc următoarele forme de energie:

•  energia mareelor (energia mareomotrică);

•  energia valurilor;

•  energia termică a mării;

•  energia curenţilor marini.

Energia mareelor (flux-reflux) este generată de forţa gravitaţională. Mareele apar ca urmare a forţelor de atracţie care sunt exercitate asupra Pământului de către Lună şi Soare şi a mişcării de rotaţie a Pământului.

Influenţa Lunii asupra mareelor este de două ori mai mare decât cea a Soarelui.

Posibilităţile actuale şi de perspectivă ale utilizării energiei curenţilor marini sunt reduse atât datorită dificultăţilor tehnice şi economice, dar şi a implicaţiilor ecologice care pot să apară. Pentru realizarea unei centrale mareomotrice sunt necesare următoarele condiţii: volumul de apă pus în mişcare trebuie să fie destul de mare inclusiv amplitudinea mareelor; zonele cele mai propice pentru instalare fiind golfurile adânci de tip fiord), vărsările de râuri (estuare) şi zonele de mare cu diferenţe mari între flux şi reflux.

Instalaţia (figura 27) constă dintr-un dig care închide golful şi grupuri turbine-generatoare montate în tunelurile din corpul digului. Apa mării poate pătrunde în golf sau poate ieşi din el numai prin tunelurile din dig. Turbinele folosesc energia curentului de apă provocat de diferenţa de nivel între apa din golf şi mare, ele funcţionând în ambele sensuri de deplasare a apei; acestea furnizează generatoarelor energia mecanică necesară.

In mod asemănător funcţionează turbinele ce folosesc energia valurilor atât la intrarea cât şi la retragerea lor (figura 28).

Centralele de fuziune nucleară

In timp ce fisiunea este o metodă de a elibera energia înmagazinată în nuclee grele, fisionabile, fuziunea prin contact produce energie prin unirea elementelor uşoare. Fuziunea nucleară este procesul care generază cea mai mare parte a energiei astrale, inclusiv în Soare.

Sursa de materie primă pentru aces tip de centrale o constituie apa de mare care conţine deuteriu şi tritiu, izotopi ai hidrogenului (figura 29). Deuteriul conţinut într-un litru de apă, folosit drept combustibil în reactor, este echivalent din punct de vedere energetic cu 300 litri benzină.

Din punct de vedere constructiv, pentru a îndeplini condiţiile cerute, reactorul de fuziune trebuie să fie de o concepţie deosebită. La temperaturi de sute de milioane de grade este exclusă reţinerea combustibilului şi a produselor de reacţie între pereţii solizi deoarece nici un material cunoscut în prezent nu rezistă. Pe de altă parte, la aceste temperaturi atomii îşi pierd învelişul electronic, obţinându-se un amestec de protoni, neutroni şi electroni - plasma - care poate fi însă localizată cu ajutorul unui câmp electromagnetic puternic.

Dacă pentru aceste condiţii s-ar găsi soluţii, realizarea centralelor termonucleare cu fuziune ar echivala cu soluţionarea problemei energetice pe Pământ.

Pile electrice şi acumulatoare

Pilele electrice sunt generatoare electrochimice de curent continuu constituite din doi electrozi introduşi într-un electrolit.

Există mai multe variante constructive de pile electrice dar cea mai folosită este pila Leclanche datorită simplităţii şi calităţilor ei.

O pilă de acest tip furnizează o tensiune de 1,5V. Pentru a obţine o tensiune superioară se leagă în serie 3 pile obţinându-se o baterie de 4,5 V. Bateriile sunt utilizate pentru alimentarea aparatelor portabile (lanterne, radio etc.)

Acumulatoarele electrice sunt dispozitive care acumulează energia electrică prin conversie electrochimică. Sunt reversibile, adică acumulează energie electrică în regim de încărcare de la o sursă de curent continuu şi generează energia acumulată când sunt conectate la un circuit receptor.

Acumulatoarele pot fi definite drept pile cu funcţionare reversibilă. Ele sunt utilizate în instalaţii fixe (în cazul întreruperii alimentării cu energie electrică), ca baterii rezervă pentru iluminatul de siguranţă şi în instalaţii mobile (mijloace de transport, lămpi portabile pentru mineri, ceferişti).

Retineţi

Producerea energiei electrice are loc în centrale electrice. Acestea pot fi: termocentrale, hidrocentrale, centrale nucleare, eoliene, solare, geotermice.

TEHNOLOGII SPECIFICE ZONEI

• Tradiţii ale industriei româneşti

România a acordat un rol prioritar dezvoltării energetice, industria energetică devenind  domeniu fundamental al economiei naţionale. Din secolul al XVIII-lea energia hidraulică capătă întrebuinţări industriale, ajungând în primele decenii ale secolului XX la construcţia complexelor hidroenergetice.
Extracţia cărbunelui are o veche tradiţie. Primele exploatări sunt cunoscute din anul 1790 în Banat (Anina, Secu) şi după anul 1840 în bazinul Petroşani. In prezent lignitul se exploatează în bazinele: Rovinari (figura 31) - ce alimentează termocentralele Rovinari, Turceni, Rogojelu şi Târgu Jiu; Motru - al cărui cărbune alimentează centrala electrică şi de termoficare Işalniţa şi Turceni; Horezu - al cărui cărbune este valorificat prin aprovizionarea centralei Râmnicu Vâlcea.

Folosirea ţiţeiului are în România o existenţă străveche, fiind atestată documentar încă din secolul al XV-lea în actele domneşti şi operele istorice ale lui D. Cantemir. Exploatările şi prelucrarea industrială a petrolului a început la mijlocul secolului al XlV-lea, România apare în statistica mondială ca prima ţară din lume cu producţie de ţiţei. Gazul metan constituie una dintre bogăţiile naturale cele mai importante ale României, se distinge atât prin cantitatea rezervelor, cât mai ales prin calitate.
• Programul de promovare a surselor energetice regenerabile(SER) în România

Un obiectiv al programului îl constituie utilizarea pe scară largă a biomasei, a deşeurilor lemnoase, în special. In centrala termică din Tasca - judeţul Neamţ se utilizează drept . combustibil rumeguşul. Centralele electrice din oraşele Vatra Dornei, Gheorghieni, Intorsura Buzăului, Huedin şi Vlăhiţa au fost transformate astfel încât să utilizeze biomasă. Potenţialul energetic al biomasei din România este evaluat la aproximativ 318xl0⁹MJ/an.

TEHNOLOGII DE OBTINERE A ENERGIEI-3

 Centrale hidroelectrice (CHE)

Hidrocentralele (figura 18) 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 generatoare de curent electric.

Energia hidraulică depinde de debitul cursurilor de apă   | care este variabil în timp, de înălţimea căderii de apă şi indirect, de condiţiile meteorologice. Astfel, centralele pot fi amplasate: pe râuri, fluvii cu debite foarte mari de apă, pe râuri de deal cu pante medii (figura 19), pe râuri de munte care curg de-a lungul unor pante repezi (figura 20). Pentru realizarea hidrocentralelor se fac anumite construcţii şi amenajări hidroenergetice.

•  Barajul închide valea unui curs de râu şi serveşte la crearea unei diferenţe de nivel pentru căderea de apă, a unei acumulări de apă sau în ambele scopuri.

•  Lacul de acumulare constituie o rezervă „tampon" de apă, care compensează variaţiile de debit ale râului. Se poate crea artificial o mărire a debitului, proporţională cu mărimea lacului, pentru o anumită perioadă de timp.

•  Canalul de aducţiune asigură circulaţia apei între lac și castelul de echilibru în cazul centralelor pe râuri cu pante mici de curgere. Poate fi construit sub formă de canale deschise, conducte sau tunele.

•  Castelul de echilibru este un rezervor situat la capătul canalului de aducţiune, serveşte la limitarea suprapresiunilor în conducta forţată şi asigură debitul necesar în momentul pornirii turbinelor sau la sporirea sarcinii acestora.

•  Conducta forţată uneşte castelul de echilibru cu sala turbinelor. Având panta mare, asigură o viteză şi o presiune mare la intrarea în turbină.

•  Canalul de fugă este conducta prin care se evacuează apa din turbinele hidraulice.

Cele trei tipuri de hidrocentrale existente prezintă o serie de particularităţi constructive şi de exploatare. La centralele pe râuri de munte, apa preluată din lacul format în spatele barajului coboară prin conducta forţată, cu pantă mare până la turbine, de unde prin canalul de fugă este returnată în albie. La centralele pe râuri cu debite şi pante mici (colinare), apa este preluată din lacul de acumulare prin conducta de aducţiune până într-un punct ce asigură o pantă şi o înălţime de cădere mai mare; aici se preia şi apa din castelul de echilibru. La centralele de pe fluvii, diferenţa de nivel se obţine pe seama înălţimii barajului, iar ansamblurile turbină-generator sunt amplasate în corpul barajului.

Ţara noastră dispune de o reţea dezvoltată de amenajări hidroenergetice dintre care amintim:

-Vidraru pe râul Argeş (figura 21); Ciunget pe Lotru (zonă de munte);

-  Porţile de Fier I şi Porţile de Fier II pe Dunăre (pe fluviu);

-  Stejaru - Bicaz (figura 22) pe râul Bistriţa (zonă colinară).

Hidrocentralele prezintă următoarele avantaje: nu necesită combustibili, costul energiei electrice produse este scăzut, personal redus de întreţinere şi exploatare, nu poluează mediul ambiant, porniri/opriri uşoare şi rapide ce pot prelua variaţii bruşte de sarcină, siguranţă în funcţionare, randament ridicat.

Dezavantajele hidrocentralelor constau în: dependenţa de regimul fluvial, dependenţa amplasării faţă de formele de relief şi sursele de apă, valoarea foarte mare a investiţiei, efectuarea construcţiilor durează mult şi necesită forţă de muncă numeroasă.

Enumeraţi elementele constructive necesare funcţionării unei hidrocentrale. Identificaţi amenajările hidroenergetice, comune celor trei tipuri de hidrocentrale. Precizaţi ce este; caracteristic centralelor de pe fluvii.

Tehnologii neconvenţionale de obţinere a energiei

Valorificarea energiei solare

Energia solară poate fi valorificată în trei moduri:

•   obţinerea căldurii de joasă temperatură prin intermediul colectoarelor solare (panouri solare);

•  producerea căldurii de înaltă temperatură în centrale solare;

•  transformarea radiaţiei solare direct în energie electrică prin efect fotovoltaic (celule fotovoltaice).

Transferarea energiei solare către agentul termic de joasă temperatură se foloseşte în domeniul casnic, la sere, şi în unele tehnologii din industria alimentară şi textilă.

Panourile solare (figura 23) funcţionează pe principiul efectului de seră: geamul care acoperă colectorul nu permite căldurii să fie reflectată din nou în spaţiu, iar izolaţia nu permite dispersia căldurii. Suprafeţele colectorului sunt vopsite în culori închise, mate, care asigură absorbţia unei cantităţi mari de radiaţii solare.

La noi în ţară panourile solare sunt folosite în staţiunile de pe Litoral pentru obţinerea apei calde în hoteluri, la casele solare, la întreprinderea de ceramică de la Jimbolia.

A doua modalitate se realizează încălzind apa cu ajutorul unor oglinzi numite heliostate (figura 24). Aceste oglinzi captează şi focalizează razele solare spre cuptorul unui cazan. Apa, transformată în aburi atinge temperaturi şi presiuni ridicate; aburul dirijat către turbina termică produce energie mecanică, iar aceasta este transformată de către generator în energie electrică.

A treia variantă vizează efectul fotovoltaic/fotoelectric; elementul care transformă energia solară în energie electrică este celula fotoelectrica a cărei funcţionare se bazează pe proprietatea unor materiale cum este siliciul, de a produce energie electrică sub acțiunea razelor de lumină. Aceste centrale sunt utilizate în spaţiul cosmic pentru a asigura energia necesară sateliţilor ce se rotesc jurul Pământului şi energia necesară funcţionării motoarelor rachetelor spaţiale. Deasemeni se utilizează la locuinţele aflate la distanţă de reţelele de distribuţie a energiei electrice (pe munţi, insule etc.). Este necesar totuşi, un sistem de stocare a energiei electrice pentru funcţionarea pe timp de noapte.

Captarea energiei eoliene

Centralele eoliene utilizează energia maselor de aer în mișcare - formă secundară a energiei solare. Ele au puteri mici zeci sau sute de KW şi sunt construite în zone cu condiţii  de circulaţie permanentă a curenţilor de aer sau în zone izolate de sisternul energetic. Este necesară utilizarea unor turbine eoliene prevăzute cu palete mobile, a căror înclinare se face automat, în funcţie de viteza vântului. Pentru a se produce energie electrică turaţia se menţine constantă.

Energia eoliană nu costă nimic, este nelimitată în timp şi nepoluantă prin noxe fiind numită şi „energia verde". Este totuşi poluantă prin zgomotul pe care-l produce şi prin modificarea peisajului. Există premise ca, în pofida unor cheltuieli ale instalaţiilor relativ ridicate, în viitor să fie găsite soluţii mai economice şi cu randamente din ce în ce mai ridicate, astfel încât energia eoliană să aibă o pondere în balanţa energetică mondială.

Astfel de centrale se întâlnesc în Olanda, Danemarca, Italia, Franţa, Germania, SUA. In România sunt în funcţiune centrale eoliene la Tihuţa - Bistriţa, Ploieşti, Baia - Tulcea, Corbu - Constanţa (figura 25).

Tehnologia geotermală, o soluţie energetică

Centralele geotermice (figura 26) utilizează drept sursă de energie primară căldura internă a Pământului. Energia scoarţei terestre este nelimitată şi teoretic s-ar putea exploata în

orice punct al Terrei.

Ca surse de energie geotermică amintim:

•  surse de abur fierbinte;

•  rezervoare naturale de apă fierbinte.

In cazul tuturor surselor, purtătorul de căldură este apa sau vaporii de apă la presiuni şi temperaturi ridicate, extraşi şi captaţi prin foraje. Aburul este apoi purificat şi introdus în turbine termice care asigură energia mecanică necesară generatoarelor electrice.

Principalele centrale geotermice existente în lume se află în Italia, SUA, Japonia, Noua Zeelandă, iar în ţara noastră, la Oradea. Există deasemenea 25 de localităţi care beneficiază de tehnologii de exploatare şi utilizare a apelor geotermale în scop energetic şi balneoterapeutic cum sunt: Călimăneşti, Cighid, Olăneşti, Căciulata.