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.