Descarcă articolul complet

Energia vântului a fost folosită de la începuturile umanităţii ca mijloc de propulsie pentru diferite ambarcaţiuni, iar mai târziu ca energie pentru morile de vânt. Primele mori de vânt s-au folosit în secolul VII în Persia la măcinatul grăunţelor. Morile de vânt au apărut în Europa în secolul XII folosindu-se pentru măcinarea boabelor, tăiatul buştenilor, mărunţirea tutunului, presarea seminţelor, confecţionarea hârtiei. Însă exploatarea pe scară largă a apărut abia în secolul XX, odata cu apariția “morilor de vânt” moderne – turbinele eoliene ce puteau genera o energie de 250 până la 300 KW.

Tehnologia producerii energiei eoliene

O turbină eoliană lucrează într-un mod opus față de cel al unui ventilator. În loc de a folosi energie electrică pentru a face vânt, o turbină eoliană folosește vântul pentru a produce electricitate. Vântul întoarce paletele ce acționează un arbore, care se conectează la un generator de energie electrică și produce electricitate. Energia electrică este trimisă prin linii de transport și distribuție la o stație.

Clasificarea eolienelor în funcţie de puterea lor

Ca ordin de mărime, 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe de 3 persoane, fără încălzirea electrică.

Avantajele şi dezavantajele utilizării energiei eoliene

Avantaje:

• Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante și gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.
• Nu se produc deșeuri.
• Costuri reduse de scoatere din funcțiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de câteva ori mai mare decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcțiune, la capătul perioadei normale de funcționare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

Dezavantaje:

• Principalele dezavantaje sunt resursa energetică relativ limitată, ce constă în variația vitezei vântului și numărului redus de amplasamente posibile. Puține locuri pe Pamânt oferă posibilitatea producerii de energie electrică folosind energia vântului.
• Un alt dezavantaj este și “poluarea vizuală” – adică, au o apariție neplacută – și de asemenea produc “poluare sonoră” (sunt prea gălăgioase). De asemenea, se afirmă că turbinele afectează mediul si ecosistemele din imprejurimi, necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor.

Tehnologiile “termo-solare” folosesc căldura razelor de soare pentru a produce apă caldă, energie electrică și pentru a încălzi unele locuințe. Aplicațiile termo-solare se întind de la un simplu sistem rezidențial de încălzire a apei până la stații foarte mari de generare a energiei electrice.

Pe parcursul istoriei, oamenii au folosit căldura soarelui pentru diferite întrebuințări casinice. Astăzi, energia termo-solară este folosită aproape în orice climat pentru a furniza o sursă sigură și ieftină de energie. Conceptul propriu-zis de energie termo-solară a apărut in anul 1767 când omul de știință elvețian Horace de Saussure a inventat primul colector solar sau “cutia fierbinte”. Renumitul astrolog Sir John Hershel a folosit în anul 1830 aceste “cutii fierbinți” pentru a gătii în timpul expediție sale în sudul Africii. Energia termo-solară a devenit foarte importantă în unele părți ale Africii pentru gătit și pentru distilarea apei. Încalzirea solară a inceput să ia amploare cand Clarence Kemp a patentat primul sistem comercial de încalzire a apei în anul 1891. Ideea a prins repede în regiunile unde trebuia importat combustibil pentru încalzirea apei. În anul 1987, aproape 30% din casele din Pasadena, California (S.U.A.) aveau un sistem termo-solar de încălzire. Încălzirea solară a apei a înflorit (in S.U.A.) în timpul anilor în care prețul energiei era mare (anii ‘70). Datorită faptului că încălzirea apei într-o reședință poate însemna pana la 40% din consumația totală de energie, încălzirea solară joacă un rol important în multe țări.

Principalele moduri de utilizare a energiei termo-solare sunt însă următoarele:

• producerea de energie termică: încălzirea apei, încălzirea locuințelor, a serelor, etc.
• producerea de energie electrică prin intermediul celulei fotovoltaice.

De ce energia solară

Pentru că este disponibilă în cantități imense, energia termo-solară este inepuizabilă (cel puțin pentru câteva miliarde de ani) și este ecologică. Captarea energiei solare nu este poluantă și nu are efecte nocive asupra atmosferei, iar în condițiile în care degradarea Terrei atinge un nivel din ce în ce mai ridicat, această problemă începe să fie luată în seamă de tot mai mulți oameni.

Conversia energiei solare în alte forme de energie

Centralele electrice termo-solare folosesc mai multe metode pentru captarea razelor de soare:

1. Sisteme cu receptor central – aceste sisteme concentrează razele de soare spre un colector central cu ajutorul unor oglinzi plasate radiar.

2. Sisteme cu albii – albiile sunt lungi, formate din oglinzi curbate ce concentrează razele soarelui pe niște țevi umplute cu un lichid. Acest lichid poate atinge temperaturi foarte mari, de exemplu în centralele din Sudul Californiei poate ajunge pana la 400 grade C.

3. Sisteme cu parabolă – folosesc o parabolă ce concentrează radiațiile solare spre un colector montat în punctul focal al acesteia.

Radiația solară medie anuală în România variază între 1,100 și 1,300 kWh/m2 pentru mai mult de jumătate din suprafața țării.

Energia geotermică este o formă de energie regenerabilă obținută din căldura aflată în interiorul Pământului. Apa fierbinte și aburii, captați în zonele cu activitate vulcanică și tectonică, sunt utilizați pentru încălzirea locuințelor și pentru producerea electricității.

Oamenii folosesc izvoarele calde de mii de ani, pentru furnizarea apei încălzite pentru baie sau gătit. Folosită încă din paleolitic, cea mai cunoscută utilizare la ora actuală a energiei geotermale este pentru producția de energie electrică. Energia geotermală este considerată a fi rentabilă, fiabilă, durabilă și ecologică, însă limitată ca utilizare numai pentru zonele dintre plăcile tectonice. Progresele tehnologice ale ultimilor ani au putut să extindă utilizarea acestei resurse și în alte zone funcționale, cum ar fi încălzirea locuințelor, deschizând noi oportunități pentru o exploatare mai largă.

Energia geotermală și izvoarele cu apă caldă au fost folosite în secolele trecute pentru spălat și încălzit locuințe, în 1904 fiind înregistrată prima utilizare în vederea producerii electricității (un generator care alimenta 4 becuri). Din 1911 până în 1958 a existat o singură centrală geotermală, moment în care Noua Zeelanda s-a alăturat producătorilor de electricitate din energie geotermală.

Domeniile de utilizare a energiei geotermale

Tipurile de centrale geotermale folosite la nivel mondial pentru transformarea puterii apei geotermale în electricitate, depinzând de starea  fluidului, adică dacă se află în stare de vapori sau în stare lichidă şi de temperatura acestuia:

• centralele uscate – au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizează abur din izvorul geotermal;
• centralele flash – sunt cele mai răspândite centrale de azi. Ele folosesc apa la temperaturi de 182°C (364°F), injectând-o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață;
• centralele cu ciclu binar – care diferă față de primele două prin faptul că apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina, respectiv generatorul electric. Apa folosită atinge temperaturi de până la 200 °C (400 °F).

Avantajele utilizarii energiei geotermale

• Este văzută ca fiind o formă viabilă de energie deoarece este curată și regenerabilă, reaprovizionarea rezervoarele geotermale făcându-se pe cale naturală;
• Spre deosebire de energia solară și cea eoliană, energia geotermală este disponibilă în mod constant, nefiind dependentă de condițiile meteorologice;
• Energia geotermală poate fi extrasă fără a arde combustibili solizi precum cărbunele, gazul sau petrolul. Încă din Antichitate, oamenii foloseau această sursă de energie pentru a încălzi locuințele, a prepara mâncare și este utilizată și în zilele noastre pentru încălzirea locuințelor și birourilor;
• În comparație cu celelalte surse de energie regenerabilă, precum cea solară sau eoliană, care sunt folosite în zona de vârf a curbei de sarcină, energia geotermală este excelentă pentru zona de bază a curbei de sarcină;
• Energia geotermală implică în general costuri mici de utilizare și mentenanță, acestea fiind cu până la 80% mai reduse decât în cazul generării de energie pe bază de combustibili fosili si non-fosili;
• Nu necesită suprafețe mari, putând fi construite parțial subteran;
• Dezvoltarea tehnologică recentă a făcut ca energia geotermală să fie mai ușor de exploatat;
• Chiar si micile gospodării pot beneficia de încălzire pe bază de energie geotermală.

Resursele geotermale pot oferi o sursă de energie ecologică. Deși obținerea de energie electrică din surse geotermale are, cu siguranță, impact asupra mediului, aceasta este în general mai blândă cu mediul înconjurător decât alte tehnologii de generare de electricitate.

În plus, energia geotermală rămâne un prieten al mediului la fel de bun ca alte surse de energie regenerabile. Aceasta oferă în același timp fiabilitate și posibilitatea de utilizare pentru acoperirea golului din curba de sarcină, ceea ce nu se întampla în cazul celorlalte surse de energie regenerabile.

Odată cu dezvoltarea tehnologică, efectele energiei geotermale asupra mediului pot fi reduse la aproape zero. Energia geotermală poate furniza energie regenerabilă, sigură și din abundență pentru toată lumea.

Biomasa reprezintă componenta vegetală a naturii. Ea asigura nu doar hrana, ci si energie, materiale de construcție, hârtie, țesături, medicamente și substanțe chimice. Biomasa este utilizată în scopuri energetice din momentul descoperirii de către om a focului.

Astăzi combustibilul din biomasă poate fi utilizat în diferite scopuri – de la încălzirea încăperilor până la producerea energiei electrice și combustibililor pentru automobile.

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din agricultură, inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură și industriile conexe, precum și partea biodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane. (Definiție cuprinsă în Hotărârea nr. 1844 din 2005 privind promovarea utilizării biocarburanților și a altor carburanți regenerabili pentru transport).

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.

În principiu, biomasa este compusă din hidrocarburi din care prin reformarea catalitică cu vapori de apă se poate obține hidrogen. Datorită faptului că biomasa conține până la 40% oxigen aceasta se gazeifică aproape de la sine. Este necesar foarte puțin oxigen suplimentar pentru a se produce reacția endotermă.

Un alt procedeu pentru obținerea electricității este combinarea pirolizei și a gazeifierii biomasei. În prima fază, cea a pirolizei, se produc gaze primare (cocs și metanol). Acestea sunt apoi amestecate cu abur, rezultând din nou un amestec, de această dată din hidrogen, metan, monoxid și dioxid de carbon. A doua fază absoarbe energie și în urma reformării rezultă hidrogenul. Această variantă cu două trepte este aplicată mai ales în utilaje cu capacitate mai mică. La utilizarea biomasei cu umiditate mai mare, ca de exemplu deșeul menajer, prin fermentare anaerobă rezultă metan în procent de 60-70%.

Dioxidul de carbon din atmosferă și apa din sol participă în procesul obținerii glucidelor care formează „blocurile de construcție” a biomasei. Astfel, energia solară, utilizată la fotosinteză, îi păstrează forma chimică în structura biomasei.

Cum se formează biomasa

Dacă biomasa se arde efectiv, deci se extrage energia chimică, atunci oxigenul din atmosferă și carbonul din plante reacționează formând dioxid de carbon și apă. Acest proces este ciclic, deoarece dioxidul de carbon poate participa din nou la procesul de formare a biomasei.

Combustibilii fosili sunt rezultatul reacției chimice foarte încete de transformare a polizaharidelor în compuși chimici. În rezultat compusul chimic al cărbunelui asigură o sursă de energie mai concentrată. 

Toate tipurile de combustibili fosili, utilizați de către omenire – cărbune, petrol, gaze naturale – reprezintă biomasa străveche. Timp de milioane de ani pe Pământ resturile plantelor (vegetale) se transformau în combustibil.

Deși combustibilul extras constă în  hidrogen si carbon ca și biomasa ”proaspătă”, el nu poate fi atribuit la surse energetice renovabile, pentru că formarea lui necesită o perioadă îndelungată de timp.

Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care însă, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere, deci de transformare chimică în prezența oxigenului molecular.

Forme de valorificare energetică a biomasei

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 produșilor zaharați; 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 si generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) și glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel;
• Degradarea enzimatică a biomasei cu obținere de etanol sau biodiesel

Descarcă articolul complet

Acest articol face parte din proiectul #Energy101. Mai multe informatii, aici.