90822093 Curs Final Mediul Si Energia La

CUPRINS

INTRODUCERE. VIAŢĂ - ENERGIE – MEDIU ...................................................................................................... 3

CAPITOLUL 1. NOŢIUNI GENERALE DESPRE MEDIU ........................................................................................ 6

1.1. Mediul general de nivel global .................................................................................................................. 6

1.2. Principalele componenete ale mediului înconjurător ............................................................................... 7

1.3. Structura verticală a atmosferei. .............................................................................................................11

1.4. Subdiviziunile de mediu,tipuri de mediu .................................................................................................17

1.5. Factorii ecologici (de mediu) şi legile lor de acţiune. ..............................................................................18

CAPITOLUL 2. POLITICA DE MEDIU ................................................................................................................. 21

2.1. Politica de mediu în Uniunea Europeană ................................................................................................21

2.2. Politica de mediu în România ..................................................................................................................32

CAPITOLUL 3. RESURSE ENERGETICE EPUIZABILE ŞI REGENERABILE .................................................... 39

3.1. Energia într-o lume în schimbare ............................................................................................................39

3.2. Energia primară şi modul ei de transformare .........................................................................................41

3.3. Resurse energetice epuizabile şi regenerabile ........................................................................................42

CAPITOLUL 4. ENERGIA SOLARĂ - FORMĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ .................................................... 50

4.1. Generalităţi ..............................................................................................................................................50

4.2. Aplicaţii ale energiei solare......................................................................................................................51

4.3. Centrale electrice solare ..........................................................................................................................60

4.4. Conversia energiei solare în energie termică destinată încălzirii ............................................................61

4.5. Utilizarea pe scară largă a sistemelor solare combinate. ........................................................................62

4.6. Energia solară fotovoltaică ......................................................................................................................67

CAPITOLUL 5. ENERGIA APEI (HIDRAULICĂ ŞI A MAREELOR) ..................................................................... 69

5.1. Energia hidraulică ....................................................................................................................................69

5.2. Energia mareelor .....................................................................................................................................72

5.3. Centrale hidroelectrice - clasificare, funcţionare ....................................................................................75

CAPITOLUL 6. ENERGIA GEOTERMALĂ .......................................................................................................... 77

6.1. Generalităţi ..............................................................................................................................................77

6.2. Centrale geotermale ................................................................................................................................79

CAPITOLUL 7. ENERGIA EOLIANĂ ................................................................................................................... 81

7.1. Energia eoliană - sursă de energie nepoluantă .......................................................................................81

7.2. Energia eoliană la nivel global .................................................................................................................82

7.3. Avantaje şi dezavantaje privind utilizarea sistemelor eoliene ................................................................83

2

7.4. Stocarea energiei eoliene ........................................................................................................................84

7.5. Tipuri de turbine eoliene .........................................................................................................................86

7.6. Alcătuirea şi funcţionarea unei turbine eoliene ......................................................................................88

7.7. Energia eoliană în România .....................................................................................................................90

CAPITOLUL 8. BIOMASA - SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ ..................................................................... 92

8.1. Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanţi) .................................................................92

8.2. Biocombustibilii .......................................................................................................................................94

BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................................................. 100

ANEXE

3

INTRODUCERE.

VIAŢĂ - ENERGIE – MEDIU

În Agenda 21 adoptată la Rio de Janeiro în 1992, în cadrul Conferinţei Naţiunilor Unite

privind Mediul şi Dezvoltarea se afirmă că energia este esenţa dezvoltării sociale şi economice, a

îmbunătăţirii calităţii vieţii, dar toate sursele de energie trebuie folosite în modalităţi care să respecte

atmosfera, sănătatea umană şi mediul ca un întreg.

Ca atare, societatea umană trebuie să-şi îmbunătăţească relaţia sa cu natura şi mediul

înconjurător, recunoscând, în acelaşi timp, importanţa pe care o au resursele naturale asupra

dezvoltării economice, evoluţiei societăţii şi a economiilor, în general.

Una dintre problemele principale, de a cărei soluţionare depinde dezvoltarea civilizaţiei

noastre, problema care a revenit pe primul plan al preocupărilor oamenilor de ştiinţă, este asigurarea

cu energia necesară dezvoltării activităţilor de bază, care condiţionează evoluţia progresivă a

nivelului de trai al populaţiei globului terestru.

Creşterea nivelului de trai nu poate avea loc fără o creştere corespunzătoare a consumului de

energie. De aceea, atunci când vrem să analizăm necesarul consumului de energie este util să trecem

în revistă evoluţia istorică a acestuia. Consumul minim de energie necesar unui om este cantitatea de

energie obţinută din hrana necesară pentru a trăi. În urmă cu un milion de ani, ca de altfel şi astăzi,

în unele regiuni de pe glob, oamenii trăiau/trăiesc cu hrană ce conţine circa 1800 calorii pe zi de

fiecare om sau, dacă am măsura energia în unităţile cu care ne-am obişnuit, doi kilowaţi-oră/ zi/ om.

Această energie era şi este consumată în două scopuri: asigurarea unei temperaturi constante a

corpului şi asigurarea energiei mecanice necesară pentru mişcările cu care omul îşi procură hrana şi

în diferite deplasări.

Transformarea energiei chimice din alimente în energie termică, căldura necesară menţinerii

temperaturii corpului, cât şi în energia mecanică a muşchilor, se realizează prin procedee biologice

incomplet cunoscute. Sursa principală de energie acum un milion de ani, ca de altfel până la

descoperirea energiei nucleare era energia solară care, prin procesul de fotosinteză, producea

hidrocarburile necesare hranei.

Cu aproximativ o sută de mii de ani în urmă s-a facut un salt important, prin utilizarea

controlată a focului.

Energia solară, transpusă prin fotosinteză în lemn, este prima sursă de energie pe care omul o

transformă, prin mijloace externe, în formele de energie necesare lui, în primul rând în căldură.

Lemnul devine primul combustibil care, printr-un proces chimic, combinarea carbonului cu oxigenul

din aer, se transformă în energie termică. Energia termică astfel produsă este utilizată pentru

prepararea hranei, încălzirea şi iluminarea locuinţei. Totodată, ea îi permite omului să prelungească

ziua şi să sperie animalele periculoase în cursul nopţii, când acestea devin periculoase.

Un salt simţitor, care a deschis o nouă eră în economia energetică, s-a făcut cu circa 7000 de

ani înaintea erei noastre, când omul a învăţat să domesticească animalele şi să facă agricultură. În

societatea agricolă, hrana este produsă prin cultivarea pământului şi omul nu numai că poate mânca

mai mult, consumând circa 4 kWh pe zi, dar are un surplus cu care poate să hrănească animalele

domesticite, care îi folosesc pentru a produce energia mecanică necesară în transport şi în cultivarea

pământului.

Dezvoltarea agriculturii a condus la o despădurire accentuată a suprafeţelor terestre, pentru a

se obţine terenurile necesare cultivării plantelor agricole. Astfel, în regiunile populate, a început o

despădurire intensă. Întrucât prin despădurire această sursă începe să se micşoreze, era de aşteptat ca,

în timp, să se ivească o problemă a resurselor de energie termică.

Energia solară se manifestă la suprafaţa Pământului şi sub formă de energie mecanică a

vânturilor şi a apelor. Deşi aceste surse au fost folosite cu câteva sute de ani înaintea erei noastre,

4

totuşi, utilizarea lor intensivă începe abia în jurul anului 1400 al erei noastre, când se extinde

utilizarea energiei apei şi a vântului. Aceasta introduce o producţie suplimentară de energie şi atrage

după sine un consum industrial de energie.

Dispariţia treptată a pădurilor şi creşterea consumului casnic şi industrial împing oamenii

către introducerea în circuitul energetic a combustibililor fosili: cărbune, petrol şi gaze naturale, care,

în raport cu lemnul, au o putere calorifică mult mai mare pe unitatea de masă sau volum.

După anul 1800, cărbunele începe să fie utilizat intens, odată cu introducerea în circuitul

industrial al maşinilor cu abur. Apoi, odată cu apariţia motoarelor cu explozie, începe exploatarea tot

mai intensă a petrolului.

În secolul al XIX- lea structura cosumului de energie începe să reflecte aspectele societăţii

industriale. Consumul pentru hrană creşte la 8 kWh/zi/om, consumul casnic este mult mai mare, de

36 kWh/zi/om, consumul industrial devine 27 kWh/zi/om, iar consumul pentru transport creşte

apreciabil, la 16 kWh/zi/om.

Secolul XX introduce ca noutate posibilitatea transformării energiei termice şi a energiei

mecanice în energie electrică. Energia electrică se substituie din ce în ce mai mult altor forme de

energie, datorită uşurinţei cu care este transportată la distanţă şi a posibilităţii de a o transforma în

alte forme de energie utilă ca: energie mecanică, lumină, căldură, energie chimică. Acest lucru a

făcut ca astăzi, din totalul energiei consumate, peste 30 % să fie energie electrică.

Actualmente, repartiţia cosumului de energie pe cele patru categorii (hrană, casnic, industrial

şi transport) se caracterizează printr-o creştere de 4 -5 ori faţă de secolul trecut.

Deci, cele patru cicluri energetice prin care a trecut omenirea sunt:

omul izolat, cu posibilităţile de conversie biologică a energiei chimice, având un

consum de 2 kWh/zi/om;

societatea de vânători, care utiliza arderea lemnului ca o posibilitate de conversie

externă a energiei regenerative înmagazinate prin fotosinteză, cu un consum de 5 kWh/zi/om;

societatea agricolă, care conduce la distrugerea pădurilor, a sursei de energie

regenerativă, cu un consum de 8 kWh/zi/om ;

societatea industrială modernă, caracterizată prin utilizarea energiei regenerabile, a

combustibililor fosili şi nucleari şi prin posibilităţi de conversie a energiei dintr-o formă în alta, cu un

consum în continuă creştere.

Creşterea consumului de energie reflectă o creştere a nivelului de trai. Un aspect, deloc

neglijabil, al creşterii nivelului de trai îl constituie posibilitatea de izolare a omului de mediul nociv

extern şi crearea unor condiţii care să-i asigure o viaţă sănătoasă, un număr cât mai mare de ani.

Viaţa medie creşte odată cu nivelul de trai şi cu consumul specific de energie.

Unica sursă de energie, care a alimentat civilizaţia noastră până în acest secol, a fost energia

solară înmagazinată sub formă de energie chimică, prin procesul de fotosinteză, în surse regenerative

(lemnul, apele, vântul) sau în combustibili fosili (cărbune, petrol, gaze naturale), a căror constantă de

formare este de ordinul milioanelor de ani.

O analiză sumară a obiectivelor pentru care este necesar să consumăm energie în vederea

menţinerii unui nivel de trai adecvat, evidenţiază că acestea sunt:

asigurarea apei potabile;

asigurarea hranei;

asigurarea metalelor, a fibrelor şi materialelor de construcţie;

asigurarea unui mediu înconjurător tolerabil.

Aceste obiective constituie elementele necesare civilizaţiei umane pentru a trăi. Apa este

necesară direct pentru menţinerea vieţii, dar şi indirect, pentru asigurarea fertilităţii terenurilor

utilizate pentru agricultură. Din nefericire, apa potabilă nu este distribuită uniform pe suprafaţa

Pământului şi există regiuni întinse în care, pentru fertilizarea solului este nevoie să se utilizeze apa

de mare. Aceasta trebuie însă distilată, acest proces necesitând un consum de energie. Producerea

apei potabile prin desalinizarea apei de mare nu este economică.

5

Asigurarea hranei pentru societatea noastră ridică, în primul rând, problema conversiei de

energie în fertilizanţi, prin fixarea azotului, prin producerea de săruri de potasiu şi superfosfaţi.

Elementele necesare pentru asigurarea ciclului hranei sunt: energia solară, dioxidul de carbon, apa şi

azotul, care, prin intermediul solului, produc elemente nutritive pentru plantele agricole. Aceştia, la

rândul lor, constituie, fie hrană pentru om, fie pentru animale, a căror carne devine hrană.

Metalele sunt absolut necesare pentru a asigura menţinerea şi dezvoltarea civilizaţiei noastre.

În natură, ele se găsesc sub formă de oxizi. Pentru a le extrage şi prelucra este necesar un consum de

energie.

6

CAPITOLUL 1. NOŢIUNI GENERALE DESPRE MEDIU

1.1. MEDIUL GENERAL DE NIVEL GLOBAL

În sens larg, general, prin mediu înţelegem ambianţa rezultată din interacţiunea ansamblului

de energii şi substanţe care influenţează direct sau indirect, pozitiv sau negativ, viaţa unui organism

viu (mediu eficient sau individual). Substanţele, ca şi energiile, fiecare prin natura şi concentraţia sa,

reprezintă forţe care determină schimburi în viaţa organismului viu, schimbări a căror intensitate,

amploare şi direcţie depinde de interacţiunea dintre ele, adică de mediul – ambianţa - pe care o

formează împreună.

Totodată, natura, concentraţia, ca şi efectul fiecărei substanţe şi energii - parametrii ambianţei

mediului individual - suferă schimbări în viitor, provocate de prezenţa şi actualitatea vitală a

organismului viu implicat.

La nivel planetar funcţionează mediul general de nivel planetar, ambianţa rezultată de

interacţiunea tuturor substanţelor şi energiilor care se întrepătrund spaţial şi interacţionează la

suprafaţa planetei noastre, în limitele orizontale şi verticale în care este răspândită viaţa, de care

depinde însăşi răspândirea, concentraţia substanţei organice vii şi diversitatea sa genetică şi

ecologică.

Mediul, indiferent de scara de reprezentare, funcţionează ca un sistem unitar, caracterizat prin

integralitate, adică acea trăsătură fundamentală a sistemelor, care le permite să-şi păstreze funcţiile

chiar dacă, în timp, se schimbă şi îşi modifică parametrii funcţionali şi structurali, datorită

caracterului deschis.

Funcţiile mediului sunt sumar exprimate prin serviciile aduse vieţii, iar cuantumul de servicii

şi calitatea lor depind de starea (“sănătatea”) mediului.

Mediul, deşi pare lipsit de consistenţă este un sistem complex, practic infinit, care are, însă o

structură şi organizare interioară bine definită, coerentă şi concretă.

Componentele mediului, pot fi clasificate după originea şi natura lor, pe planuri de structură

ale mediului; se deosebesc nouă planuri de structură, din care opt naturale şi unul antropic:

a. mediul cosmic sau planul cosmic, în care sunt grupaţi toţi factorii de mediu care

provin de la alte planete.

b. mediul geofizic cuprinde aşa numitele forţe tehnice, care îşi au originea în geosferele

profunde ale planetei, energii şi substanţe care se propagă lent sau ajung brusc la suprafaţa planetei.

c. mediul geochimic care cuprinde ansamblul combinaţiilor chimice organice din

învelişul extern al planetei.

d. mediul orografic, adică ansamblul formelor de relief terestru şi subacvatic, precum şi

toate caracteristicile acestuia.

e. mediul hidrografic, cuprinde apa de pe planetă în toate cele trei stări fizice.

f. mediul edafic, configurat în spaţiul terestru prin prezenţa, răspândirea, tipologia,

proprietăţile şi starea solurilor sau pământurilor fertile.

g. mediul biocenotic, cuprinzând toate biocenozele terestre şi acvatice, sistemele lor

(fitocenoze si zoocenoze), componentele acestora( populaţii de plante si animale), care îşi formează

şi modelează mediul propriu şi funcţionează ca factori ai mediului general şi individual pentru

întreaga lume vie.

h. mediul biochimic, alcătuit din ansamblul substanţelor eliminate în mediul geochimic

de către organismele vii, ca produşi reziduali ai metabolismului, numiţi şi metaboliţi sau ergoni.

Fiecare metabolit eliminat reprezintă un factor de mediu şi un mijloc de transformare a mediului

geochimic iniţial în unul nou, biogeochimic, cu o altă configuraţie.

7

i. mediul antropic este unul complex, alcătuit atât din populaţia umană a

planetei(efectivul,răspândirea,obiceiurile sale,modul său de locuire şi viaţă), cât şi din structurile

tehnice sau create de om în biosferă, activitatea sa economică, socială şi culturală.

Factorii, din toate planurile de structură se întrepătrund spaţial pe toată suprafaţa planetei, în

raporturi şi concentraţii diferite şi interacţionează; rezultanta acestei interacţiuni complexe este

mediul – ambianţa de nivel global.

Caracterul, ca şi particularităţile informaţionale ale mediului, imprimate de structurile biotice,

îi imprimă capacitate de reglare şi autoreglare, limitate, însă, de caracterul limitat al planetei.

1.2. PRINCIPALELE COMPONENTE ALE MEDIULUI

INCONJURĂTOR

În concepţia multor ecologi, mediul înconjurător natural reprezintă acea parte a ecosferei sau

biosferei a cărei existenţă nu este condiţionată de activităţile omului. Caracteristicile principale ale

acestui mediu înconjurător natural sunt:

înalta sa capacitate de autoreglare;

multiplele sale posibilităţi de autoîntreţinere şi autoreglare.

Mediul înconjurător natural este format din elemente ale litosferei, hidrosferei, atmosferei şi

biosferei. Acestea au în comun două grupuri distincte de factori:

factorii din mediul abiotic- reprezentaţi de multitudinea factorilor anorganici necesari

traiului vieţuitoarelor. Aceştia pot fi factori de ordin fizic şi factori de ordin chimic. Din prima

categorie fac parte: temperatura aerului, solului şi apei, presiunea atmosferică, presiunea apei din

lacuri, mări , oceane, viteza curenţilor marini, viteza vântului, radiaţiile electromagnetice, ionizante,

undele sonore şi seismice, etc, iar din cea de a doua categorie amintim: compoziţia în gaze a aerului,

compuşi organici şi anorganici dizolvati în apele dulci şi marine, compuşii chimici prezenţi în roci,

subsol şi sol.

factori din mediul biotic- reprezentaţi de mulţimea indivizilor diferitelor specii care îşi

exercită influenţa asupra organismelor din propria specie , dar şi asupra organismelor din alte specii.

Toţi factorii din mediul abiotic, fizici şi chimici acţionează asupra organismelor,asociaţi în

proporţii diferite, respectând legea minimului. Prin acţiunea factorilor biotici, mediul abiotic se poate

adapta, în timp şi între anumite limite, condiţiilor impuse de biosferă. Baza reală a acţiunii factorilor

biotici asupra oricărui organism o constituie geneza şi existenţa multiplelor relaţii dintre specii

(figura 1.1.)

Fig 1.1. Interdependenţa dintre factorii din mediul biotic, abiotic şi acţiunea antropogenă.

Ca atare, ştiinţa mediului înconjurător sau după denumirea actuală , în sens mai larg, stiinţa

mediului este ştiinţa interacţiunilor complexe care se produc între sistemele componente ale

Pamântului (atmosferă, mediul acvatic, geosferă, biosferă şi antrosferă) şi mediul înconjurător,

interacţiuni care pot afecta lumea vie. Evident, că ştiinţa mediului include părţi din majoritatea

disciplinelor(biologie, chimie, sociologie, ecologie, etc ), care guvernează , care influenţează sau

descriu aceste interacţiuni. Ca atare, ştiinţa mediului poate fi definită simplu, ca fiind ştiinţa care

8

studiază pământul, aerul, apa şi viaţa (sub aspectul interacţiunilor ce se stabilesc între factori), dar şi

efectele tehnologiilor asupra acestora.

Apa şi hidrosfera

Apa, aerul, pământul şi tehnologiile se găsesc în interdependenţă strânsă aşa cum este

prezentat în figura 1.2.

Apa, împreună cu aerul şi solul reprezintă factorii mediului indispensabili vieţii pe pământ.

Hidrosfera conţine apa Pământului, apă care se află în permanentă mişcare realizând circuitul general

al apei în natură.

Apa acoperă în jur de 70 % din suprafaţa Pământului, jucând un rol cheie în numeroase

segmente ale antrosferei.

Fig 1.2. Interelaţiile dintre aer, apă şi mediul înconjurător, una cu cealaltă şi cu sistemele vii, ca şi ale acestora cu

tehnologiile(antrosfera)

Peste 97 % din apa Pământului este reprezentată de oceane, iar din rest o bună parte este

prezentă sub formă de gheaţă.

Din această cauză numai un procent mic din totalul apei de pe Pământ este implicat în

procesele terestre, atmosferice li biologice.

Excluzând apa mărilor, circulaţia apei în mediu (figura 1.3) se produce datorită evaporării

sale şi atracţiei gravitaţionale ceea ce implică un lanţ de procese ce se produc în atmosferă (în nori),

la suprafaţa solului şi în subsol, respectiv în apele de suprafaţă în râuri, lacuri etc.

Datorită energiei solare apa se evaporă. Vaporii din atmosferă au 83% orogine oceanică şi

numai 17% provin de pe uscat.

Apa evaporată se acumulează în nori după care, prin procesul de condensare revine pe

suprafaţa pământului sub formă de precipitaţii, în jur de 24%, sub formă de ploaie şi ninsoare,

respective, aproximativ 76% din ea apare ca precipitaţii deasupra oceanelor.

În acest mod se realizează un transport net prin atmosferă de la ocean la uscat. Echilibrarea se

realizează prin râuri care transportă apa înapoi la mare.

Durata medie de staţionare a apei în atmosferă este de 11 zile.

9

Fig. 1.3. Circuitul hidrologic(cantităţile de apă reprezintă mii de miliarde litri/zi)

Din magma lichidă aflată la adâncimi mari se degajă vapori de apă, care au un traseu

ascensional spre zonele de la suprafaţa scoarţei terestre, acolo unde temperaturile sunt mai scăzute

,determinţnd astfel condensarea acestora. Vaporii dizolvă din sărurile minerale care se găsesc din

rocile traversate determinând formarea apelor minerale.

Studiile arată că durata circuitului natural este, pentru apa lichidă este de 9 zile, pentru apa

care devine gheaţă este de mii de ani, iar pentru apa subterană este de zeci de mii de ani (durata

circuitului natural). În paralel cu circuitul natural al apei şi asociata acestuia este circuitul artificial al

apei, care este determinat de nevoile de apă ale societăţii umane; este un circuit complex ce se

realizează prin construcţii hidrotehnice de captare a apei din lacuri, râuri sau ape subterane, prin

instalaţii de tratare şi epurare, de transport, de deversare a apelor tratate în emisar.

Aerul şi atmosfera

Atmosfera este pătura protectoare subţire de la suprafaţa Pământului care asigură viaţa şi o

protejează faţă de elementele ostile din afara spaţiului terestru absorbind energia şi radiaţiile

ultraviolete periculoase ale Soarelui moderând temperatura Pământului. Atmosfera este învelişul

gazos al Pământului este sursa de dioxid de carbon pentru fotosinteză şi de oxigen pentru respiraţie.

De asemenea, asigură azotul elementar pentru bacteriile fixatoare de azot, respectiv, plantele

industriale producătoare de amoniu, folosite pentru a produce azot legat, component esenţial al

meloculelor viaţii.

Considerăm că este absolut necesar să reamintim câteva notiuni, privind compoziţia,

densitatea şi masa atmosferei.

Compoziţia atmosferei.

Aerul atmosferic reprezintă un amestec de mai multe gaze, printre care cele mai importante

fiind azotul, oxigenul, argonul. Pe lângă acestea mai intră(în cantităţi mici) şi hidrogenul, heliul,

xenonul şi criptonul.

De asemenea, trebuie amintit că substanţele radioactive din scoarţa terestră degajă în

atmosferă emanaţiile lor. În straturile inferioare ale atmosferei, din apropierea Pământului, se află în

cantităţi foarte variabile şi CO2.

10

Aerul uscat, la nivelul mării, are următoarea compoziţie (tabelul 1):

Tabelul 1

Compoziţia aerului uscat la nivelul mării

Gazul Masa

molară(μ)

Presiunea

parţială (N/m2)

Nr. de molecule

dintr-un cm3(cm

3)

Proporţia în

volum(%)

Aer uscat 28,9 1,013·105

2,7·1019

N2 28 7,904·104 2,11·10

19 78,088

O2 32 2,119·104 5,6·10

18 20,949

Ar 39,9 9,5·102 2,5·10

17 0,930

CO2 44 30,66 8,1·1015

0,030

H2 2 10,66 2,7·1015

1,0·10-4

Ne 20,2 1,1996 3,2·1014

1,8·10-3

He 4 0,399 1,1·1014

5,2·10-4

Prin compoziţia sa, atmosfera direcţionează existenţa vieţii pe Terra. Această compoziţie

rămâne constantă până la înălţimi de cel puţin 100km, datorită curenţilor atmosferici descendenţi şi

ascendenţi care o uniformizează. La înălţimi mai mari, diferenţa dintre masele molare ale gazelor din

atmosferă duce la stratificarea atmosferei, gazele mai grele aşezându-se în straturile inferioare,

formate mai ales din azot şi oxigen.

Compoziţia aerului nu este aceeaşi, dacă se ţine seama că, într-o atmosferă rarefiată se

produce(sub acţiunea radiaţiei solare ultraviolete), disocierea O2 şi N

2, adică moleculele lor se

descompun, la absorbţia unei cuante de energie radiantă, în atomi:

O2 + hv →2O

N2 + hv →2N.

În afara gazelor indicate, straturile inferioare ale atmosferei au un volum de până la 1% de

vapori de apă. De asemenea, există un strat de ozon, la aproximativ 30-60km, care se formează sub

acţiunea radiaţiei solare ultraviolete(O2+O→O3).

Densitatea atmosferei

Densitatea aerului rezultă din raportul dintre masă şi volum(ca în cazul oricărui corp

material). Pentru aerul uscat ea poate fi calculată cu ajutorul ecuaţiei gazelor ideale(Klapeyron-

Mendeleev):

unde p – presiunea

V – volumul

R – constanta universala a gazelor( )

T – temperatura absolută

Dacă se are în vedere că volumul specific este o mărime inversă a densităţii(V=1/ρ), ecuaţia

stării gazelor ideale poate fi scrisă sub forma:

Calculată pentru presiunea atmosferică medie de la nivelul mării(1013,25mb) şi temperatura

de 0°C, densitatea aerului uscat este ρ=0,001293g/cm3 sau ρ=1,293kg/m

3.

În realitate, aerul atmosferic conţine totdeauna cantităţi mai mari sau mai mici de vapori de

apă, a căror densitate reprezintă 0,622 din densitatea aerului uscat(ρvap/ρusc=0,622).

11

Ca atare, densitatea aerului umed este mai redusă decât cea a aerului uscat, diferenţele

scăzând până la anularea totală, pe măsura descreşterii temperaturii şi implicit a capacităţii de

înmagazinare a vaporilor de apă.

Însuşirea densităţii aerului este foarte importantă şi pentru că, de relaţiile ei cu temperatura,

presiunea şi umezeala, depind o serie întreagă de procese termodinamice, care influenţează hotărâtor

stabilitatea sau instabilitatea vremii.

Înălţimea atmosferei nu poate fi stabilită cu precizie deoarece densitatea ei scade progresiv cu

altitudinea, astfel că nu există o limită netă între atmosferă şi spaţiul interplanetar.

Masa atmosferei

Calculată la scara întregii planete masa atmosferei este de 5,289·1015

tone. Dar, pentru că în

calculele respective nu s-a ţinut cont de volumul de aer dislocuit de relieful terestru situat deasupra

nivelului general al oceanului planetar, valoarea obţinută trebuie redusă cu 2,72%; aşadar, masa reală

a atmosferei Pământului este de 5,147·1015

tone. Ea reprezintă o milionime din masa Pământului care

totalizează 5,98·1027

tone.

Pe verticală se constată o descreştere a masei atmosferice determinată de scăderea presiunii şi

densităţii aerului. Astfel, la nivelul mării masa unui m3 de aer este de 1,293kg, la 12km înălţime de

319g, la 25km înălţime de 43g, iar la 40km înălţime de doar 4g.

Drept consecinţă, 50% din masa atmosferei se găseşte până la 5km înălţime, 75% până la

10km înălţime, 95% până la 20km înălţime şi 99% până la 36km înălţime.

Practic, întreaga masă a atmosferei este cuprinsă între scoarţa terestră şi înălţimea de 100 km.

1.3. STRUCTURA VERTICALĂ A ATMOSFEREI

Structura verticală a atmosferei poate fi pusă în evidenţă cu ajutorul unor parametri

caracteristici, cum sunt: temperatura aerului, compoziţia chimică a aerului.

În raport cu modul în care temperatura aerului variază cu altitudinea, atmosfera este divizată

în mai multe regiuni sau straturi sferice, concentrice, de aer numite sfere. Astfel se deosebesc, pe

verticală, 5 straturi principale separate între ele prin straturi de tranziţie.

Denumirea straturilor şi altitudinea la care se găseşte fiecare dintre ele apar în tabelul 2:

Tabelul 2

Straturile atmosferei

Denumirea sferei Altitudinea în care se

extinde (km)

Denumirea stratului

de tranziţie ce urmează

Troposfera 0-11(17) Tropopauza

Stratopauza

Mezopauza

Termopauza

Stratosfera 11-50

Mezosfera 50-80

Termosfera 80-800

Exosfera >800

În figura 1.4. este prezentată, schematic, structura pe verticală a atmosferei.

12

Fig. 1.4.-Structura pe verticală a atmosferei

Troposfera – strat ce se întinde de la suprafaţa Pământului până la altitudinea(în medie) de

11km(17km).

Denumirea provine de la cuvintele greceşti „tropos”(rotaţie) şi „sphaira”(sferă). În traducere

liberă înseamnă sferă de rotaţie, sau sferă de schimb.

În troposferă temperatura aerului scade cu creşterea altitudinii. Scăderea este caracterizată

printr-un gradient vertical de temperatura cuprins între 5-7°C/km.

La limita superioară a troposferei, temperatura medie a aerului este de cca. -50°C. în

troposferă este cuprinsă aproximativ 80% din masa totală a aerului, aproape în întregime vaporii de

apă din atmosferă, precipitaţiile şi formaţiunile noroase.

Presiunea scade neuniform cu altitudinea, fiind egală cu ½ din valoarea de la suprafaţa

Pământului la altitudinea de 5km şi cu ¼ la 10km altitudine.

În troposferă sunt condiţii fizice care favorizează:

transformarea energiei termice(ca origine fiind energia solară) în energie cinetică a

maselor de aer;

producerea unor mişcări verticale puternice;

amestecarea aerului în urma mişcărilor turbulente.

Stratul de tranziţie care urmează, tropopauza, are o grosime de 1-2km.

Denumirea vine din limba greacă „tropos”(rotaţie) şi „pausa”(a înceta, a termina) => sfârşitul

troposferei.

Limita superioară a troposferei(deci înălţimea la care se află tropopauza) depinde de anotimp

şi de poziţia geografică a locului; are valori cuprinse între 7-17km.

Este mai mare vara decât iarna, iar pentru acelaşi anotimp este mai mare în regiunile

ecuatoriale, decât în cele polare.

Stratosfera – se întinde deasupra tropopauzei, până la altitudinea de cca. 50km.

Denumirea vine de la cuvintele din limba greacă „stratus”(stratificat) şi „sphaira”(sferă) =>

sferă stratificată.

În partea inferioară, până la 25km, temperatura aerului nu variază cu înălţimea, dar peste

25km altitudine, temperatura aerului începe să crească până la limita superioară a stratosferei, unde

13

temperatura medie este de 0°C. Creşterea temperaturii aerului în stratosferă este determinată de

procesul de absorbţie a radiaţiilor UV şi infraroşii(IR) din spectrul radiaţiei solare. Absorbţia este

făcută de O3 stratosferic, care este localizat într-un strat subţire(relativ) din stratosferă, cuprins între

30-60km; se cunoaşte sub denumirea de ozonosferă sau strat de ozon.

Alte caracteristici ale stratosferei:

vaporii de apă se află în cantităţi mici

la 22-27km altitudine se formează nori sidefii, alcătuiţi din picături de apă suprarăcită

condiţiile fizice nu favorizează dezvoltarea mişcărilor verticale ale aerului şi a

turbulenţelor

presiunea aerului scade, iar la limita superioară atinge valori de cca. 1mb(1 milibar).

Troposfera şi Stratosfera cuprind împreună cca. 99,99% din masa totală a aerului atmosferic.

Stratul de tranziţie(pătura izotermă de tranziţie) ce urmează între 50-55km se numeşte

stratopauză.

Mezopauza – se extinde între 55-80 km. Denumirea provine din limba greacă

„mesos”(mediu) şi „sphaira”(sferă) => sferă mijlocie.

Are următoarele caracteristici:

temperatura aerului scade cu altitudinea astfel încât la limita superioară atinge valori

de cca. -70°C

densitatea aerului este scăzută

presiunea atmosferică la limita superioară este de 100000 de ori mai mică decât la

suprafaţa Pământului.

Condiţiile fizice favorizează:

dezvoltarea unor mişcări turbulente intense ale aerului

amestecarea sa pe verticală

vaporii de apă se află în cantităţi mici, uneori se observă nori argintii, formaţi din

cristale de gheaţă.

Stratul de tranziţie izoterm – mezopauza – este cuprins între 80-85km şi reprezintă regiunea

care marchează o modificare esenţială a proprietăţilor fizice ale atmosferei.

Termosfera – se extinde deasupra mezopauzei până la cca. 800km.

Denumirea provine din limba greacă „thermos”(cald) şi „sphaira”(sferă) => sferă caldă.


Temperatura aerului creşte cu creşterea altitudinii în partea inferioară a stratului până

ce atinge valori ridicate, apoi rămâne constantă.

La altitudini mai mari de 50km, temperatura poate avea valori cuprinse între 400°C şi

2000°C(depinde de activitatea solară şi de latitudinea geografică). Explicaţia fenomenului se

datorează fenomenului de absorbţie a radiaţiilor de lungime de undă mică emise de Soare. În a doua

jumătate a termosferei se produce o scădere a temperaturii aerului.

Exosfera – este stratul cvasi-izoterm ce se află deasupra termosferei(peste 800km).

Denumirea provine din limba greacă „exo”(exterior) şi „sphaira”(sferă) => sferă exterioară.


la altitudini mai mari de 1000km are loc disiparea atomilor sau moleculelor gazelor

componente în spaţiul cosmic, acest strat numindu-se şi sfera de disipaţie.

limita superioară este aproximativ 3000km, după date furnizate de sateliţii artificiali ai

Pământului.

Cercetări recente(Van Allen) au pus în evidenţă existenţa straturilor de particule legate de

Pământ, chiar şi la înălţimea de 100000km, se consideră că dincolo de exosferă ar exista altă zonă

numită magnetosfera(regiunea din atmosferă în care vântul solar interacţionează cu câmpul

magnetic al Pământului).

14

Se menţiona în cercetările respective că, distribuţia pe verticală a straturilor atmosferice

depinde şi de compoziţia chimică a aerului. Astfel au fost delimitate două regiuni:

1) Omosfera – strat ce se extinde pe verticală de la suprafaţa Pământului până la cca.

80km altitudine. Aici, compoziţia chimică a aerului şi masa moleculară a aerului rămân constante; de

asemenea predomină procesele de amestecare prin mişcare turbulentă a atmosferei.

2) Heterosfera – partea atmosferei de deasupra omosferei. Compoziţia chimică şi masa

moleculară medie ale aerului se modifică cu altitudinea. Predomină fenomenul de separare difuză a

gazelor componente, iar procesul de amestecare turbulentă a aerului este neînsemnat.

La înălţimi de peste 1 000 km (strat cunoscut sub denumirea de Ionosferă, ce se

caracterizează prin creşterea accentuată a temperaturii datorită degajărilor de căldură cauzate de

procese de ionizare), compoziţia aerului înregistrează diferenţe mari comparativ cu zonele din

apropierea scoarţei terestre. Astfel, oxigenul atomic, particulă predominantă la începutul termosferei

este înlocuit la înălţimi mai mari cu heliu şi în cele din urmă cu hidrogen atomic.

Ionizarea atomilor şi moleculelor în ionosferă se datorează razelor X şi UV emise de Soare.

Prin contrast cu modificările de temperatură ce se produc în atmosferă, presiunea atmosferică

descreşte aproape regulat cu creşterea altitudinii. Presiunea scade mult mai rapid la altitudine joasă

decât la înălţime mare.

Explicaţia pentru această caracteristică a atmosferei o constituie compresibilitatea acesteia.

Ca urmare, presiunea scade de la o valoare medie de 760 mm Hg la nivelul mării la valoarea 2,3 x

10-3

mm Hg la 100 km şi la numai 1,0 x 10-6

mm Hg la 200 km.

Pământul

Geosfera constă din masa solidă a Pământului inclusiv solul care este suportul “ce asigură

viaţa” pentru regnul vegetal. Miezul interior al geosferei sau nucleul pământului bogat în fier, este

acoperit de o întreagă serie de alte miezuri, mantale finalizate prin scoarţa terestră foarte subţire (5-

40 km) prin comparaţie cu diametrul Pământului.

În marea majoritate scoarţa pământului este formată din roci (mase solide de minerale pure

sau agregate de două sau mai multe minerale).

Pentru scoarţa terestră procentele de masă ale elementelor poartă numele de Clark(1% masă

= 1 clark).

Sfera de fier cu raza de 3470 km din centrul pământului constituie nucleul.

În interiorul acestuia se află nucleul interior (fier solid), o sferă solidă cu raza de 1 270 km,

cu temperatura de 6 600 ± 1 000 K la o presiune de 3,3 Mbari.

Nucleul exterior (fier lichid) are o grosime de 2 200 km, temperatura 3 800 K, la o presiune

de 1,6 Mbari.

Mantaua terestră înconjoară nucleul şi are o grosime de aproximativ 2 900 km (1 900 km

mantaua inferioară, 600 km zona de tranziţie, 400 km grosime mantaua superioară). Mantaua este

ceva mai groasă sub continente şi mai subţire sub oceane. Limita ei superioară se situează în jur de

10 km sub fundul oceanelor respectiv la 60 km de la suprafaţa continentelor.

Mantaua este formată în cea mai mare parte din silicaţi de magneziu şi de fier şi se află în

stare topită. Mantaua superioară este sursa materiei topite din erupţiile vulcanice.

Scoarţa pământului este o crustă solidă care are grosime medie de 40 km, mai subţire sub

oceane şi mări, mai groasă în zona uscatului. Dacă mantaua terestră predomină silicaţii de magneziu,

în scoarţa terestră sunt prezente o multitudine de elemente:

bazalturile pirogenetice ce conţin în principal O, Si, Al, Fe, Ca, Mg.

graniturile pirogenetice ce conţin pe lângă elementele precedente şi elemente alcaline,

mai ales Na şi K.

rocile sedimentare ce conţin în plus faţă de granituri, carbonaţi, adică elementul

carbon.

15

Principalele grupe de minerale proprii scoarţei terestre sunt silicaţi, oxizii, carbonaţii,

sulfurile, sulfaţii, clorurile şi chiar elemente native (cupru, sulf).

Dintre acestea cei mai abundenţi sunt silicaţii (cuarţ, SiO2) sau din grupa mineralelor

secundare ortosilicaţii de tip ortoclas (Kal Si3O8) .

Un număr de substanţe minerale sunt gaze la temperatura magmatică a vulcanilor şi sunt

antrenate de către erupţiile vulcanice. Deoarece, aceste substanţe condensează în apropierea

craterului se numesc sublimate, ca de exemplu sulful, unii oxizi, in special cei de fier.

Cea mai importantă parte a geosferei pentru viaţa pe Pământ este solul format în timp prin

acţiunea de dezintegrare a agenţilor fizici, geochimici, a proceselor biologice asupra rocilor.

Solul este format dintr-o succesiune de straturi numite orizonturi.

Rocile “de origine” suferă procese de degradare sub acţiunea vântului, ploii, gerului,

schimbărilor rapide de temperatură şi sunt transformate în fragmente mici. Produsul rezultat este

supus în continuare unor procese de alterare datorate organismelor vegetale şi animale.

Când materia organică este încorporată astfel în interiorul învelişului alterat, începe formarea

solurilor. Solul este format din particule de forme şi dimensiuni variabile (faza solidă a solului)

numite grunji sau granule. Spaţiile rămase libere între granulele de sol formează porii solului.

Volumul total al porilor constituie porozitatea. Cele două componente caracteristice,

granulometria şi porozitatea, influenţează marea majoritate a proprietăţilor fizice, chimice şi

biologice ale solului.

Analizând raportul dintre cei patru constituenţi de bază ai oricărui sol aceştia reprezintă: 25 %

apă, 25% aer, 45% substanţe minerale, 5% substanţe organice.

Aceşti componenţi nu sunt prezentaţi ca şi componente separate ci se întrepătrund, se

influenţează reciproc, asigurând mediul natural de creştere şi dezvoltare a plantelor. În sol se reţin şi

se acumulează ca într-un rezervor elementele nutritive (mai ales sub formă de humus) care sunt apoi

puse treptat la dispoziţia plantelor.

Având o compoziţie chimică complexă şi o structură poroasă, solul poate fi străbătut uşor de

rădăcinile plantelor, reţine în el apa şi aerul, componente necesare desfăşurării proceselor

biochimice: asimilaţie-dezasimilaţie, sinteză-descompunere, înmagazinare şi eliberare de energie.

Viaţa

Toate entităţile aparţinând lumii vii de pe Pământ alcătuiesc biosfera.

Organismele vii şi aspectele care se referă direct la influenţa mediului înconjurător asupra

acestora alcătuiesc mediul biotic iar celelalte porţiuni ale mediului sunt abiotice (mediul anorganic

plus clima etc.)

Biologia este ştiinţa vieţii în timp ce biochimia studiază reacţiile chimice complexe ce se

produc în organismele vii.

Efectul poluanţilor şi al chimicalelor potenţial periculoase, asupra organismelor vii reprezintă

părţi importante ale chimiei mediului. Din păcate majoritatea acestora au implicaţii profunde asupra

căilor metabolice proprii speciilor de mediu. Studiul acestor fenomene constituie baza biochimiei

mediului.

Când toxicele precursorilor metabolici (protoxice) pătrund în organismele vii ele pot suferi o

serie de transformări prin care ele fie că sunt transformate în produşi mai toxici, fie sunt transformate

în produşi nepericuloşi (detoxifiere).

Pentru a le sublinia importanţa a fost introdus termenul de compuşi xenobiotici pentru acei

compuşi care, în mod normal sunt corpuri străine pentru organismele vii sub aspect chimic, şi care

prin transformare conduc la produşi ce pot fi eliminaţi din organism.

O importanţă specială o are metabolismul xenobiotic intermediar ce constă în formarea unor

specii chimice de tranziţie diferite, atât de cele ingerate, cât şi de cele eliminate. Aceste specii pot

avea efecte toxice semnificative. În general, compuşii xenobiotici imită pe cei care în mod normal

16

constituie în organisme substratul endogen pentru procesele enzimatice. Sunt posibile şi transformări

neenzimatice ale compuşilor xenobiotici.

Transformările din organism ale majorităţii xenobioticelor pot fi clasificate în două tipuri:

reacţii de tip Faza I şi reacţii de tip Faza II.

Reacţia de tip Faza I introduce grupări funcţionale reactive, polare în moleculele lipofile ale

toxicelor. În formele nemodificate, aceste toxice tind să treacă prin membranele celulare lipidice, de

obicei, legate sub formă de lipoproteine. Sub această formă legată, toxicele sunt transportate în

organism. Prin introducerea grupărilor polare, reactive, produsul reacţiei de tip Faza I devine mai

mult solubil în apă decât specia xenobiotică părinte şi, mult mai important, posedă o “ancoră

chimică”de care materialul substrat din corp se poate lega şi astfel toxicul poate fi eliminat din

organism.

Legarea la un astfel de substrat este reacţia de tip Faza II. În urma reacţiei se formează un

“produs de conjugare” care este apoi excretat din organism.

Antrosfera şi tehnologia

Antrosfera poate fi definită ca acea parte a mediului înconjurător creată şi modificată de către

oameni şi folosită pentru activităţile lor. Noţiunea “tehnologie” include toate căile prin care

umanitatea îşi produce cele necesare folosind materiale şi energie.

Dacă ştiinţa este preocupată de descoperire, explicarea şi dezvoltarea teoriilor aparţinând

interrelaţiilor fenomenelor naturale ce privesc energia, materia, timpul şi spaţiul, bazate pe

cunoştinţele fundamentale ale ştiinţei, ingineria elaborează planuri şi mijloace care să asigure

realizarea practică a obiectivelor.

Omenirea foloseşte diversele tehnologii pentru a-şi asigrua hrana, îmbrăcămintea, adăpostul

şi bunurile necesare vieţii.

Prin activitatea sa continuă, având drept scop îmbunătăţirea condiţiilor sale de viaţă, omul

relizează poluarea artificială a mediului înconjurător. Sursele antropice de contaminare ale solului,

pânzei freatice ca şi râurilor, atmosferei sunt:

surse primare, de exemplu fertilizarea solului în agricultură, emisiile uzinale de gaze,

emisiile auto;

surse secundare, prin care agentul poluant ajunge în pământ(ex. apă uzată rezultată ca

urmare a unei activităţi desfăşurate în vecinătate).

Sursele poluante sunt reprezentate de principalele domenii ale activităţii umane: industria,

agricultura, transporturile.

Intervenţia omului asupra mediului înconjurător constă în principal în următoarele:

introduce în aer, apă, sol produse rezultate în urma activităţii umane, ca de exemplu

deşeurile alimentare sau de altă natură, ca diverse substanţe chimice, îngrăşăminte chimice şi

naturale, substanţe generate prin ardei etc. De notat că nici îngrăşămintele naturale nu pot fi folosite

fără limite deoarece substanţele cu azot prezente în diferitele forme tipizate de îngrăşăminte sunt

transformate în final în nitriţi şi nitraţi care pătrund în apele freatice şi deci poluează sursele de apă

potabilă.

defrişarea pădurilor în vederea asigurării de suprafeţe tot mai mari pentru culturile

agricole; prin aceasta este afectat habitatul unor animale, dezvoltarea unei anumite vegetaţii capabilă

să absoarbă poluanţii din atmsoferă. De asemenea, se produc modificări ale climei. Prin tăierea

pădurilor în scopul amintit se înlocuieşte de fapt un ecosistem deosebit de diversificat şi din această

cauză foarte stabil, cu un alt ecosistem, terenul agricol, ecosistem ce conţine un număr redus de

plante şi animale, ecosistem foarte labil. Mai grav este faptul că se taie pădurile tropicale, cele mai

importante atât din punct de vedere al convertirii dioxidului de carbon în oxigen cât şi al reglării

climei.

bararea râurilor, modificarea cursurilor de apă, cu afectarea peştilor şi a unor specii de

animale terestre.

17

mineritul respectiv aducerea la suprafaţa Pământului a unor minereuri care după

prelucrare lasă depozite imense de steril respectiv contaminează solul, apele şi aerul de la suprafaţă

cu elemente toxice ca Zn, Pb, Cd, cu substanţe radioactive. Dezvoltarea mineritului a condus odată

cu realizarea de galerii la o serie de surpări, incizii în teren, la munţi de steril. Totodată s-au înmulţit

solurile afânate care au un cu totul alt regim de infiltrare al apei de ploaie decât cel natural.

transformarea enegiei chimice (prin numeroase arderi) în căldură, cu afectarea

bilanţului termic al pământului, însoţite de obicei cu emanaţii de gaze în aer.

Caracteristică poluării artificiale este interferenţa dintre efectele sale şi fenomenele naturale

cu consecinţe asupra mediului înconjurător (de exemplu, ploile acide), respectiv degradarea

calităţilor factorilor de mediu. Aceasta, în mod implicit afectează sănătatea oamenilor ca de exemplu,

poluarea apelor cu unele produse chimice duce la distrugerea peştilor şi deci la distrugerea unei surse

de hrană pentru om. Pe de altă parte, sunt posibile intoxicaţii în caz de consum a peştilor ce au

acumulat substanţe toxice chimice.

Deci, pe lângă circulaţia, repartiţia şi dispersia poluanţilor în mediu, se poate produce şi o

concentrare biologică a acestora.

Astfel, de exemplu, de la cantităţi reduse de pesticide existente în aer, sol sau apă se poate

ajunge la concentraţii tot mai mari de la o treaptă la alta a lanţului trofic. Reamintim că lanţul trofic

alimentar este un ansamblu de organisme care asigură transportul material într-un ciclu bio-geo-

chimic. El are trei verigi: producătorii (plantele verzi), ce consumatorii ierbivori şi carnivori,

descompunătorii (microorganismele care asigură mineralizarea deşeurilor organice).

1.4. SUBDIVIZIUNILE DE MEDIU,TIPURI DE MEDIU

La nivel macro, mezo sau microscală, sunt teritorii în care mediul, diferit şi dependent de cel

global, devine tot mai omogen pe măsură ce scara de reprezentare se diminuează.

Pe latitudine, într-o oarecare concordanţă cu zonele climatice, se diferenţiază, funcţie de

distribuţia principalilor factori de macroclimă (căldură, lumină, precipitaţii), zone de mediu, fiecare

având o ofertă de mediu favorabilă unor tipuri de vegetaţie. Ele se succed de la ecuator, spre cei doi

poli, sub forma unor teritorii întinse sau insulare, plasate la diferite altitudini:

zona de mediu eremial, în general foarte cald şi uscat, favorabil doar vegetaţiei

ierboase, diferenţiată în subzone precum stepe, preerii, semideşert, deşert.

zona de mediu arboral, este caldă, dar mai bogată în precipitaţii, favorabilă vegetaţiei

lemnoase arborale, dar şi unei vegetaţii ierboase, denumită şi zona mediului de pădure, cu subzone

ca:

a pădurilor ecuatoriale

a pădurilor tropicale

a pădurilor musonice

a pădurilor mediteraneene

a pădurilor temperate

a taigalei.

zona de mediu tundral, rece şi foarte rece, umedă sau subumedă, cu soluri sărace, cu

vegetaţie puţină şi slab organizată sub formă de tufărişuri joase şi rare, ierburi scunde şi licheni, cu

două subzone, adică subzona tundrei montane şi subzona tundrei polare.

zona de mediu polar(glaciar), a deşertului de gheaţă în care temperaturile sunt veşnic

negative, cu durată redusă a insolaţiei, intensitatea slabă a luminii, ca şi puternicele vânturi polare

care bat quasipermanent, nu permit decât prezenţa unor slabe şi rare forme de viaţă.

La nivel de mezoscală, în cadrul zonelor şi subzonelor, pe longitudine şi criterii

morfogenetice şi morfostructurale, se diferenţiază, datorită megareliefului şi înclinării maselor

continentale şi oceanice, domenii de mediu : atlantic, pacific, pontic, iberic, alpin, carpatin,etc.

18

La aceeaşi scară, funcţie de macrorelief, mezoclimă, hidrografie, circulaţia curenţilor de aer,

în cadrul domeniilor şi a zonelor se diferenţiază mediul regional sau regiunile de mediu: montană, de

deal,de podiş, de câmpie, deltaică, litorală, marină. La nivel de microscală, în fiecare regiune se

formează medii locale, diferenţiate datorită reliefului local, climei locale pe care acesta o modifică,

reţelei hidrografiei superficiale, mozaicului de soluri şi ecosisteme din diferite segmente teritoriale

ale regiunii. Nici mediul unui peisaj, deşi tinde spre omogenitate, în raport cu cel regional, nu este

omogen, din cauza mezo, micro şi nanoreliefului, a solurilor diferite, a topoclimei şi ecoclimei

determinată de tipul biocenozelor prezente, precum şi din cauza modului concret de utilizare a

terenurilor.

În fiecare peisaj se pot individualiza şi delimita concret, uneori mai precis, alteori nu, teritorii

cu mediu relativ omogen, numite biotopuri.

Deci, biotopul este unitatea teritorială de mediu, acel fragment de spaţiu terestru sau acvatic,

caracterizat printr-un mediu relativ omogen, pe întreaga sa suprafaţă şi în decursul timpului.

Prin mediul relativ omogen înţelegeam că ansamblul factorilor ecologici care se

interacţionează în spaţiul respectiv, variază sub aspectul concentraţiei lor, în limite restrânse, atât pe

întreaga suprafaţă a biotopului, cât şi la anumite intervale de timp.

În interiorul unui biotop, când factorii ecologici îşi modifică concentraţia, datorită micro şi

nanoreliefului, schimbării proprietăţilor solului, stratificării apei, în cel acvatic, distribuţiei spaţiale şi

activităţii plantelor şi animalelor se pot delimita microbiotopuri. Asemenea biotipuri nu-şi pierd

integralitatea.

Tipurile de mediu - după diferiţi autori şi luând în consideraţie anumite criterii (geografice,

planul de structură care domină) sunt:

mediul terestru (dominat de mediul orografic si edafic)

mediul acvatic (dominat de cel hidrologic: marin, lacustru, fluvial, etc.).

După criterii antropice, legate de gradul de influenţă umană şi modul de locuire sunt:

mediul natural - neinfluenţat antropic, direct sau indirect (aproape inexistent);

mediul antropizat - artificial, modificat în diferite grade de cel natural, de prezenţa şi

activitatea omului;

mediul urban - al marilor localităţi, cu densitate mare a populaţiei umane, prestând, în

general, activităţi în industrie, sociale şi culturale (este un mediu antropizat);

mediul rural - al întinderilor mari, ca spaţiu,cu densitate redusă a populaţiei care

prestează activităţi agricole, silvice şi de industrie alimentară mică.

1.5. FACTORII ECOLOGICI (DE MEDIU) ŞI LEGILE LOR DE ACŢIUNE.

Factor ecologic – este orice substanţă sau energie, din orice plan de structură al mediului

(deci, orice factor de mediu), care, direct sau indirect, imediat sau după un anumit timp, produce

schimbări în viaţa unui organism viu şi, în acelaşi timp, suferă schimbări ale concentraţiei şi efectului

său, produse de acel organism viu.

Inventatorul factorilor ecologiei este imens, practic infinit, din fiecare plan de structură,

decelându-se numeroşi factori ecologici, diferenţiaţi între ei printr-o informaţie structurală proprie.

Aceasta determină structura schimbărilor pe care le produce organismul viu (tipul de efect, acţiunea

specifică a factorului), urmare a prelucrării şi modelării informaţiei factorului în memoria

informaţională a organismului viu.

Pentru a înţelege de ce rezultă un număr atât de mare de factori, dăm doar două exemple:

dintre factorii cosmici, nu lumina solară, în general, este un factor ecologic, ci: durata

iluminării, intensitatea luminii, radiaţiile roşii, radiaţiile orange, radiaţiile galbene, radiaţiile verzi,

radiaţiile albastre, radiaţiile indigo şi radiaţiile violet, reprezintă fiecare un factor ecologic, deoarece

au structură informaţională diferită şi produc efecte specifice fiecare;

19

din planul edafic al structurii mediului, nu solul este un factor ecologic, ci mai mulţi:

tipul de sol, grosimea profilului, grosimea fiecărui orizont al profilului, textura solului, structura

solului, conţinutul în humus, pH-ul solului, conţinutul in macro – şi microelemente, etc., etc.; fiecare

proprietate fizică, chimică, biologică. fizico-mecanică a solului reprezintă un factor ecologic.

Indiferent că sunt substanţe sau energii toţi factorii ecologici au caracter de forţe care produc

schimbări, deci energetic. Cei care acţionează direct asupra organismului viu se mai numesc şi

componenţi, iar cei cu acţiune indirectă, modificatori (schimbă concentraţia şi efectele

componenţilor).

Fiecare factor ecologic, chiar dacă are mereu aceeaşi structură informaţională, produce efecte

diferite asupra diferiţilor indivizi ai aceleiaşi specii, asupra aceluiaşi individ aflat în diferite faze

ontogenetice, asupra diferitelor organe, ţesuturi ale aceluiaşi individ, precum şi asupra diferitelor

funcţii fizilogice care se desfăşoară simultan.

Tocmai cunoaşterea acestor lucruri ne ajută să luăm măsurile necesare, corecte şi concrete cu

privire la protecţia mediului.

Relaţia dintre organismul viu şi factorii ecologici nu se desfăşoară la întâmplare, ci

respectând o serie de legi, numite şi legile de acţiune a factorilor ecologici, practic legile de bază ale

naturii.

Dintre acestea amintim doar trei legi:

Factorii ecologici acţionează simultan asupra organismului viu şi în interacţiune.

Interacţiunea dintre factorii ecologici care acţionează simultan, determină modificarea concentraţiei

şi efectelor fiecărui factor. Efectul factorilor nu este egal cu suma efectelor lor singulare, ci cu acela

al rezultantei interacţiunilor (acţiunilor sinergice pozitive şi negative).

Toţi factorii ecologici au importanţă egală pentru organismul viu, fiecare dintre ei

putând fi limitativ pentru acesta, la anumite concentraţii, conform legii toleranţei (figura 1.5.).

Fig. 1.5. Exprimarea grafica a legii tolerantei

Concentraţiile minime, ca şi cele maxime la care organismul îşi încetează activitatea şi viaţa

delimitează zona lui de toleranţă în raport cu diferiţi factori, iar cele apropiate lor, dar în interiorul

curbei de toleranţă determină, mai ales atunci când se realizează pentru mai mulţi factori în acelaşi

timp, o stare generală rea, de pessim ecologic, în care funcţiile vitale diminuează grav înainte ca

organismul să piară.

Valorile optime (zona optimală) determină „starea” foarte bună şi efectul maxim.

20

Legea toleranţei este de departe cea mai importantă lege a naturii şi ea are cea mai largă

aplicabilitate pentru legislaţia de mediu şi activităţile inginereşti în natură. Ea demonstrează

caracterul limitativ al tuturor factorilor, impus de concentraţia lor, precum şi importanţa lor egală.

Excepţiile, care au generat cele două legi (a minimului şi respectiv a maximului) aplicabile

mai ales unor factori indispensabili vieţii(apa, nutrienţii) sau puternic toxici (radioactivitate, poluanţi

chimici) nu fac decât să o confirme cu mai multă pregnanţă.

Legea relativităţii în acţiunea factorilor ecologici stipulează caracterul relativ al pragurilor de

concentraţie cu diferite semnificaţii, care nu sunt punctuale, ci, se încadrează, la rândul lor, între

anumite limite(evident restrânse) şi, acesta din cauza interacţiunii complexe şi simultane dintre

factori cu efecte diferite şi uneori compensatorii, cât şi caracterului static al acestei relaţii dintre

factorii ecologici şi organismele vii, în general, la nivel de specie. Este de fapt, altă expresie a legii

interacţiunii factorilor ecologici.

21

CAPITOLUL 2. POLITICA DE MEDIU

2.1. POLITICA DE MEDIU ÎN UNIUNEA EUROPEANĂ

Crearea politicii de mediu

Pânã spre sfârşitul anilor 1960 nici un stat european nu a avut definită o politică clară a

mediului. Pe parcursul ultimilor 30-35 de ani însă s-au înregistrat progrese semnificative în stabilirea

unui sistem complet de control a calităţii mediului în cadrul Uniunii Europene.

Fiind un fenomen transfrontalier, poluarea nu putea fi combătută în mod eficace doar în

limitele frontierelor naţionale. În plus, unele din măsurile adoptate de statele membre împiedicau

libera circulaţie a mărfurilor în cadrul pieţei comune.

Ca urmare, apelurile şi presiunile pentru acţiuni comune în favoarea mediului s-au

multiplicat.

La începutul anilor 70, au fost recunoscute necesitatea si legitimitatea unei politici comune în

domeniul mediului. Cu timpul, s-a dezvoltat progresiv un drept comunitar al mediului, care cuprinde

în prezent peste 200 directive şi regulamente.

Ele privesc, în principal, protecţia apelor, calitatea aerului, protecţia florei şi faunei,

zgomotul, eliminarea deşeurilor.

Această problemă acoperă o gamă variată de aspecte, variind de la zgomotul produs la

prevenirea deşeurilor, la produsele chimice, particulele de aer, vaporii de apă sau reţeaua europeană

destinată abordării dezastrelor mediului, precum scurgerile de petrol sau incendiile de pădure.

La Summit-ul de la Paris din 1972 s-a menţionat că mult mai multă atenţie trebuie acordată

protecţiei mediului în contextul expansiunii economice şi a îmbunătăţirii standardelor de viaţă.

Rezultatul concret al acestui Summit a fost elaborarea primului plan de protecţie a mediului.

Legislaţia mediului prezintă o caracteristică particulară, anume, ea ţine seama de aspectele

economice. Dar legislaţia anterioară lui 1986, nu avea o bază juridică într-un tratat .

Alte programe anuale similare, precum şi o serie de directive au urmat acestui summit printre

care:

Actul Unic European din 1987: reprezintă punctul de referinţă al politicii europene de

mediu, fiind menţionată pentru prima dată în cadrul unui tratat al Comunităţii Europene. Actul Unic

European atribuie în mod explicit Comunităţii Europene competente în domeniul politicii mediului.

Actul Unic European a fixat trei obiective prioritare politicii comunitare:

a. protecţia mediului;

b. sănătatea umană;

c. utilizarea prudentă şi raţională a resurselor naturale (art. 130 R).

Tratatul de la Mastricht din 1992: acest tratat a mers şi mai departe decât precedentul,

conferindu-i protecţiei mediului un statut complet în cadrul politicilor europene. Acesta - Tratatul

asupra Uniunii Europene (1992) a stabilit în mod formal conceptul dezvoltării durabile în legislaţia

Uniunii Europene.

Tratatul de la Amsterdam din 1999: a consolidat fundamentul legal al politicii, vizând

protecţia mediului precum şi promovarea dezvoltării durabile în cadrul Uniunii Europene.

În prezent, politica Uniunii Europene în ceea ce priveşte protecţia mediului este

bazată pe ideea conform căreia standardele ridicate de protecţie a mediului stimulează inovaţia şi

creează noi oportunităţi de afaceri. Domeniul economic, social şi cel al protecţiei mediului sunt

strâns legate unul de celălalt. Obiectivul Uniunii Europene este să ofere un nivel adecvat de protecţie

a mediului în întreaga Uniune, fără a neglija circumstanţele locale şi restricţiile economice aferente.

Toată politica privind protecţia mediului este bazată pe principiul „poluatorul plăteşte”.

Astfel, sursa poluantă poate să „plătească” fie prin intermediul investiţiilor efectuate în creşterea

22

standardelor de protecţie, fie prin plata unei taxe care acoperă utilizarea produselor poluante, fie de

către industrie sau de către consumatorii obişnuiţi.

Plata efectuată poate de asemenea să includă obligativitatea de a recupera, recicla sau

distruge produsele utilizate.

Comisia a propus de asemenea ca emisiile ilegale de produse dăunătoare calităţii aerului, apei

sau solului, transporturile ilegale şi deversarea ilegală a deşeurilor, precum şi traficul ilegal al

speciilor aflate pe cale de dispariţie să fie considerate fapte penale şi pedepsite ca atare. Se poate

spune că politica mediului este probabil una din cele mai dificile politicii ale Uniunii Europene. În

timp ce Statele Membre se pot bucura de frumuseţile naturii din Europa, ele trebuie de asemenea să

împartă responsabilitatea pentru ploile acide, apele poluate, aerul contaminat cu produse chimice şi

deşeurile deversate în mod necorespunzător.

Condiţiile extreme de vreme au început să devină tot mai pronunţate, ilustrând faptul că

schimbarea climei este o problemă care îi preocupă pe toţi cetăţenii şi care trebuie să fie abordată la

toate nivelele politicii de protecţie a mediului.

Aşadar Politica de mediu reprezintă un sistem integru al priorităţilor şi obiectivelor de mediu,

al metodelor şi instrumentelor de atingere ale acestora care este direcţionat spre asigurarea utilizării

durabile a resurselor naturale şi prevenirea degradării calităţii mediului.

Aspectele de bază ale definiţiei în cauză:

Reprezintă nu o activitate, principii, declaraţii sau mecanisme ale protecţiei mediului

ci, un sistem integru, compus din aceste elemente;

Componentele politicii de mediu interacţionează între ele, fapt ce determină

considerarea ei drept un sistem integru;

Conţine nu numai scopuri şi obiective sau priorităţi, ci şi metodele şi instrumentele

necesare atingerii lor;

Bazată pe principiile durabilităţii este orientată nu numai spre conservarea mediului,

dar şi spre utilizarea lui durabilă, inclusiv a conservării resurselor.

Situaţia actuala a politicii de mediu.

Baza legală a politicii de mediu

Baza legală a politicii de mediu a UE este constituită de articolele 174 – 176 (foste 130r-130t)

ale Tratatului CE, la care se adaugă articolele 6 şi 95. Articolul 174 (fost 130r) este cel care trasează

obiectivele politicii de mediu şi conţine scopul acesteia - asigurarea unui înalt nivel de protecţie a

mediului ţinând cont de diversitatea situaţiilor existente în diferite regiunii ale Uniunii.

În completarea acestuia, Articolul 175 (fost 130s) identifică procedurile legislative

corespunzătoare atingerii acestui scop şi stabileşte modul de luare a deciziilor în domeniul politicii

de mediu, iar Articolul 176 permite SM(Statelor Membre) adoptarea unor standarde mai stricte.

Art. 175 stabileşte următoarele proceduri legislative:

votul cu majoritate calificată în Consiliu şi procedura de cooperare cu Parlamentul

European ca regula generală;

votul cu majoritate calificată în Consiliu şi procedura codeciziei cu Parlamentul

European pentru programele de acţiune generală;

unanimitatea în Consiliu şi consultarea cu PE(Parlamentul European) pentru aspecte

fiscale şi măsuri referitoare la planificarea urbană şi naţională, amenajarea teritoriului şi

managementul resurselor de apă, precum şi pentru măsuri care afectează politica energetică.

Articolul 95 (fost 100 a) vine în completarea acestuia şi are în vedere armonizarea legislaţiei

privitoare la sănătate, protecţia mediului şi protecţia consumatorului în Statele Membre, iar o clauză

de derogare permite acestora să adauge prevederi legislative naţionale în scopul unei mai bune

protejări a mediului.

23

Funcţionând într-o altă direcţie, Articolul 6 (fost 3c) promovează dezvoltarea durabilă ca

politică transversală a Uniunii Europene şi subliniază astfel nevoia de a integra cerinţele de protecţie

a mediului în definirea şi implementarea politicilor europene sectoriale.

Acestora li se adaugă peste 200 de directive, regulamentele şi deciziile adoptate, care

constituie legislaţia orizontală şi legislaţia sectorială în domeniul protecţiei mediului. Legislaţia

orizontală cuprinde acele reglementări ce au în vedere transparenţa şi circulaţia informaţiei,

facilitarea procesului de luare a deciziei, dezvoltarea activităţii şi implicării societăţii civile în

protecţia mediului ş.a. (de exemplu: Directiva 90/313/CEE privind accesul liber la informaţia de

mediu, Regulamentul 1210/90/CEE privind înfiinţarea Agenţiei Europene de Mediu, etc.).

Spre deosebire de aceasta, legislaţia sectorială (sau verticală) se referă la sectoarele ce fac

obiectul politicii de mediu şi care sunt: gestionarea deşeurilor, poluarea sonoră, poluarea apei,

poluarea aerului, conservarea naturii (a biodiversităţii naturale), protecţia solului şi protecţia civilă

(care se regăsesc în planurile de acţiune şi în strategiile elaborate).

Obiectivele politicii mediului

Multe domenii ale politicii mediului pot fi tratate în mod eficient doar prin cooperarea tuturor

părţilor implicate. Cu toate acestea, nu sunt excluse anumite obiective ce pot şi trebuie să fie

rezolvate la nivel regional.

Legislaţia europeană este o noutate absolută pe plan internaţional. Este pentru prima dată

când un sistem de legi a fost creat, putând fi promulgat şi aplicat dincolo de hotarele naţionale.

Ţelul comun al protejării mediului în Europa este slujit de numeroase legi europene care se

aplică mediului. Acestea sunt valide în toate statele membre ale Uniunii Europene (direct - prin

Regulamente care se aplică direct sau indirect - prin Directive ce trebuie transpuse în legislaţia

naţională).

Politica în domeniul mediului vizează următoarele obiective: protecţia mediului; ameliorarea

calităţii sale; protecţia sănătăţii publice; utilizarea prudentă şi raţională a resurselor naturale;

promovarea măsurilor .

Instrumentele utilizate: dispoziţii legislative, în special directive fixând norme de calitate de

mediu (niveluri de poluare); norme aplicabile procedurilor industriale (norme de emisii, de

concepţie, de exploatare); norme aplicabile produselor (limite de concentraţie sau de emisie pentru

un produs dat); programe de acţiune în favoarea protecţiei mediului; programe de ajutor financiar. 1

Articolul 174 al Tratatului CE prezintă astfel obiectivele politicii de mediu şi anume ,cel de:

conservarea, protecţia şi îmbunătăţirea calităţii mediului;

protecţia sănătăţii umane;

utilizarea prudentă şi raţională a resurselor naturale;

promovarea de măsuri la nivel internaţional în vederea tratării problemelor regionale

de mediu şi nu numai.

Principiile politicii de mediu

Politica de mediu a UE s-a cristalizat prin adoptarea unei serii de măsuri minime de protecţie

a mediului, ce aveau în vedere limitarea poluării, urmând ca în anii ’90 să treacă printr-un proces de

orizontalizare şi să se axeze pe identificarea cauzelor acestora, precum şi pe nevoia evidentă de a lua

atitudine în vederea instituirii responsabilităţii financiare pentru daunele cauzate mediului .

Această evoluţie conduce la delimitarea următoarelor principii:

Protecţia mediului trebuie să constituie un element central al politicii economice şi

sociale a statului.

Principiul „Poluatorul plăteşte”: are în vedere suportarea, de către poluator, a

cheltuielilor legate de măsurile de combatere a poluării stabilite de autorităţile publice. Altfel spus,

1 Daniela Marinescu, tratat de dreptul mediului,Editura ALL Beck,Bucuresti,2003

24

costul acestor măsuri va fi reflectat de costul de producţie al bunurilor şi serviciilor ce cauzează

poluarea;

Principiul acţiunii preventive: se bazează pe regula generală că „ e mai bine să previi

decât să combaţi”;

Principiul precauţiei: prevede luarea de măsuri de precauţie atunci când o activitate

ameninţă să afecteze mediul sau sănătatea umană, chiar dacă o relaţie cauză-efect nu este deplin

dovedită ştiinţific;

Principiul protecţiei ridicate a mediului: prevede ca politica de mediu a UE să

urmărească atingerea unui nivel înalt de protecţie;

Principiul integrării: prevede ca cerinţele de protecţie a mediului să fie prezente în

definirea şi implementarea altor politici comunitare;

Principiul proximităţii: are drept scop încurajarea comunităţilor locale în asumarea

responsabilităţii pentru deşeurile şi poluarea produsă .

Principiul subsidiarităţii care specifică că măsurile de protecţia mediului trebuie luate

la „nivel adecvat” ţinând seama de nivelul de poluare, acţiunile necesare şi zona geografică ce

trebuie protejată.

Accesul liber la informaţia de mediu.

Principiul exercitării de către stat a dreptului suveran de a exploata resursele sale

naturale, în aşa fel încât să nu aducă prejudicii altor state. Acest principiu se desprinde din Declaraţia

de la Stocholm din 1972. Exploatarea resurselor naturale în concordanţă cu interesul naţional

reprezintă şi o obligaţie a statului român, ea fiind stipulată în art. 134 lit. d din Constituţie.

Programe de acţiune pentru mediu – cadrul general de implementare a politicii de mediu in

Uniunea Europeana

Începând cu anii '70 principiile şi obiectivele de mediu au post prezentate şi dezvoltate prin

intermediul Programelor de acţiune pentru mediu 2.

Documentele care stau la baza politicii de mediu a UE sunt Programele de Acţiune pentru

Mediu (PAM, Environmental Action Programs-EAP), primul dintre ele fiind adoptat de către

Consiliul European în 1972 şi fiind urmat de alte cinci. Aceste programe de acţiune sunt, de fapt, o

combinaţie de programe pe termen mediu corelate printr-o abordare strategică şi constau într-o

tratare verticală şi sectorială a problemelor ecologice.

Primele două programe de acţiune pentru mediu, PAM 1 (1973-1977) şi PAM 2 (1977-1981)

reflectă o abordare sectorială a combaterii poluării şi promovează nevoia de protecţie a apei şi a

aerului, prin introducerea unor standarde minime de poluare. Aceste două programe au inclus o

abordare sectorială a combaterii poluării.

În afara legislaţiei, Uniunea Europeana a elaborat programe de acţiune însoţite de directive si

obiective prioritare. Începând cu al treilea program (1982-1986) accentul a fost pus pe principiile

fundamentale ale prevenirii si protecţiei. Programul al patrulea (1987-1992) viza trecerea la o

politica preventiva.

Programele PAM 3 (1982 -1986) şi PAM 4 (1987-1992)mai reflectă si evoluţia politicilor

comunitare la acel moment şi dezvoltarea „pieţei interne” , astfel încât obiectivele de mediu să fie

corelate cu cele ale pieţei. În 1987 a intrat în vigoare Actul Unic European care a inclus şi ideea că

protecţia mediului trebuie să fie o componentă a tuturor politicilor comunitare. În plus, PAM 4

promovează abordarea integrată a politicii de mediu şi introduce conceputul „dezvoltării

durabile”(sustainable development).

În paralel, Uniunea Europeana a iniţiat programe de cercetare în domeniul mediului:

2 A se consulta Institutul European din România, Politica de mediu, Seria Micromonografii - Politici Europene, (lucrare

elaborată în cadrul proiectului Phare RO 0006.18.02) Bucureşti, 2003, p.10-14.

Petre Prisecaru (coord.), Politici commune ale Uniunii Europene, Editura Economică, Bucureşti, 2004, p. 229-236.

25

Ştiinţa si tehnologia pentru protecţia mediului (STEP);

Programul european în materie de climatologie si riscuri naturale (EPOCH).

Al cincilea program de acţiune intitulat „Pentru o dezvoltare durabila si respectuoasa a

mediului” (1993-2000), preconiza sa progreseze pe calea unei abordări preventive a protecţiei

mediului. Aceasta abordare trasează o noua cale, integrând politicile, legislaţiile si proiectele într-un

program complet de reforme axate pe un singur obiectiv, anume dezvoltarea durabila

Conceptul dezvoltării durabile desemnează o dezvoltarea care răspunde nevoilor actuale fara

a compromite capacitatea generaţiilor viitoare de a răspunde nevoilor proprii.

Al cincilea program caută sa completeze deciziile si regulamentul utilizate ca instrumente în

programele precedente cu acţiuni Ia fiecare nivel, angajând grupurile societăţii. Programul pune în

evidenta cinci mari sectoare care pot sa degradeze mediul si sa epuizeze resursele naturale: industria,

transporturile, energia, agricultura si turismul.

El fixează ţinte de atins în fiecare din ele.

Totodată, sunt stabilite cele sase elemente ale acţiunilor dezvoltării durabile a Uniunii

Europene:

integrarea considerentelor de mediu în celelalte politici;

parteneriat între Uniunea Europeana, sta±ele membre, lumea afacerilor si public si

responsabilităţi împărţite;

lărgirea evantaiului de instrumente ale politicii de mediu: impozite, subvenţii,

acorduri ferme;

schimbarea schemelor de consum si producţie;

punerea în opera si aplicarea legislaţiei europene de către statele membre,

întreprinderi etc.

cooperarea internaţionala în cadrul „Agendei 21” a Naţiunilor Unite si celui de-al

cincilea program de acţiune în domeniul mediului.

Al 5-lea Program de Acţiune pentru Mediu (1993 -2000), este numit şi „Către o dezvoltare

durabilă”( Towards Sustainability) a transformat dezvoltarea durabilă în strategie a politicii de

mediu. Această abordare apare, de altfel, în toate politicile UE odată cu Tratatul de la Amsterdam

(1997), când este promovată ca politică transversală.

În această perspectivă, dezvoltarea durabilă înseamnă:

menţinerea calităţii generale a vieţii;

accesului continuu la rezervele naturale;

evitarea compromiterii pe termen lung a mediului;

înţelegerea dezvoltării durabile ca acea dezvoltare ce răspunde nevoilor prezentului,

fără a afecta capacitatea generaţiilor viitoare de a răspunde propriilor lor nevoi.

Al 6-lea Program de Acţiune pentru Mediu (2001-2010), numit şi „Alegerea noastră,viitorul

nostru” este consecinţa procesului de evaluare globală a rezultatelor PAM 5 (realizată în anul 2000)

şi stabileşte priorităţile de mediu pe parcursul prezentei decade. Au fost identificate astfel 4 arii

prioritare ce definesc direcţiile de acţiune ale politicii de mediu:

1. schimbarea climatică şi încălzirea globală – are ca obiectiv reducerea emisiei de gaze

ce produc efectul de seră cu 8% faţă de nivelul anului 1990 (conform protocolului de la Kyoto), până

în perioada 2008-2012. Au fost stabilite constrângeri severe pentru producătorii industriali

comunitari: amenzi de 50 Euro/t în primul an şi 100 Euro/t în al doilea an;

2. protecţia naturii şi biodiversitatea – are ca obiectiv îndepărtarea ameninţărilor la

adresa speciilor pe cale de dispariţie şi a mediilor lor de viaţă în Europa. Arealele naturale trebuie

protejate prin programul Natura 2000;

3. sănătatea în raport cu mediul – are drept obiectiv asigurarea unui mediu care să nu

aibă un impact semnificativ sau să nu fie riscant pentru sănătatea umană. Prima condiţie este

aplicarea legislaţiei existente combinată cu acţiuni concrete în diferite sectoare individuale;

26

4. conservarea resurselor naturale şi gestionarea deşeurilor – are ca obiectiv creşterea

gradului de reciclare a deşeurilor şi de prevenire a producerii acestora. Prevenirea creşterii volumului

deşeurilor este parte a politicii integrate a produselor (PIP). Se au în vedere şi măsuri pentru

stimularea reciclării, recuperării şi incinerării deşeurilor. Obiectivul principal: reducerea cantităţii de

deşeuri cu 20% în 2010 faţă de nivelul anului 2000 şi cu 50% până în 2050.

Aceste arii prioritare sunt completate de un set de măsuri ce duc la realizarea obiectivelor lor

şi care au în vedere:

aplicarea efectivă şi îmbunătăţirea aplicării legislaţiei comunitare de mediu în SM;

continuarea integrării aspectelor de mediu în toate celelalte politici;

conlucrarea strânsă cu întreprinderile şi consumatorii;

asigurarea accesului general la informaţiile de mediu, în vederea dezvoltării

preocupării pentru protecţia acestuia;

priorităţile de mediu trebuie văzute în contextul extinderii UE;

accentuarea importanţei reducerii poluării urbane şi a utilizării adecvate a terenurilor

(în scopul conservării peisajelor şi a mediilor naturale).

De asemenea, PAM 6 prevede şi dezvoltarea a 7 strategii tematice, ce corespund unor

aspecte importante ale protecţiei mediului, precum: protecţia solului, protecţia şi conservarea

mediului marin, utilizarea pesticidelor în contextul dezvoltării durabile, poluarea aerului, mediul

urban, reciclarea deşeurilor, gestionarea şi utilizarea resurselor în perspectiva dezvoltării durabile.

Abordarea acestor strategii este una graduală, fiind structurată în două faze: prima, de descriere a

stării de fapt şi de identificare a problemelor; a doua, de prezentare a măsurilor propuse pentru

rezolvarea acestor probleme.

1. Calitatea aerului - strategie iniţiată prin programul „Aer curat pentru Europa”

(CAFE, Clean Air for Europe), lansat în martie 2001 şi care are în vedere dezvoltarea unui set de

recomandări strategice şi integrate, în vederea combaterii efectelor negative ale poluării aerului

asupra mediului şi sănătăţii umane.

2. Protecţia solului – primul pas în această direcţie a fost făcut în aprilie 2002, prin

publicarea, de către Comisia Europeană, a unei comunicări cu titlul „Către o strategie tematică pentru

protecţia solului” (Towards a Thematic Strategy for Soil Protection). Problema protecţiei solului este

pentru prima dată tratată independent şi sunt prezentate problemele existente, precum şi funcţiile şi

trăsăturile distinctive ale unei politici de mediu în această direcţie.

3. Utilizarea pesticidelor în contextul dezvoltării durabile – strategie ce demarează în

iunie 2002, prin comunicarea Comisiei : „Către o strategie tematică pentru utilizarea pesticidelor în

contextul dezvoltării durabile” (Towards a Thematic Strategy on the Sustainable Use of Pesticides) -

comunicare prin care sunt stabilite următoarele obiective:

minimizarea riscurilor la adresa sănătăţii şi mediului rezultate din utilizarea

pesticidelor,

îmbunătăţirea controlului asupra utilizării şi distribuţiei pesticidelor,

reducerea nivelului substanţelor dăunătoare active prin înlocuirea lor cu alternative

mai sigure,

încurajarea obţinerii de recolte fără utilizarea pesticidelor,

stabilirea unui sistem transparent de raportare şi monitorizare a progresului, inclusiv

dezvoltarea de indicatori adecvaţi;

4. Protecţia şi conservarea mediului marin (Towards a strategy to protect and conserve

the marine environment): această strategie este iniţiată prin comunicarea omonimă a

Comisiei (octombrie 2002), cu scopul de a promova utilizarea mărilor în contextul

durabilităţii şi conservarea ecosistemelor marine, inclusiv a fundurilor oceanelor,

estuarelor şi zonelor de coastă, acordând o atenţie specială ariilor cu un grad mare de

biodiversitate. Se acordă o atenţie sporită impactului crescut al pescuitului şi

navigaţiei asupra mediului marin.

27

5. Reciclarea şi prevenirea deşeurilor – lansată în mai 2003, această strategie reprezintă

prima tratare separată a aspectelor reciclării şi prevenirii producerii de deşeuri, iar prin comunicarea

aferentă sunt investigate modalităţile de promovare a reciclării produselor (atunci când este cazul) şi

sunt analizate opţiunile cele mai potrivite sub aspectul raportului cost-eficacitate.

6. Mediul urban – această strategie are deja identificate patru teme prioritare în sensul

dezvoltării durabile, prin influenţa lor asupra evoluţiei mediului în spaţiul urban: transportul urban,

gestionarea urbană durabilă, domeniul construcţiilor şi urbanismul/arhitectura urbană; la sfârşitul lui

2003 a fost lansată comunicarea aferentă, iar strategiile de protecţie a mediului au fost definitivate în

vara anului 2005.

7. Utilizarea continuă a resurselor naturale: chestiunea epuizării resurselor naturale a

fost pusă în discuţie şi în cadrul Raportului Clubului de la Roma. Comisia a lansat o dezbatere

politică (Towards a thematic strategy on sustainable use of natural resources, 2003) asupra

problemelor principale privind înţelegerea relaţiei dintre utilizarea resurselor şi impactul lor,

evaluarea impactului propunerilor politice în acest domeniu asupra altor politici şi integrarea

politicilor astfel ca deciziile să fie luate în contextul dezvoltării durabile.

Un aspect inovator al PAM 6 este adoptarea unei „politici integrate a produselor (PIP)” având

ca scop reducerea degradării mediului de către diverse produse pe parcursul ciclului lor de viaţă şi

conducând astfel la dezvoltarea unei pieţe a produselor ecologice. Programul a fost supus unei

evaluări intermediare în 2005, în vederea revizuirii şi actualizării sale conform ultimelor informaţii şi

progrese în domeniu.

Instrumentele de aplicare a politicii de mediu

Se poate vorbi de dezvoltarea a trei tipuri de instrumente: legislative, tehnice şi economico-

financiare.

A. Instrumentele legislative

Creează cadrul legal al politicii comunitare de protecţie a mediului sunt reprezentate de

legislaţia existentă în acest domeniu, adică de cele peste 200 de acte normative (directive,

regulamente şi decizii 3) adoptate începând cu anul 1970 (acestea constituie aşa numitul acquis

comunitar).

3 Regulamentele sunt actele care au caracter obligatoriu de la data intrării lor în vigoare atât pentru statele membre,

cât şi pentru persoanele fizice şi juridice aflate pe teritoriul acestora. Regulamentele se aplică direct pe teritoriul

statelor membre, cărora le este interzis să adopte măsuri de transpunere sau orice alte măsuri care ar putea îngrădi

aplicarea lor directă. Dacă în text nu este precizată data intrării în vigoare, aceasta va fi reprezentată de cea de a 20-a zi

de la publicarea în Jurnalul Oficial al Comunităţilor Europene.

Directivele sunt actele care stabilesc numai obiective obligatorii pentru statele membre, lăsând la latitudinea acestora

modalităţile de atingere a lor. În text este precizată data până la care statele membre trebuie să adopte măsurile de

adaptare la directiva în cauză. Directivele se aplică şi ele direct pe teritoriul statelor membre, dar numai după expirarea

termenului de transpunere.

Deciziile sunt actele cu caracter obligatoriu doar pentru statele membre sau persoanele juridice cărora le sunt adresate.

Unele au caracter individual (având un singur destinatar sau un număr limitat de destinatari), iar altele au caracter

general (sunt obligatorii pentru toate statele membre şi pentru persoanele fizice şi juridice aflate pe teritoriul acestora).

Recomandările, rezoluţiile şi avizele sunt acte fără caracter obligatoriu, jucând rolul de instrumente indirecte pentru

apropierea legislaţiilor şi practicilor naţionale.

28

B. Instrumentele tehnice

Asigură respectarea standardelor de calitate privind mediul ambiant şi utilizarea celor mai

bune tehnologii disponibile. În categoria instrumentelor tehnice pot fi incluse:

Standarde şi limite de emisii (sunt incluse în legislaţia specifică şi au menirea de a

limita nivelul poluării mediului şi de a identifica marii poluatori);

Cele mai bune tehnologii disponibile (BAT, Best Available Technologies) : instituţii

specializate elaborează Ghiduri BAT pentru diverse domenii industriale (energie, metalurgie, chimie

etc.) şi a căror utilizare devine obligatorie;

Denominarea „eco” (eco-etichetarea) : denominarea are rolul evidenţierii produselor

comunitare care îndeplinesc anumite cerinţe de mediu şi criterii „eco” specifice, criterii stabilite şi

revizuite de Comitetul Uniunii Europene pentru Denominare Eco;

Criteriile aplicabile inspecţiilor de mediu în SM (au fost create pentru a asigura

conformitatea cu legislaţia de mediu a UE şi aplicarea uniformă a acesteia. Acest lucru este posibil

prin stabilirea unor criterii minime referitoare la organizarea, desfăşurarea, urmărirea şi popularizarea

rezultatelor inspecţiilor de mediu în toate SM).

C. Instrumente financiare

Principalele instrumente sunt reprezentate de diverse programe.

Programul LIFE a fost lansat în 1992 cu scopul de a co-finanţa proiectele de protecţie a

mediului în ţările UE, precum şi în ţările în curs de aderare. Programul are deja trei faze de

implementare: prima fază: 1992 -1995, cu un buget de 400 mil. Euro; a doua fază: 1996- 1999, cu un

buget de 450 mil. Euro; a treia fază: 2000-2004, cu un buget de 640 mil. Euro.

LIFE este structurat în trei componente tematice: LIFE - Natură, LIFE – Mediu şi LIFE –Ţări

terţe, toate trei urmărind îmbunătăţirea situaţia mediului înconjurător dar fiecare dintre ele având

buget şi priorităţi specifice. Componenta Măsuri însoţitoare funcţionează ca o subcategorie a

acestora şi are rolul de a asista cu materiale, studii şi informaţii implementarea celor trei componente

tematice, precum şi de a finanţa acţiuni de diseminare şi schimb de bune practici. Toate

componentele sunt supuse condiţiei co-finanţării de către statele eligibile, cu excepţia componentei

Măsuri însoţitoare - care beneficiază de finanţare 100% din partea UE.

Proiectele finanţate prin programul LIFE trebuie să îndeplinească un set de criterii ce reflectă

relevanţa şi seriozitatea acestora şi care cer ca proiectele:

să fie de interes comunitar şi să contribuie la realizarea obiectivelor LIFE;

să fie implementate de parteneri serioşi din punct de vedere financiar şi tehnic;

să fie fezabile în termeni de propuneri tehnice, planificarea acţiunilor, buget şi cost-

eficacitate.

Fondul de Coeziune 4

(FC)

Acordurile şi convenţiile sunt înţelegeri în forma scrisă supuse dreptului internaţional dar încheiate fie de către

Comunităţi cu state terţe, fie de către acestea şi statele membre cu state terţe, fie numai între statele membre, în

conformitate cu competenţele stabilite prin tratatele constitutive.

4 Fondurile structurale sunt formate din Fondul European de Orientare şi Garanţie Agricolă (FEOGA a fost în vigoare

pentru perioada 2000-2006, fiind înlocuit de FEADR- Fondul Agricol European pentru Dezvoltare Rurală), componenta

Orientare, Fondul European de Dezvoltare Regională (FEDER), Fondul Social European (FSE), Instrumentul Financiar

29

Înfiinţarea Fondului de Coeziune (continuatorul programului ISPA) a fost hotărâtă prin

Tratatul de la Maastrich, acesta devenind operaţional în anul 1994. FC şi Fondurile structurale

însumează aproximativ 1/3 din bugetul UE. FC are următoarele caracteristici:

Sfera limitată de acţiune, din acest fond urmând a se acorda sprijin financiar numai Statelor

Membre cu un nivel al venitului pe cap de locuitor sub 90% din media comunitară. Aceasta înseamnă

că ajutorul este direcţionat către statele mai puţin prospere luate în întregime (este vorba doar de

Spania, Portugalia, Grecia şi Irlanda);

Sprijinul financiar este limitat la co-finanţarea proiectelor din domeniile protejării

mediului şi dezvoltării reţelelor de transport trans-europene;

Suportul financiar este acordat acelor state care au elaborat programe, prin care se

acceptă condiţiile referitoare la limitele deficitului bugetar, deoarece se are în vedere legătura dintre

acest fond şi obiectivul realizării uniunii economice şi monetare.

Domenii prioritare : protecţia calităţii apei, a solului, prevenirea inundaţiilor, managementul

integrat al deşeurilor.

România beneficiază de fonduri structurale de circa 28-30 miliarde Euro din partea UE în

perioada 2007-2013.

Fondurile Structurale (FS):

Asigură dezvoltarea şi ajustarea structurală a regiunilor nedezvoltate cu un PNB sub 75% din

media comunitară.

Sprijină conversia economică şi socială a regiunilor confruntate cu dificultăţi structurale.

Vor fi finanţate proiecte de eficientizare a serviciilor de apă (contorizare, reducerea

pierderilor în reţea), reducerea volumului de deşeuri (investiţii în dezvoltarea pieţei de reciclare,

pentru separarea deşeurilor la sursă).

Programul SAMTID

În 2001 a fost demarat de către Ministerul Administraţiei şi Internelor “Programul de

Dezvoltare a infrastructurii în oraşele mici şi mijlocii” (SAMTID). Acest program este destinat

îmbunătăţirii stării tehnice a infrastructurii locale şi a calităţii serviciilor de alimentare cu apă şi

canalizare. Valoarea programului este de 96 mil. Euro, iar structura de finanţare este de 50% sub

formă de grant de la UE şi de la bugetul de stat şi 50% reprezentând împrumuturi de la BEI şi BERD.

Programul a fost accesat de 91 de oraşe din 14 judeţe, cu o populaţie totală de 2,5 milioane de

locuitori.

Facilitatea Globală pentru Mediu (GEF)

România a aderat la GEF în 1994, fiind un fond destinat susţinerii financiare pentru protecţia

mediului la nivel global, prin constituirea unui fond special şi alocarea acestuia pentru proiecte

globale care au în vedere păstrarea biodiversităţii, schimbările climatice, poluanţii organici

persistenţi, combaterea deşertificării, protejarea stratului de ozon etc. Proiectele GEF sunt

implementate prin intermediul PNUD (Programul Naţiunilor Unite pentru Dezvoltare), PNUM

(Programul Naţiunilor Unite pentru Mediu) şi Banca Mondială. Proiectele trebuie să îndeplinească

două criterii:

să reflecte priorităţile naţionale sau regionale şi să aibă sprijinul ţării/ţărilor implicate;

să contribuie la ameliorarea situaţiei mediului pe plan global.

În România au fost implementate, până în 2006, 20 proiecte GEF, majoritatea referitoare la

protecţia apelor Mării Negre şi ale Dunării.

Fondul de Mediu (FM)

de Orientare a Pescuitului (IFOP a fost valabil pentru perioada 2000-2006, fiind înlocuit cu Fondul European pentru

Pescuit). Acestora li se adaugă Fondul de Coeziune (FC).

30

În baza Legii 73/200 şi a OUG nr. 86/2003 s-a constituit Fondul de Mediu. Are drept scop un

număr limitat de investiţii de mediu de interes public, acordând prioritate celor incluse în Planul

Naţional de Acţiune pentru Protecţia Mediului.

Încasările din FM provin din colectarea diferitelor taxe suportate de agenţii economici

poluatori, alocaţii de la bugetul de stat, sponsorizări, taxe pentru eliberarea autorizaţiilor de mediu,

rambursarea capitalului şi a dobânzii de către utilizatorii resurselor fondului. Resursele fondului sunt

în mare parte canalizate către proiecte/achiziţionarea de aparatură cu tehnologie nepoluantă şi

proiecte de gestiune a deşeurilor (inclusiv a celor periculoase). Categoriile de proiecte eligibile sunt

stabilite printr-un plan anual de către comitetul director al Fondului.

Iniţiativa comunitară INTERREG III

Interreg III a fost cea mai importantă iniţiativă comunitară, stabilită în cadrul Fondului

European de Dezvoltare Regională, pentru perioada 2000-2006. Obiectivul acestei noi faze a Interreg

este consolidarea coeziunii economice şi sociale în cadrul promovării cooperării transfrontaliere,

transnaţionale şi interregionale şi a unei dezvoltări echilibrate pe teritoriul european. Acţiunile ce

privesc relaţia dintre graniţe, zonele de graniţă dintre statele membre şi statele non-membre UE

reprezintă punctul central al acestei iniţiative.

Interreg III se implementează prin intermediul a trei sub-programe:

• Partea A: cooperarea transfrontalieră ce promovează dezvoltarea integrată la nivel regional

dintre regiunile de graniţă învecinate, incluzând graniţele externe şi anumite graniţe maritime;

obiectivul este dezvoltarea economică şi socială a cooperării transfrontaliere prin strategii comune şi

programe de dezvoltare;

• Partea B: cooperarea transnaţională îşi propune să promoveze un nivel înalt de integrare

între grupuri de regiuni europene, cu scopul de a obţine o dezvoltare solidă, armonioasă şi

proporţionată în UE, o integrare teritorială la nivel înalt, incluzând aici şi statele candidate sau

învecinate;

• Partea C: cooperare interregională în teritoriul Uniunii (şi statele învecinate), pentru a

îmbunătăţi coeziunea şi dezvoltarea regională.

Bugetul total a fost de 4.875 milioane euro pentru perioada 2000-2006.

Cooperarea în materie de probleme ecologice mondiale

Uniunea Europeana cooperează cu alte tari prin intermediul organismelor ONU, OECDE si

cu alte organisme internaţionale pentru a promova soluţii mondiale la problemele ecologice globale:

schimbările climatice, sărăcirea stratului de ozon, pădurile tropicale, biodiversitatea.

Această cooperare dă naştere adesea la o convenţie mondială sau regională care poate

constitui un cadru solid pentru acţiunile Uniunii Europene şi ale ţărilor care participă la convenţii

protejând habitatele în pericol, mările si râurile, controlează schimbul internaţional de deşeuri şi

produse chimice periculoase.

Introducerea politicii de mediu in învăţământ şi formare

Mediul este din ce în ce mai mult integrat în învăţământ la toate nivelele, devenind un

element component al formarii profesionale. El face parte din programul de studiu de baza în marea

majoritate a statelor membre.

Au proliferat ajutoarele pedagogice sub forma de cărţi, manuale, broşuri, material audiovizual

asupra mediului. Comisia Europeana finanţează proiecte de formare pentru profesorii din

învăţământul elementar si secundar precum si pentru cursuri tehnice si agricole.

De asemenea, a fost publicat un „Ghid european de studii asupra cursurilor de mediu din

universitate”. În noua state membre ale Uniunii Europene poate fi obţinut un masterat european în

„Gestiunea mediului”.

31

Progrese şi perspective realizate în materie de politică de mediu.

Uniunea Europeană a dobândit treptat statutul de prim autor în materie de politică a mediului,

la nivel naţional, regional, cât şi în relaţiile internaţionale.

Au fost adoptate măsuri în toate domeniile interesând mediul.

Circa 70% din angajamentele făcute la scară europeană sunt realizate.

Progresele se văd mult mai greu în Statele Membre. Uniunea Europeana s-a orientat către

dezvoltarea durabilă, drumul este însă lung şi dificil.

Politica în domeniul mediului nu are şanse fără sprijinul sincer al întregii populaţii.

Experienţa îndreptăţeşte ideea că politica în domeniul mediului se va lovi şi în viitor cu conflictul de

interese dintre ecologie şi unele sectoare economice.

Perspectiva este cea a unui optimism prudent şi moderat .

Aspecte problematice, tendinţe şi provocări

Politica de mediu, fiind una dintre cele mai complexe politici comunitare, în special datorită

caracterului său trans-sectorial şi al interferenţei directe cu creşterea economică, se confruntă cu un

set de probleme specifice.

Adesea, ele decurg din încercarea de a balansa interesele economice cu cele de mediu şi de a

le transforma din interese contradictorii în interese complementare.

Se creează astfel situaţii în care apar false probleme dar care sunt de fapt efecte benefice ale

politicii comunitare de mediu.

Un astfel de exemplu este dat chiar de relaţia creştere economică – reducerea calităţii

factorilor de mediu / reducerea resurselor naturale şi care creează tensiuni şi rezistenţă în aplicarea

sau adoptarea măsurilor de protecţie a mediului. Acest lucru se întâmplă tocmai din teama de a

sprijini mediul, cu costul regresului economic şi al creării de crize sociale – având în vedere

caracterul maximal al producţiei de consum.

Acesta pare a fi un cerc vicios însă soluţia este o schimbare de perspectivă: acele măsuri care

restricţionează dezvoltarea industriei din considerente de mediu, stimulează în acelaşi timp

dezvoltarea de mecanisme şi sisteme ce fac posibilă coabitarea celor două – cum ar fi tehnologiile

avansate şi nepoluante, surse alternative de energie verde (energia solară, energia eoliană), care duc

la dezvoltarea unei pieţe specializate şi implicit, dezvoltarea economică.

O altă falsă problemă este conectată cu cea anterioară şi se referă la procesul de extindere al

Uniunii Europene şi la costul ridicat al acesteia atunci când sunt implicate aspecte de mediu.

Aceasta deoarece, aşa cum se arată în documentele Comisiei, protecţia mediului în ţările

Europei Centrale şi de Est este foarte puţin dezvoltată comparativ cu extinderile anterioare, iar costul

de aliniere la standardele comunitare se arată a fi foarte ridicat.

Ceea ce nu este la fel de evident însă sunt avantajele care decurg de aici, atât în termeni de

mediu cât şi în termeni economici.

Astfel, în termeni de mediu trebuie menţionat că ridicarea standardelor de protecţie a

mediului în aceste ţări nu poate avea decât efecte benefice pe plan european şi global şi va duce la

îmbunătăţirea situaţiei generale a mediului, cu efecte vizibile pe termen lung.

Din punct de vedere economic, tocmai alinierea industriilor acestor ţări la standardele

comunitare de mediu presupune retehnologizarea masivă a fabricilor şi uzinelor şi contribuie la

dezvoltarea pieţei de producţie comunitare pentru astfel de tehnologii şi echipamente – de aici

sprijinirea creşterii economice la nivel comunitar 6 .

Acestea sunt însă probleme generale şi de perspectivă. Alături de ele există probleme

concrete, specifice adoptării sau implementării anumitor măsuri comunitare de protecţie a mediului,

6 Wim KOK - „Enlarging the European Union: Achievements and Challenges ?”, Robert Schuman Cenrte for Advanced

Studies, European University Institute: Florence

32

dar care sunt totuşi subordonate problemelor amintite anterior. Un astfel de exemplu este reprezentat

de Directiva de evaluare a impactului proiectelor publice şi private asupra mediului (85/337/EEC)7,

adoptată în 1985 şi amendată în 1997, al cărei raport de evaluare (realizat o dată la 5 ani) a fost

publicat recent.

Conform acestui raport, SM au eşuat în implementarea acestei directive şi au fost identificate

măsuri de evitare a acestei evaluări de către anumite proiecte (cum ar fi structurarea unui proiect

major în câteva proiecte mici).

Evident, această situaţie este rezultatul lipsei unei ponderări eficiente a efectelor economice

pe termen scurt cu efectele de mediu – şi chiar economice, cum am arătat anterior – pe termen lung.

Un aspect problematic este reprezentat de strategia de utilizare a acordurilor voluntare de

mediu la nivel comunitar, acorduri care - aşa cum argumentează numeroase organizaţii

nonguvernamentale europene - nu dispun de suficiente dovezi pentru a îşi argumenta eficienţa, nu au

la bază un proces obiectiv de evaluare (ci numai de auto-evaluare) şi prezintă un risc ridicat de a nu fi

respectate. De aici rezultă că problema în sine nu este reprezentată de acordurile ca atare, ci de

tendinţa de a promova strategia voluntariatului în realizarea obiectivelor comunitare de mediu, în

locul tendinţei anterioare de comandă şi control.

2.2. POLITICA DE MEDIU ÎN ROMÂNIA

Scurt istoric

În România, protecţia mediului a apărut ca un domeniu de sine stătător al politicilor naţionale

în anul 1990, când a fost înfiinţat pentru prima dată fostul Minister al Mediului; în 1992 a fost

elaborat primul document oficial ce stabileşte obiectivele naţionale în domeniu – „Strategia

Naţională de Protecţia Mediului”, reactualizată în 1996 şi în 2002.

Strategia este structurată în două părţi:(1) o trecere în revistă a principalelor resurse naturale,

elemente privind starea economică şi calitatea factorilor de mediu, şi (2) strategia propriu-zisă, adică

principiile generale de protecţie a mediului, priorităţile, obiectivele pe termen scurt, mediu şi lung.

Încă din 1996 se poate observa o adecvare a strategiei naţionale cu cea comunitară în ceea ce

priveşte principiile, priorităţile şi obiectivele .

Astfel, principiile urmărite sunt:

conservarea şi îmbunătăţirea condiţiilor de sănătate a oamenilor;

dezvoltarea durabilă;

prevenirea poluării;

conservarea biodiversităţii;

conservarea moştenirii culturale şi istorice,

principiul „poluatorul plăteşte”;

stimularea activităţii de redresare a mediului (prin acordarea de subvenţii, credite cu

dobândă mică, etc.).

În ceea ce priveşte priorităţile identificate, acestea reflectă nu numai nevoile naţionale, dar şi

tendinţele şi iniţiativele existente pe plan global, ele fiind:

menţinerea şi îmbunătăţirea sănătăţii populaţiei şi calităţii vieţii;

7 Sistemul de evaluare a impactului proiectelor publice şi private asupra mediului (Directiva 85/337 EEC) are ca obiectiv

sprijinirea integrării mediului în pregătirea şi adoptarea planurilor şi programelor cu impact semnificativ asupra

acestuia, prin supunerea lor unei evaluari specifice. Este vorba de introducerea unui sistem de evaluare anterioară a

impactului asupra mediului, încă din etapa de planificare, şi obligatorie pentru proiectele şi programele din domeniile

planificării teritoriale, utilizării terenului, transportului, energiei, gestionării deşeurilor, gestionării apei, industriei,

telecomunicaţiilor, agriculturii, silviculturii, pescuitului şi turismului.

33

Scopul acestui capitol este de a realiza o trecere în revistă a politicii de mediu în România şi

nu o analiză a acesteia.

Pentru detalii în această direcţie recomandăm studiile de impact realizate de Institutul

European din România în anul 2002 (pentru mediu, există 1 studiu original şi 7 studii ad-hoc).

Documentul a fost elaborat cu ajutorul Băncii Mondiale si urmăreşte:

menţinerea şi îmbunătăţirea potenţialului existent al naturii;

apărarea împotriva calamităţilor şi accidentelor naturale;

raportul maxim cost-beneficiu;

respectarea programelor şi convenţiilor internaţionale privind protecţia mediului.

Referitor la obiectivele stabilite, acestea sunt împărţite în obiective pe termen scurt (până în

anul 2000), mediu (până în anul 2005) şi lung (până în anul 2020).

Strategiile din 1992 şi 1996 sunt documentele pe baza cărora a fost structurată politica

naţională de mediu până în anul 1999, când a fost adoptat Programul Naţional de Aderare la UE.

Începând cu anul 1999 şi continuând anual, până în 2003, strategia naţională de mediu este

completată de o serie de documente adiţionale, cum ar fi –– „Raportul privind starea mediului în

România”, care corespunde primei părţi a „Strategiei de Protecţia Mediului” şi o completează, printr-

o analiză detaliată a calităţii principalilor factori de mediu: calitatea atmosferei, calitatea

precipitaţiilor atmosferice, starea apelor de suprafaţă şi subterane, starea solurilor, starea pădurilor,

gestionarea deşeurilor, situaţia poluării sonore, etc.

Strategiei Naţionale de Protecţia Mediului i se adaugă, în anul 2002, „Strategia Naţională de

Gestionare a Deşeurilor”, ce răspunde unei nevoi presante în acest domeniu şi care a fost pentru

prima dată adresată în anul 2000; acest lucru s-a făcut prin transpunerea Directivei

Cadru privind deşeurile – no. 75/442/EEC, preluată în legislaţia legislaţia română prin

Ordonanţa de Urgenţă a Guvernului nr. 78/2000, aprobată şi completată în 2001 prin Legea

426/2001. Etapele de dezvoltare a strategiei constau în: analiza situaţiei existente, identificarea

problemelor, stabilirea obiectivelor strategice, evaluarea opţiunilor de atingere a obiectivelor şi

elaborarea unui „Plan Naţional de Gestionare a Deşeurilor”. Acest plan, elaborat de un grup de lucru

format din reprezentanţi ai industriei, ministerelor implicate, ONG-urilor şi ICIM , cuprinde două

părţi distincte:

acţiuni cu caracter general: identifică tipurile de acţiuni necesare implementării

strategiei, precum şi entităţile responsabile, termenele de realizare, costurile estimate şi posibilele

surse de finanţare;

proiecte cu caracter concret: se adresează unor obiective la nivel local, propuse din

teritoriu.

Planul se ajustează în funcţie de propunerile incluse în planurile regionale, locale şi sectoriale

şi propune măsuri pentru următoarele tipuri de deşeuri: deşeuri municipale, deşeuri de producţie,

deşeuri periculoase şi deşeuri reglementate prin acte legislative specifice.

În prezent, Planul se află în proces de reactualizare, un proiect fiind deja transmis spre

consultare factorilor implicaţi (ministere, asociaţii patronale şi profesionale, reprezentanţi ai

societăţii civile – ONG-uri)

Negocieri de aderare

Odată cu anul 2000 şi cu începerea negocierilor de aderare, politica de mediu se dezvoltă

conform strategiei elaborate de Comisia Europeană pentru ţările candidate în cadrul Agendei 2000.

Astfel, pentru a alinia politicile naţionale de mediu la standardele şi obiectivele politicii

comunitare, ţările candidate trebuie să identifice arii prioritare de acţiune, să stabilească obiective

cheie ce trebuie realizate până la data aderării şi să stabilească termene de adoptare, transpunere şi

implementare a acquis-ului de mediu. Priorităţile identificate de către Comisie pentru ţările candidate

se referă la poluarea aerului, poluarea apei şi gestionarea deşeurilor.

34

În anul 2002 au fost deschise negocierile de aderare pentru Capitolul 22- Protecţia Mediului.

Tot în anul 2002, Comisia Europeană a elaborat un document special pentru a ajuta România şi

Bulgaria în eforturile lor de aderare la UE în 2007 şi pentru a suplimenta asistenţa financiară

acordată – respectiv „Foaia de parcurs pentru România şi Bulgaria”. Foia de parcurs pentru România

era centrată pe aspectele administrative şi juridice, pe reforma economică şi pe adoptarea unor

capitole ale acquis-ului comunitar ce au la bază „Raportul anual asupra progreselor înregistrate de

România pentru aderarea la Uniunea Europeană - 2002 ”

Aspectele de mediu menţionate în Foaia de parcurs aveau în vedere dezvoltarea capacităţilor

de implementare a legislaţiei de mediu adoptate, precum şi coordonarea inter-ministerială în

problemele de mediu, în scopul promovării dezvoltării durabile şi transformării politicii de mediu în

politică transversală. În acest sens, se subliniau obiective pe termen mediu şi lung. Astfel, pe termen

scurt, principala problemă identificată a fost:

realizarea unui evaluări generale pentru identificarea nevoilor existente;

Baza legislativă a politicii de mediu în România o constituie, în principal, implementarea

acquis-ului de mediu, adică a legislaţiei orizontale şi sectoriale care reglementează politica de mediu

a Uniunii Europene. Acquis-ul sectorial de mediu este structurat pe următoarele domenii:calitatea

aerului, gestionarea deşeurilor, calitatea apei, protecţia naturii, controlul poluării industriale şi

managementul riscului, substanţe chimice şi organisme modificate genetic, poluarea sonoră, protecţia

civilă şi siguranţa nucleară. Un aspect particular al transpunerii legislaţiei sectoriale îl reprezintă

solicitarea, de către România, a 11 perioade de tranziţie, cu durate între 3 şi 15 ani şi necesare ca

urmare a evaluării costurilor ridicate pe care le presupune, după cum urmează:

o perioadă de tranziţie în domeniul calităţii aerului,

referitoare la gestionarea deşeurilor,

privind calitatea apei

în domeniul poluării industriale şi al managementului riscului.

Directivele respective au fost transpuse în legislaţia românească în anii 2002 şi 2003.

Cadrul instituţional

Principalii actori instituţionali ai politicii de mediu din România sunt Ministerul Agriculturii,

Pădurilor, Apelor şi Mediului (MAPAM), Ministerul Integrării Europene (MIE) şi Parlamentul

României. MAPAM este direct responsabil pentru iniţierea strategiilor naţionale de mediu şi crearea

cadrului de implementare a acestora, fiind constituit din 3 direcţii generale:

Direcţia „Agricultură şi Păduri”,

Direcţia „Ape”

Direcţia „Mediu”.

Dintre acestea numai ultimele două fiind de interes major pentru politica naţională de mediu.

În subordinea acestor direcţii de află Inspectoratele de Protecţia Mediului (IPM), unităţi

locale (la nivel de judeţ) ce semnalează nevoile locale, facilitează şi monitorizează implementarea

politicii la acest nivel.

Tot în subordinea MAPAM se află şi Administraţia Rezervaţiei Biosferei Deltei Dunării

(ARBDD) şi Comisia Naţională pentru Controlul Activităţilor Nucleare ( CNCAN) care au, de

asemenea, rol de sprijin în dezvoltarea politicii de mediu.

Coordonate de MAPAM şi furnizând o serie de date şi analize necesare adoptării de noi

măsuri, sunt patru institute de cercetare:

Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare pentru Protecţia Mediului (INCDM -

ICIM),

Institutul Naţional pentru Cercetare şi Dezvoltare Marină (INCDM),

Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare “Delta Dunării” (INCDD),

Institutul Naţional de Meteorologie şi Hidrologie (INMH).

35

Un rol important în direcţionarea procesului legislativ îl are MIE, prin responsabilitatea care

îi revine în cadrul procesului de negociere şi care se manifestă prin funcţionarea Sub-comitetului de

Asociere România – UE Nr. 6 „Transporturi, Reţele Trans - Europene, Energie şi Mediu”, ce

analizează şi evaluează progresele înregistrate.

Alte ministere implicate în politica de mediu sunt Ministerul Transporturilor, Lucrărilor

Publice şi Locuinţei şi Ministerul Economiei şi Comerţului, care sprijină procesul de consultare al

părţilor interesate pentru adoptarea de noi măsuri legislative.

Propunerile legislative astfel iniţiate trebuie să fie aprobare în Parlament, unde fac obiectul

dezbaterii în cadrul diverselor comisii de specialitate.

Programe de sprijin a politicii naţionale de mediu

Strategiile de dezvoltare a politicii naţionale de mediu sunt conturate în funcţie de priorităţile

aderării la UE şi de necesităţile naţionale, coroborate cu priorităţile naţionale.

Astfel, se poate vorbi despre extensii ale programelor comunitare dar şi de iniţiative naţionale

şi iniţiative conforme strategiilor internaţionale de protecţia mediului. Iniţiativele comunitare active

în domeniul politicii naţionale de mediu sunt reprezentate de instrumentele de pre-aderare Phare,

ISPA, şi LIFE

Prin cele două componente ale sale, dezvoltarea instituţională şi sprijinirea investiţiilor,

programul Phare (creat in 1989) constituie principalul instrument de asistenţă tehnică şi financiară

pentru ţările în curs de aderare şi contribuie la implementarea acquis-ului comunitar şi la mobilizarea

investiţiilor în domeniul mediului (alături de alte domenii).

În România, Programul Phare este activ din 1998, având trei componente active în direcţia

protecţiei mediului – Phare „Naţional”, Phare „Cooperare trans-frontalieră” şi Phare „Coeziune

economică şi socială”. Obiectivele naţionale pentru fiecare an de funcţionare progresează de la

pregătirea adoptării acquis-ului comunitar la aspecte practice de implementare, astfel:

PHARE 1998 - întărirea capacităţii instituţionale şi administrative în vederea dezvoltării în

România a unei politici de mediu capabile să aplice acquis-ul comunitar, prin proiecte ce privesc:

acordarea de asistenţă tehnică pentru întărirea capacităţii instituţionale şi

administrative în vederea dezvoltării unei politici de mediu capabile să aplice acquis-ul de mediu ;

întărirea capacităţii autorităţilor de protecţie a mediului în vederea implementării

legislaţiei şi a strategiilor din domeniul apelor ;

întărirea capacităţii instituţionale şi administrative de gestionare a politicii de mediu

în conformitate cu acquis-ul comunitar;

PHARE 2000 – implementarea acquis-ului de mediu, prin:

asistenţă tehnică pentru asigurarea conformităţii cu directiva de evaluare a impactului

de mediu;

elaborarea unei strategii de aproximare legislativă pentru mediu cu referire specială la

mecanismele financiare;

asistenţă tehnică pentru întărirea IPM - urilor locale şi dezvoltarea IPM- urilor

regionale;

La acestea se poate adăuga şi programul SAPARD, care acordă atenţie specială aspectelor de

protecţia mediului.

proiect pilot pentru monitorizarea calităţii aerului în Bucureşti;

PHARE 2001–asistenţă tehnică pentru implementarea politicilor de mediu în România, prin:

asistenţă în transpunerea şi implementarea acquis-lui de mediu în domeniul gestionării

deşeurilor;

implementarea Directivei cadru a apei la nivel de bazine pilot;

evaluarea costurilor de mediu şi planuri de investiţii;

36

asistenţă pentru implementarea Directivei IPPC, privind prevenirea şi controlul

integrat al poluării;

asistenţă pentru implementarea proiectului ca atare;

PHARE 2002 - asistenţă tehnică pentru transpunerea şi implementarea acquis-ului de mediu

în domeniul chimicalelor, controlului poluării industriale şi managementului riscului, aerului şi apei;

asistenţă în domeniul chimicalelor pentru îmbunătăţirea cadrului legal şi a aplicării

lui;

asistenţă în implementarea Directivelor VOC (privind emisiile de compuşi organici

volatili), LCP (centrale mari de ardere) şi SEVESO II (privind accidentele industriale şi prevenirea

riscului);

îmbunătăţirea Reţelei Naţionale de Monitorizare a Calităţii Aerului;

stabilirea unui sistem informatic şi a unei baze de date pentru managementul apei, în

acord cu cerinţele Directivei cadru pentru apă.

Programul ISPA

ISPA este un instrument structural de pre-aderare, creat în 1999 şi funcţional din 2000,

premergător Fondului de Coeziune şi concentrându-se pe finanţarea proiectelor de infrastructură în

domeniile mediului şi transportului.

Pentru proiectele de mediu, ISPA are două direcţii de acţiune (din cele trei existente):

(1) familiarizarea cu politicile şi procedurile UE,

(2) alinierea la standardele de mediu comunitare.

În România, infrastructura de mediu constituie o prioritate a politicii naţionale în domeniu, în

special în ceea ce priveşte infrastructura apelor şi gestionarea deşeurilor (precum şi poluarea aerului).

Astfel, priorităţile naţionale de mediu ale programului ISPA sunt:

alimentarea cu apă, canalizarea şi epurarea apelor uzate;

gestionarea deşeurilor urbane - în special prin depozitarea pe rampe ecologice,

sisteme de colectare selectivă şi prin reciclarea deşeurilor;

îmbunătăţirea calităţii aerului, prin folosirea de tehnologii ecologice de încălzire a

locuinţelor urbane.

Proiectele finanţate prin acest program nu trebuie numai să răspundă acestor priorităţi, dar şi

să aibă capacitate de cofinanţare de cel puţin 20%, să atragă fondurile locale şi să demonstreze

contribuţia la îmbunătăţirea calităţii factorilor de mediu în România.

Programul LIFE

Cele două componente ale programului LIFE pentru ţările candidate, LIFE – Mediu şi LIFE-

Natura, sunt funcţionale în România din 1999 şi finanţează proiecte ce tratează probleme specifice,

locale de îmbunătăţire, protecţie sau conservare a calităţii mediului (LIFE Mediu) şi a biodiversităţii

(LIFE Natura).

Dacă proiectele din cadrul componentei „Natura” vizează protecţia diferitelor ecosisteme şi

specii de plante şi animale, în cadrul componentei de mediu au fost desfăşurate proiecte inovatoare

privind: sistemul de avertizarea în cadrul fenomenelor periculoase, dezvoltarea unor sisteme

operative pentru studiul, monitorizarea şi prognozarea impactului poluării, sensibilizarea populaţiei

în precolectarea selectivă a deşeurilor menajere, etc.

Acest tip de proiecte vine în sprijinul măsurilor de infrastructură ale programului ISPA şi duc

la realizarea obiectivelor naţionale de mediu.,Agenda 21.

„Agenda 21” este o strategie globală de acţiune a Organizaţiei Naţiunilor Unite (ONU),

adoptată în 1992 pentru diminuarea efectelor impactului uman asupra mediului şi pentru

implementarea principiilor dezvoltării durabile la nivel local şi semnată de 178 de state, între care şi

România. „Agenda 21” se axează pe participarea comunităţilor locale şi oferă o modalitate de

37

integrare a problemelor sociale, economice, culturale şi de protecţie a mediului, accentuând în acelaşi

timp rolul educaţiei în dezvoltarea unei atitudini pozitive faţă de mediu şi în utilizarea responsabilă a

resurselor naturale.

În România, această strategie locală a fost implementată în 9 oraşe pilot (Ploieşti, Galaţi,

Târgu Mureş, Baia Mare, Iaşi, Râmnicu Vâlcea, Giurgiu, Oradea şi Miercurea Ciuc), la nivelul

cărora s-au înfiinţat: (a) secretariate permanente în cadrul primăriilor şi (b) grupuri de lucru pe

domeniile economic, social şi protecţia mediului.

Strategia a fost extinsă la 40 de localităţi în 2002, în urma desfăşurării

Forumului Naţional “Dezvoltarea durabilă a comunităţilor locale, calea către integrare în

Uniunea Europeană”.

Caracterul internaţional al politicii naţionale de mediu este reflectat şi de aderarea României

la Facilitatea Globală pentru Mediu , în 1994. Această facilitate este de fapt un instrument adoptat în

1991 (şi restructurat în 1992, în urma Summit-ului de la Rio) pentru a susţine financiar protecţia

mediului la nivel global, prin constituirea unui fond special şi alocarea acestuia pentru proiecte

globale ce au în vedere păstrarea biodiversităţii, schimbările climatice, poluanţii organici persistenţi,

combaterea deşertificării, protejarea apelor internaţionale şi a stratului de ozon.

Proiectele GEF sunt implementate prin intermediul PNUD (Programul Naţiunilor Unite

pentru Dezvoltare), PNUM (Programul Naţiunilor Unite pentru Mediu) şi Banca Mondială, sunt

derulate de organizaţii publice sau private şi trebuie să îndeplinească două criterii:

(1) să reflecte priorităţile naţionale sau regionale şi să aibă sprijinul ţării/ţărilor implicate,

(2) să contribuie la ameliorarea situaţiei mediului pe plan global. România a implementat

până în prezent 20 de proiecte GEF, 8 proiecte de ţară şi 12 proiecte regionale, majoritatea referitoare

la protecţia apelor Mării Negre şi ale Dunării.

Programul „România curată”8

Acest program a fost lansat în aprilie 2002 de Guvernul României şi subliniază eforturile

depuse pentru ameliorarea situaţiei mediului şi integrarea în plan naţional a principiilor politicii

comunitare de mediu. Important de menţionat este că programul „România curată” reprezintă o

strategie şi o iniţiativă naţională, care îşi propune nu numai asigurarea protecţiei mediului şi

conservarea resurselor naturale, ci şi „creşterea nivelului de educaţie şi conştientizare a populaţiei

privind realizarea acestor obiective”.

Ca atare, obiectivele sale sunt:

asigurarea protecţiei şi conservării mediului natural şi a mediului construit în

concordanţă cu cerinţele dezvoltării durabile;

asigurarea unui management integrat al deşeurilor;

creşterea nivelului de educaţie şi conştientizare a populaţiei în spiritul protecţiei

mediului.

Caracterul reformator al acestei strategii nu este dat numai de accentul pe educaţia şi

responsabilizarea populaţiei, ci şi de faptul că ea se va desfăşura prin promovarea parteneriatului

public-privat şi prin colaborarea cu autorităţile locale şi cu societatea civilă.

Mai exact, partenerii avuţi în vedere sunt: ministerele, asociaţiile patronale, asociaţiile

naţionale cu activităţi de mediu, institute de învăţământ superior, organizaţii non-guvernamentale de

mediu, organizaţii de copii şi tineret etc. Astfel, România răspunde criticii aduse de UE referitoare la

consultarea şi implicarea părţilor interesate în elaborarea şi implementarea politicilor de mediu şi

8 “România curată – Program concret pentru sănătatea mediului”, Bucureşti: aprilie 2002

38

creează o strategie de promovare a transversalităţii protecţiei mediului în sectoarele cele mai

importante ale vieţii economice, sociale şi culturale.

39

CAPITOLUL 3. RESURSE ENERGETICE EPUIZABILE ŞI

REGENERABILE

3.1. ENERGIA ÎNTR-O LUME ÎN SCHIMBARE

În lumea de astăzi omenirea este confruntată cu o triadă de probleme deosebit de serioase:

creşterea economică;

consumul de energie şi de resurse;

conservarea mediului ambiant.

Originea acestor probleme a fost faptul că, după revoluţia industrială, evoluţia către

amplificarea resurselor şi energiei a condus la :

producţia de mare amploare;

consumul de mare amploare;

eliminarea de deşeuri de mare amploare .

Ignorarea în continuare a acestor caracteristici ale civilizaţiei contemporane poate conduce la

degradarea ireversibilă a umanităţii pe parcursul câtorva secole.

Pentru găsirea unei soluţii este important ca scara de preocupare să fie internaţională.

Amploarea problemelor energetice ale lumii de astăzi şi evoluţia acestora în perspectiva anului 2020,

au fost evaluate de Consiliul Mondial al Energiei. Astfel, în contextul creşterii populaţiei globului de

la 7 miliarde de oameni în prezent(în noiembrie 2011 a fost născut locuitorul Terrei cu numărul 7

mld. ) la circa 8 miliarde în anul 2020 şi al unei dezvoltări economice globale cu un ritm anual de

creştere de 1,6-2,4%, cererea de energie va înregistra o creştere globală cu 65-95% până în anul 2020

caracterizată prin următoarele date:

consumul zilnic de petrol din anul 2020 va ajunge la circa 90 milioane barili (l baril =

0,136 t), crescând cu circa 27 milioane barili/zi (producţia OPEC în prezent);

extracţia de cărbune se va dubla, atingând circa 7 mld.tone/an;

cererea anuală de gaze naturale va fi de peste 2 ori mai mare ca în prezent, ajungând

la cca. 4000 mld. m3;

90% din creşterea capacităţii de generare a energiei va avea loc în ţările în curs de

dezvoltare, în special din Asia şi America Latină;

ţările în curs de dezvoltare care consumă azi 30% din energia totală a lumii vor

consuma 50% în anul 2020 şi vor produce până în acelaşi an mai mult CO2 prin arderea

combustibilului fosil, decât a produs întreaga lume industrializată în 1990;

în anul 2020 circa 73% din rezervele de petrol ale lumii şi 72% din rezervele de gaze

naturale vor fi probabil concentrate în numai două zone majore: Orientul Mijlociu şi Confederaţia

Statelor Independente (fosta URSS).

În acest context situaţia generală a energiei în lume este de creştere a cererii, în special în

Asia şi America Latină, asociată cu producţii corespunzătoare.

Asigurarea cu combustibili fosili a fost abundentă şi relativ ieftină până la sfârşitul secolului

XX. Astfel, petrolul costa în 1995 numai 30% din costul din anul 1980. În anul 2000 avut loc o nouă

escaladare a preţului petrolului, noua criză petrolieră conducând la noi perturbări majore socio-

economice. Prin urmare, scena aparent stabilă a asigurării cu combustibil ascunde o instabilitate de

un potenţial considerabil, piaţa petrolului fiind fragilă datorită factorilor politici şi acţiunilor militare,

aşa cum criza petrolieră din toamna anului 2000 precum şi cea din vara anului 2006 au demonstrat.

Rezervele de combustibili fosili (apreciate la cca. 40 de ani pentru petrol, 70 de ani pentru

gaze naturale şi cca. 250 de ani pentru cărbune) dau impresia de abundenţă.

40

Planificarea sistemelor energetice pentru secolul al XXI-lea va necesita, într-o proporţie mai

mare decât astăzi, resurse nefosile de energie (regenerabile şi nucleare), complementare

combustibililor fosili.

Rezervele de uraniu sunt considerate ca abundente. Rezervele totale de energie regenerabilă,

exclusiv hidroenergia şi biomasa, reprezintă circa 20% din consumul mondial actual de energie.

Progresul foarte lent al dezvoltării şi instalării, în special al energiei solare şi eoliene din ţările în curs

de dezvoltare, se datorează costurilor ridicate şi lipsei ajutorului guvernelor respective.

Se cunoaşte faptul că sistemele energetice se pot schimba lent, proiectele energetice având, de

regulă, termene lungi de realizare. În această situaţie, acţiunea de schimbare - în special pentru

dezvoltarea şi instalarea unor forme de energie regenerabilă (solară, biomasă, eoliană, etc.), cât şi

pentru revitalizarea dezvoltării în domeniul nuclear, prin care să se asigure complementaritate faţă de

utilizarea energiei fosile, prevăzută a creşte masiv în viitor - trebuie să înceapă acum.

Congresul Mondial al Energiei ţinut la Tokio în 1995 a sesizat că omenirea este înclinată să

menţină predominantă utilizarea combustibililor fosili pentru multe decenii ce vor urma şi nu este

entuziasmată de o dezvoltare nucleară imediată. Cu excepţia progresului înregistrat în Asia, se

consideră improbabil ca sectorul nuclear să crească semnificativ până când tehnologia nu dovedeşte

că întregul ciclu al combustibilului, inclusiv tratarea deşeurilor nucleare, este inofensiv şi acceptat

public, şi preferinţa nu se întoarce către o industrie care încă este marcată de sindromul Cernobîl.

Consumul anual mondial de energie primară, în anul 2020, defalcat pe grupări mari de state,

este prezentat în fig.1.1. Se remarcă faptul că doar în zonele OECD, ex-URSS şi CEE este stăpânită

creşterea de energie primară, cu maximum 20-25% în 30 de ani. Lumea a treia este marcată de o

creştere importantă a consumului, pentru a face faţă exploziei populaţiei şi eforturilor de ieşire din

starea prezentă de sărăcie.

Consumul de energie din figura 3.1. este exprimat în Gtep (giga tone echivalent petrol).

În privinţa structurii consumului global de energie primară combustibilii fosili vor acoperi

circa % până în anul 2020 şi probabil şi după. Cel de-al 4-lea sfert, defalcat pe felii se compune din:

hidro (6%), nuclear (5%), combustibili „tradiţionali şi necomerciali” în lumea a treia (bălegar şi

vreascuri) (10%), reînnoibile şi „noi” (2%). Energia nucleară va avea o contribuţie crescătoare la

acoperirea consumului mondial de energie electrică, condiţionat de atenuarea sindromului de

respingere manifestat de opinia publică, în ciuda efectului ecologic benefic pe care îl are această

energie, prin reducerea emisiilor de gaze producătoare ale efectului de seră.

Fig. 3.1. Consumul anual mondial de energie primară

Consumul anual de energie pe locuitor prezintă discrepanţe importante atât de la o ţară sau

regiune la alta, dar şi faţă de media mondială (1,66 tep/loc. în 1990). Astfel, un locuitor din SUA sau

Canada utilizează, în medie, de 20 de ori mai multă energie decât cel din Asia de sud-est şi de

aproape 5 ori mai multă decât media mondială.

41

Consumul de energie până în anul 2020 va fi determinat de trei factori principali:

a. un spor total al populaţiei de aproape 3 miliarde, din care 90% în ţări în curs de

dezvoltare;

b. creşterea economică - odată cu dezvoltarea creşte cota parte a consumului pentru

transporturi, se reduce cea a consumului în industrie şi creşte cea afectată conversiei în energie

electrică (dezvoltarea sporeşte gradul de electrificare);

c. eficienţa cu care este folosită energia - urmărindu-se evoluţia intensităţii energetice,

pentru ca aceasta să se reducă doar ca urmare a unor acţiuni care să micşoreze consumul de energie,

fără a afecta în vreun fel calitatea produselor sau serviciilor oferite consumatorilor.

3.2. ENERGIA PRIMARĂ ŞI MODUL EI DE TRANSFORMARE

Energia cea mai accesibilă omului este energia furnizată de natură, numită şi energie primară.

Deoarece energia primară nu se poate utiliza în locul, sub forma şi în cantitatea existentă, a apărut

necesitatea transformării, transportului şi stocării ei, direct sau după transformări intermediare (figura

3.2.).

Asigurarea cu energie a consumatorilor a evoluat în timp pe două direcţii principale:

de centralizare a producerii, transportului şi distribuţiei energiei sub formă de sisteme

energetice zonale, naţionale, etc. (exemple: alimentare a cu energie electrică, cu gaze naturale, cu

benzină, etc.)

de descentralizare a producerii, transportului şi distribuţiei energiei prin realizarea de

unităţi locale amplasate lângă consumatori (exemple: încălzirea locuinţelor, alimentarea cu energie

termică a întreprinderilor industriale, etc.)

42

Fig. 3.2. Principalele forme de energie primară şi posibilităţile lor de transformare

În figura 3.2. sunt prezentate principalele forme de energie primară şi posibilităţile lor de

transformare în alte forme. Se constată că energia care ajunge la consumatori trece prin una sau mai

multe transformări, datorită specificului diferitelor activităţi omeneşti.

Formele intermediare de energie cel mai mult folosite sunt energia termică, electrică şi

mecanică, deoarece până în prezent tehnologiile de conversie sunt mai accesibile şi randamentele

mai mari.

3.3. RESURSE ENERGETICE EPUIZABILE ŞI REGENERABILE

Resursele energetice reprezintă fundamentul material al politicii energetice a unei ţări,

premisa studiilor de dezvoltare energetică.

Resurse energetice epuizabile

Excedentele sau deficitele de resurse energetice, conjugate cu necesităţile dezvoltării

economice, trebuie să fundamenteze importurile sau exporturile de energie, o ţară în curs de

dezvoltare poate deveni într-un termen istoric scurt, dintr-o ţară exportatoare o ţară importatoare.

Ritmurile de creştere ale consumului de energie la scara economiei naţionale trebuie să fie

asigurate de resursele de energie primară (energia recuperată din natură) : cărbuni, ţiţei şi derivatele

sale, gaze naturale, energie hidraulică, lemn, uraniu natural. Energia sub formă naturală pentru a fi

transformată în energie utilă (mecanică, chimică, lumină, căldură, etc.) trebuie să treacă prin

Energia chimică a

combustibililor

Energia nucleară

Energia potenţială şi

cinetică a apei

Energia termică a

scoarţei terestre şi a

unor purtători

naturali: apa, gaze,

etc

Energia solară

Energia cinetică a

vântului

Energie termică

Energie mecanică

Energie electrică

Energie de sinteză

chimică

Energie luminoasă

Energie electrică

Energie termică

Energie mecanică

FORME INTERMEDIARE

DE ENERGIE

FORME FINALE DE ENERGIE ENERGIE PRIMARĂ

43

următoarele trepte: extracţie şi îmbogăţire, transformare în forme superioare în vederea transportului

şi consumului.

Având în vedere randamentele relativ scăzute ale proceselor de transformare, pierderile în

domeniul transportului, cu toate progresele care s-au realizat în ultima perioadă, randamentul de

utilizare al resurselor energetice este cuprins între 40-50%.

Combustibilii fosili

Combustibilii fosili sunt substanţe naturale care s-au format în urma unui proces de fosilizare

a organismelor vegetale şi animale. După milioane de ani, o presiune mare, căldura şi absenţa

oxigenului au făcut din resturile în descompunere materii care pot suferi procese de ardere: cărbune,

petrol, gaze naturale.

Arderea este procesul chimic de combinare a două substanţe – combustibil şi oxidant – care

are loc cu degajre de căldură, provocând o creştere bruscă a temperaturii amestecului substanţelor

aflate în reacţie. Oxidant, poate fi orice substanţă care conţine şi care poate degaja atomi de oxigen în

stare liberă.

Deci, prin noţiunea de combustibil fosil se înţelege orice substanţă care conţine şi poate

degaja liber elemente carburante în stare atomică. Din punct de vedere energetic, pentru ca o

substanţă să fie folosită drept combustibil, aceasta trebuie să îndeplinească anumite condiţii:

să se combine exotermic cu oxigenul din aer, iar degajarea specifică de căldură să fie

cât mai mare;

să se găsească în cantităţi suficiente accesibile unei exploatări economice şi să nu aibă

o utilizare superioară arderii (de ex. în petrochimie);

să-şi menţină constante în timp prorietăţile fizico-chimice şi tehnologice, pentru a

putea fi prelucrată;

să conţină, în cantităţi foarte reduse, substanţe precum sulful sau vanadiu, care, prin

ardere produc gaze cu acţiune nocivă asupra pereţilor metalici.

Combustibilii fosili se clasifică după mai multe criterii. De exemplu:

după starea de agregare se deosebesc combustibili: solizi, lichizi şi gazoşi;

după provenienţă combustibilii pot fi: naturali şi artificiali;

după puterea calorică combustibilii fosili se pot grupa în: superiori, medii şi inferiori.

În compoziţia unui combustibil fosil intră:

masa combustibilă (partea care nu este legată direct de balast, fiind compusă din: C,

H, N, O, S);

masa minerală necombustibilă (provine din substanţe minerale, sulfaţi, oxizi,

carbonaţi, săruri, oxizi metalici etc);

umiditatea (cantitatea totală de apă din combustibil).

Cărbunele.

Din categoria combustibililor solizi cei mai utilizaţi în procesele energetice sunt cărbunii, iar

dintre aceştia, cărbunele brun şi huilele; lemnele sunt folosite numai pentru scopuri de încălzire

locală.

Cărbunele brun cuprinde mai multe grupe, funcţie de vârsta geologică, şi anume: brun lemnos

(BL) numit şi lignit, brun mat (BM), brun pământos (BP), brun smâlos (BS), brun huilos (BH).

Huilele se întâlnesc sub formă de huilă cu flacără lungă (HL), huilă pentru gaz (HG), huilă

pentru cocs (HC), huilă slabă sau semigrasă (HS), huilă antrocitoasă (H/A).

Antracitul (A) este cel mai vechi cărbune natural; el nu se utilizează în scopul energetice şi

are o putere calorifică apropiată de cea a combustibilului convenţional.

Caracteristicile tehnice şi energetice principale ale cărbunilor sunt:

44

materiile volatile (V) – respectiv cantitatea totală de gaze formate în procesul de

transformare termică a masei combustibile (determinate prin încălzire timp de 7 minute, la o

temperatură de cca 8150C);

cenuşa (Ai) provine din masa minerală rămasă după arderea combustibilului;

temperatura de curgere a cenuşii – temperatura la care corpul de probă curge pe placă

şi influenţează sistemul de evacuare;

vâscozitatea zgurii – sau rezistenţa pe care o opune deplasării particulelor în timpul

curgerii şi care influenţează evacuarea lichidă;

balastul – partea din combustibil care nu produce căldură prin ardere;

puterea calorică inferioară [Hi(Kj/Kg)] – cantitatea de căldură degajată prin arderea

unităţii de combustibil, fără ca vaporii de apă să se condenseze; se calculează funcţie de conţinutul

procentual de carbon, hidrogen, oxigen, sulf şi umiditate, la starea iniţială;

cenuşa raportabilă

i

irap

H

A

Kj

KgA

1868,4 - aceasta influenţează tipul de grătar şi

modul de ardere;

rezistenţa la stocare – reprezintă timpul în care cărbunele se degradează (se

fărâmiţează), până la mărunţirea lui completă.

Această caracteristică influenţează timpul de stocare. Extragerea cărbunelui se face din mine

subterane sau de suprafaţă, activitate care antrenează bulversarea a mari suprafeţe de teren din

subteran sau de la suprafaţă şi un impact ecologic major asupra plantelor, animalelor, însă şi asupra

oamenilor. Materialul necesar pentru extracţie, forajul şi transportul pot contribui la formarea de

substanţe chimice periculoase, aşa cum sunt „noroiul” de foraj şi produsele derivate din petrol, care

contaminează solul. Metanul, un gaz asociat extracţiei miniere subterane, poate provoca explozii în

mine.

Cel mai puternic impact îl regăsim în cazul arderii combustibililor fosili, iar dintre aceştia,

cărbunele atrage cele mai numeroase consecinţe negative în privinţa emisiilor de noxe în atmosferă şi

a poluării solului.

Combustibilii lichizi

Combustibilii lichizi sunt amestecuri de hidrocarburi lichide şi compuşi ai acestora cu

oxigenul, sulful sau azotul, care se obţin prin distilarea fracţionată sau prin dizolvare din ţiţei

(combustibil lichid natural) din şisturi bituminoase.

Ei se împart în:

benzine, amestecuri de hidrocarburi care fierb la temperaturi cuprinse între 300C şi

2050C şi se folosesc la motoarele cu aprindere prin scânteie;

petroluri, amestecuri de hidrocarburi care fierb la temperaturi cuprinse între 1500C şi

2800C (de ex. petrol lampant, petrol pentru tractor, pentru reactor);

motorine, amestecuri compexe de hidrocarburi mai grele, care fierb de la 2000C până

la 3800C; se folosesc la motoarele Diesel;

păcuri, amestecuri de hidrocarburi grele care fierb la temperaturi cuprinse între 3000C

şi 5000C; la temperatura mediului ambiant au consistenţă vâscoasă, culoare neagră, tendinţă de

oxidare (asfaltizare), cel mai frecvent utilizate, dar după o încălzire prealabilă, în instalaţiile de

ardere;

combustibil lichid uşor (de calorifer) – amestec de produse petroliere (de obicei

motorină şi păcură), folosit la instalaţia de ardere cu o capacitate redusă.

Păcura – este cel mai utilizat combustibil lichid folosit în instalaţiile de ardere ale

generatoarelor cu abur energetice.

45

Dintre caracteristicile energetice ale combustibililor lichizi amintim: vâscozitatea,

temperatura (punctul) de congelare, temperatura de inflamabilitate, compoziţia elementară,

conţinutul în impurităţi mecanice, conţinutul în vanadiu, conţinutul în sulf, puterea calorifică

inferioară.

Petrolul (ţiţeiul) este un amestec de hidrocarburi formate prin depozitarea plantelor

microscopice şi al microorganismelor marine moarte în bazine sedimentare sub mări, sau în

apropierea acestora. Procesele geologice care au condus la formarea petrolului au durat milioane de

ani. Petrolul brut este extras din subsol prin pompaj şi apoi transformat prin distilare (rafinare) într-

un ansamblu de combustibili lichizi sau gazoşi: păcură, motorină, benzină, kerosen, etc.).

În ritmul actual de consum, se estimează că rezervele petroliere se vor epuiza în 40-50 de ani.

Chiar dacă se vor lua măsuri de conservare şi se va reduce ritmul consumului de petrol pe cap de

locuitor, rapida creştere demografică nu va face decât să crească viteza cu care se epuizează

rezervele petroliere.

În afara utilizării sale pentru producerea de energie electrică, prin ardere în cazanele

termocentralelor, petrolul este esenţial pentru transporturile publice şi industriale, cât şi pentru

industria petrochimică. Odată pompat, petrolul brut prezintă câteva riscuri ambientale. Extracţia şi

transportul petrolului şi a produselor derivate, pe cale terestră sau maritimă, prezintă în permanenţă

un risc de scurgeri (scăpări) accidentale şi de maree negre, cu stricăciunile pe care acestea le pot

cauza mediului. Platformele de foraj marin şi petrolierele au fost în trecut la originea deversării

multor tone de petrol, care au ucis păsări şi au pus în pericol alte specii vii marine sau terestre. Se

menţionează de asemenea practica iresponsabilă de utilizare a apei mării pentru curăţarea

reziduurilor din petroliere, care afectează grav mediul pentru mult timp, întrucât hidrocarburile au

nevoie de perioade îndelungate pentru a se scinda în substanţe mai puţin dăunătoare. Impactul

scăpărilor şi deversărilor accidentale este important întrucât petele de petrol plutesc adesea în lungul

coastelor şi perturbă anumite ecosisteme mai fragile.

Arderea petrolului (păcurii) şi a produselor sale derivate (benzină, motorină) a contribuit

enorm în trecut la creşterea poluării prin metale grele (benzina cu plumb) şi contribuie încă şi astăzi

la generarea de gaze cu efect de seră, chiar dacă echiparea autovehiculelor cu filtre catalitice a permis

reducerea emisiilor de gaze toxice cum sunt monoxidul de carbon, oxizii de azot şi hidrocarburile

nearse.

Combustibilii gazoşi.

Sunt amestecuri de gaze combustibile, oxigen, azot, vapori de apă.

Gazul natural este combustibilul fosil a cărui ardere este cea mai curată; el este un amestec

compus în principal din metan cu urme de alte hidrocarburi gazoase şi este extras în majoritatea

cazurilor din zăcăminte de gaze uscate (90%) care nu conţin petrol. Gazul este transportat de la

zăcăminte, prin conducte sub presiune, direct la consumatorii urbani sau industriali. După o filtrare

prealabilă, pentru eliminarea impurităţilor şi umidităţii, gazul este utilizat pentru încălzire şi pentru

gătit, având o putere calorică ridicată şi pentru că arderea sa generează mai puţine gaze cu efect de

seră, comparativ cu petrolul şi cărbunele.

Gazul petrolier lichefiat (GPL) este un reziduu al zăcămintelor petroliere conţinând un

amestec de propan şi alte hidrocarburi gazoase dizolvate în petrolul brut. După separarea de petrolul

lichid şi stocarea sub presiune în cisterne metalice, el este condus până la clienţii particulari, unde

este folosit pentru încălzire şi pentru gătit. În afara problemelor de ardere, prezentate mai sus, se

menţionează şi riscul emisiilor accidentale de gaz în atmosferă şi pericolul de explozie.

Caracteristicile energetice principale ale combustibililor gazoşi sunt: compoziţia volumetrică,

densitatea, puterea calorifică inferioară, temperatura de aprindere.

În tabelul 3.1. se prezintă compoziţia unor gaze naturale libere din Ardeal.

Tabelul 3.1.

46

Compoziţia unor gaze naturale din Ardeal

Câmpul de

sonde

Compoziţia (%) din volum

aer CO2 CH4 C2H6

Saraş 0,69 - 98,51 0,80

Botorca 0,12 - 99,88 -

Sărmăşel 0,7 0,1 99,2 -

Gazul natural din Ardeal are caracteristici foarte apropiate de cele ale gazului metan pur,

motiv pentru care, de cele mai multe ori este cunoscut sub această denumire. Gazul metan este

incolor şi inodor, dar din motive de securitate se odorizează cu mercaptan.

Disponibilităţile energetice ale omenirii sunt determinate de energia stocată în decursul

evoluţiei planetei noastre sub formă de combustibili fosili (fotosinteza preistorică) sau combustibili

nucleari şi de energia regenerabilă (reînnoibilă), generată în flux continuu de soare (figura 3.3.).

Fig.3.3. Schema fluxurilor de energie trecute şi prezente

Conectarea marilor consumatori de energie la energiile stocate grăbeşte epuizarea acestor

stocuri. Indiferent dacă termenul de epuizare este de ordinul deceniilor pentru hidrocarburi, sau de

ordinul secolelor pentru cărbuni, la scara istoriei sunt termene scurte, care trebuie să determine

căutări în vederea atragerii în cantităţi tot mai mari a energiilor regenerabile în circuitul economic.

Trecerea de la consumul de energie din stocuri la consumul de energie din surse energetice

practic infinite trebuie să fie susţinută de profunde inovări tehnologice, care să asigure o valorificare

economică şi fiabilă a energiilor regenerabile.

Resurse energetice regenerabile

Începând cu secolul XX, ştiinţa a avansat foarte mult, fiind dezvoltate, în toate domeniile,

aparate şi diferite tehnologii menite să ajute omul. În paralel şi populaţia globului a crescut într-un

ritm alert. În aceste împrejurări, nevoia de energie a crescut foarte mult, în comparaţie cu secolul

XIX. Aşadar, oamenii de ştiinţă au ajuns la concluzia că, multe din resursele de energie actuale sunt

în curs de epuizare într-un viitor nu prea îndepărtat.

Oamenii au început să cerceteze şi să caute noi resurse de energie şi modul în care acestea pot

fi valorificate încă de pe acum. Astfel, în urma multor studii a început să fie tot mai des utilizat

termenul de „energie regenerabilă” sau „energie neconvenţională”.

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al

energiei rezultate din pricese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vântului, a apelor

47

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 derivată din biomasă(biodiesel,

bioetanol, biogaz), energia geotermică, energia apei (hidraulică şi a mareelor), energia solară,

energia eoliană.

Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric,

a apei calde, etc.

Investiţiile globale anuale în energia regenerabilă au crescut în ultimii ani de la 39 miliarde

dolari, în 2005, la 55 miliarde dolari, în 2006. În anul 2007 investiţiile au atins un nivel de 100

miliarde dolari.

Conform Directivei 2003/30/CE a Uniunii Europene, statele membre trebuie să amestece

treptat combustibilul tradiţional utilizat în transport cu biocombustibil, astfel încât până în 2010,

biodieselul a reprezentat 5,75% din motorina de pe piaţă (cât a fost prevăzut), urmând ca, în

2020,ponderea să crească la 20%.

Utilizarea biomasei, a energiei geotermale, a energiei hidraulice, a energiei solare şi eoliene,

precum şi a energiei valurilor, depinde de fluxul de energie generat de natură, de căldura emanată de

centrul pământului, de cursurile de apă, de soare, de mişcarea perpetuă a lunii. Aceste surse de

energie fiind independente de scara evolutivă a timpului sunt cunoscute sub numele generic de surse

de energie regenerabilă (sau reînnoibilă).

Din punct de vedere economic, comparativ cu energia obţinută cu ajutorul combustibililor

fosili şi a energiei nucleare, costul diferitelor surse de energie regenerabilă pare mai oneros (anexa

nr.3), datorită metodelor de producere, a unei cereri slabe ale pieţei şi echipamentelor de vârf

necesare. Totodată, dacă se ţine cont de costul total, la care trebuie să se adauge stricăciunile

ecologice ocazionate de folosirea combustibililor fosili şi a energiei nucleare, în raport cu avantajele,

de exemplu un impact scăzut al surselor de energie regenerabilă asupra mediului, se poate spune că

tendinţa dezvoltării şi aplicării acestora din urmă prezintă, neândoelnic, un avantaj în optica unei

dezvoltări economice durabile.

Este convenabil să se promoveze sursele de energie şi practicile care sunt pozitive pentru

mediul ambiant şi să se intensifice eforturile pentru a gestiona emisiile poluante generate de

producerea de energie. Chiar dacă unele surse de energie regenerabilă sunt exploatate de mult timp

(hidroenergia, de exemplu), este esenţial să se atragă atenţia constructorilor, consumatorilor,

guvernanţilor şi investitorilor şi asupra celorlaltor surse de energie regenerabilă, astfel încât ponderea

energiei electrice produse graţie surselor regenerabile (figura 3.4.) să poată creşte în viitorul apropiat.

48

Fig.3.4. Ponderea energiei electrice produse în diferite ţări

Guvernele vor trebui să ia măsuri în domeniile fiscalităţii, a subvenţiilor şi a reglementărilor,

care nu numai că le vor ajuta să-şi atingă obiectivele în materie de securitate energetică şi mediu, dar

vor contribui de asemenea la promovarea progresului tehnic şi la dezvoltarea economică.

SITUAŢIA UTILIZĂRII SISTEMELOR DE ENERGIE REGENERABILĂ

Punerea în practică a unei strategii energetice pentru valorificarea potenţialului surselor

regenerabile de energie (SRE) se înscrie în coordonatele dezvoltării energetice a României pe termen

mediu si lung şi oferă cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la alternativele

energetice şi înscrierea în acquis-ul comunitar în domeniu.

Obiectivul strategic pentru anul 2012 este ca aportul surselor regenerabile de energie in tarile

membre al UE, să fie de 12% în consumul total de resurse primare. HG 443/2003 (modificată prin

HG 958/2005) stabileşte pentru Romania că ponderea energiei electrice din SRE în consumul

naţional brut de energie electrică urmează să ajungă la 33% pană în anul 2012.

Cartea Alba a ISES din 2003 prognozeaza procentele fiecărui tip de sursă de energie

regenerabilă în producerea de energie în lume (situaţie dată pentru anul 2003) astfel:

bioenergie: aproape 11% din energia folosită în prezent pe plan mondial este obţinută

din bioenergie; se estimează pentru potenţialul bioenergiei în 2050 o medie de 450EJ (ceea ce este

mult mai mult decât cererea totală actuală de energie in plan mondial).

energie geotermală: energia geotermală poate fi o sursă de energie regenerabilă

majoră pentru un numar mare de tari (cel puţin 58 de ţări: 39 pot fi alimentate 100% din energie

geotermală, 4 cu mai mult de 50%, 5 cu mai mult de 20% şi 8 cu mai mult de 10 %).

energia eoliană: capacitatea globală a energiei eoliene va ajunge la peste 32000MW,

iar procentul de creştere este de 32% / an. Ţinta de 12% din cererea mondială de electricitate produsă

din energie eoliană până în 2020 pare a fi deja atinsă.

energia solară: energia solară a avut o rată de creştere din 1971 până în 2000 de cca.

32.6 %

În “Campania Take-Off” din cadrul Cartii Albe se propun pentru furnizare, pentru 2012,

următoarele capacitati energetice:

Biomasa: 135 Mtoe;

Energie Hidro:

14 GW – Instalaţii Hidro Mici (sub 10 MW)

91 GW – Instalaţii Hidro Mari;

Energie Eoliană: 40 GW;

Energie Termică Solară: 100 Milioane m2; Energie Fotovoltaică: 3 GWp;

Energie Solară Pasivă: 35 Mtoe;

Energie Geotermală:

1 GW –Energie Electrică

5 GWth – Energie termică.

În Cartea Verde, se precizează că sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la

creşterea resurselor interne, ceea ce le conferă o anumită prioritate în politica energetică.

În “Directiva 2001/77/EC”, din 27 septembrie 2001, privind “Promovarea energiei electrice

produsă din surse regenerabile, pe piaţa unică de energie”, se stabileşte obiectivul strategic privind

aportul surselor regenerabile în consumul total de resurse energetice primare, care trebuie să fie de

11%, în anul 2012.

Tot în Cartea Alba se estimează că, până în anul 2012, se vor crea între 500 000 şi 900 000 de

noi locuri de muncă prin implementarea SRE şi, se prognozeaza o reducere a emisiilor de CO2

estimate, potrivit cu scenariul care trebuie urmărit până în 2012 pentru ţările UE, astfel:

49

Tabelul 3.2.

Prognozarea reducerii emisilor de CO2

Tipul de energie

Capacitate

suplimentară

Reducerea de CO2

(mil tone/an)

1 Eoliană 36 GW 72

2 Hidro 13 GW 48

3 Fotovoltaică 3 GWp 3

4 Biomasă 90 Mtep 255

5 Geotermală (+pompe de căldură) 2.5 GW 5

6 Colectoare solare 94 mil m2 19

Total pentru piaţa UE 402

Sursa: studiu privind evaluarea potenţialului energetic actual al surselor regenerabile de energie (internet)

CE a prezentat pe 31 ianuarie 2011 comunicarea "Energia regenerabilă: progrese spre

atingerea obiectivului pentru 2020". Se menţionează că, în 2020 obiectivele pentru energia

regenerabilă sunt susceptibile de a fi îndeplinite şi depăşite, dacă statele membre implementează pe

deplin planurile naţionale de acţiune şi în cazul în care, instrumentele de finanţare sunt îmbunătăţite.

Se subliniază, de asemenea, necesitatea continuării cooperării între statele membre şi o mai

bună integrare a energiei regenerabile în piaţa unică europeană. Astfel de măsuri ar putea conduce la

economii anuale de 10 miliarde euro.

Într-un articolul “ CE sprijină investiţiile în energii regenerabile”, din publicaţia “ Univers

Inginersc”, nr. 16, din august 2011 se menţionează: C.E.(Comisia Europeană) a aprobat legea de

sprijinire a investiţiilor în energii regenerabile, prin acordarea de stimulente sub forma certificatelor

verzi. Acesta este un act normative important care a fost iniţiat de autorităţile române în 2008.

Certificatele verzi sunt acordate producătorilor de energie electric pentru fiecare MWh generat din

energie eoliană, energie solară, energie hidraulică, biomasă, gaz de fermentare a deşeurilor sau gaz

de fermentare a nămolurilor din instalatiile de epurare a apelor uzate. În cazul în care, energia este

produsă în instalatii de cogenerare cu un randament ridicat se va acorda un bonus. Certificatele verzi

emise de stat pentru producători pot fi vândute furnizorilor de energie electric; aceştia au obligaţia să

le cumpere, în anumite cote, în fiecare an. Dar, dacă furnizorii nu îşi ating cotele obligatorii, vor

trebui să plătească penalizări, ce vor fi colectate (de către operatorul reţelei de transport,

Transelectrica) şi transferate , apoi, fondului de mediu. Banii rezultaţi din penelizări vor fi folosiţi

pentru sprijinirea micilor producători de energie electric din surse regenerabile.

Autoritatea Naţională de Reglementare în domeniul Energiei(ANRE) a estimate că , până la

31 decembrie 2016, în această schemă vor intra 500 de companii, ca beneficiari de certificate verzi.

În 2010, ANRE a anunţat că, în ultimii ani influenţa surselor regenerabile la preţul final al energiei a

crescut constant în ultimii ani, de la 2 bani pe MWh, în 2005 la 1,21 lei în 2009 şi 2,85 în 2010. Tot

ANRE estimează că, în 2011 influenţa surselor regenerabile în preţul final al energiei electrice va fi

între 7 şi 14 lei pe MWh, aceasta, în funcţie de numărul de certificate verzi acordate şi, se presupune

că, pentru sprijinirea energiilor regenerabile, consumatorii de energie vor plăti 10,5 miliarde euro,

până în 2031.

50

CAPITOLUL 4. ENERGIA SOLARĂ - FORMĂ DE ENERGIE

REGENERABILĂ

Soarele este la originea tuturor formelor de energie pe care le-au descoperit şi de care s-au

servit oamenii. Energia solară se poate transforma în alte forme de energie: mecanică, termică sau

electrică.

Particularităţile şi dificultăţile de folosire ale acestei energii sunt:

resursă inepuizabilă, nepoluantă şi disponibilă, practic, pe tot globul;

resursă difuză, variabilă după anotimp şi nebulozitate şi intermitentă(cu alternanţe

noapte/zi);

decalajul între însorire(cea mai puternică în timpul verii) şi cererea de căldură pentru

încălzire(cea mai puternică în timpul iernii);

slaba densitate energetică (900 kWh/m2 la nord - 1600 kWh/m

2 la sud)

4.1. GENERALITĂŢI

Energia solară este energia radiantă produsă în Soare ca rezultat al reacţiilor de fuziune

nucleară. Ea este transmisă pe Pământ prin spaţiu în cuante de energie numite fotoni, care

interacţionează cu atmosfera şi cu suprafaţa Pământului. Intensitatea radiaţiei solare la marginea

exterioară a atmosferei, când Pământul se află la distanţa medie de Soare, este numită constantă

solară, a cărei valoare este de aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este

constantă; ea variază cu aproximativ 0,2 % în 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafaţa

Pământului este mai mică decât constanta solară, datorită absorbţiei şi difracţiei energiei solare, când

fotonii interacţionează cu atmosfera.

Intensitatea energiei solare în orice punct de pe Pământ depinde într-un mod complicat, dar

previzibil, de ziua anului, de oră, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie

solară care poate fi absorbită depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe.

Absorbţia naturală a energiei solare are loc în atmosferă, în oceane şi în plante. Interacţiunea

dintre energia solară, oceane şi atmosferă, de exemplu, produce vânt, care de secole a fost folosit

pentru morile de vânt. Utilizările moderne ale energiei eoliene presupun maşini puternice, uşoare, cu

design aerodinamic, rezistente la orice condiţii meteo, care ataşate la generatoare produc electricitate

pentru uz local, specializat sau ca parte a unei reţele de distribuţie locală sau regională.

Aproximativ 30% din energia solară care ajunge la marginea atmosferei este consumată în

circuitul hidrologic, care produce ploi şi energia potenţială a apei din izvoarele de munte şi râuri.

Puterea absolută a acestor ape curgătoare când trec prin turbinele moderne este numită energie

hidroelectrică. Prin procesul de fotosinteză, energia solară contribuie la creşterea biomasei, care

poate fi folosită drept combustibil, incluzând lemnul şi combustibilele fosile ce s-au format din

plantele de mult dispărute. Combustibili, precum alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extraşi

din biomasă.

De asemenea, oceanele reprezintă o formă naturală de absorbţie a energiei. Ca rezultat al

absorbţiei energie solare în oceane şi curenţi oceanici, temperatura variază cu câteva grade. În

anumite locuri, aceste variaţii verticale se apropie de 200C pe o distanţă de câteva sute de metri. Când

mase mari de apă cu temperaturi diferite se întâlnesc, principiile termodinamice prevăd că un circuit

de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatură mai mare,

transferând o cantitate mai mică de energie celei cu temperatură mai mică. Diferenţa dintre aceste

două energii calorice se manifestă ca energie mecanică, putând fi legată la un generator pentru a

produce electricitate.

Captarea directă a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care

sunt proiectate să capteze energia, uneori prin focalizarea directă a razelor solare. Energia, odată

51

captată, este folosită în procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. În procesele termice, energia

solară este folosită pentru a încălzi un gaz sau un lichid, care apoi este înmagazinat sau distribuit. În

procesele fotovoltaice, energia solară este transformată direct în energie electrică, fără a folosi

dispozitivele mecanice intermediare. În procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele

care captează razele solare într-un receptor, unde căldura solară este transferată într-un fluid care

pune în funcţiune un sistem de conversie a energiei electrice convenţionale.

4.2. APLICAŢII ALE ENERGIEI SOLARE

Tehnologiile utilizate pentru captarea şi convertirea radiaţiei solare, au o istorie proprie de

peste un secol, dar ele au început să atragă atenţia societăţii umane abia în ultimele decenii, odata cu

creşterile substanţiale, pe plan mondial, ale preţurilor combustibililor primari - petrol şi gaze

naturale. În paralel, alocarea unor importante fonduri pentru cercetare în acest domeniu, de către ma-

rile companii energetice, au avut ca rezultat, perfecţionarea tehnologiilor alternative, între care se pot

aminti cele bazate pe captarea şi convertirea radiaţiei solare, fie în energie termică, fie în energie

electrică. În prezent, cele mai performante captatoare solare termice sunt capabile să reţină peste

92% din radiaţia solară, atât pe timp de vară, cât şi pe timp de iarnă.

Deci, încă o dată se poate spune că, energia regenerabilă se referă la forme de energie

produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile.

Energia solară este veşnică; ea este cea mai curată formă de energie şi stă la baza tuturor

proceselor naturale de pe pământ.

Căldura generată solar se poate folosi, în principal, la prepararea apei calde menajere, la

încălzirea spaţiilor de locuit, la încălzirea piscinelor, etc.

Energia solară reprezintă, la nivel global, cea mai eficientă metodă de a încălzi locuinţele.

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

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 noaptea, la casele izolate, fără

legătură la reţeaua electrică naţională.

Captatoarele solare

Energia solară poate fi valorificată prin colectarea acestei energii cu ajutorul captatoarelor

solare şi prin utilizarea celulelor solare.

Captatoarele solare sunt cunoscute şi sub denumirile de colectoare solare, respectiv panouri

solare. În scopul obţinerii energiei termice necesare încălzirii apei menajere sunt disponibile

următoarele tipuri de captatoare solare:

A-captatoare solare plane

B-captatoare solare cu tuburi vidate

C-captatoare solare compacte

Captatorul solar este un convertor heliotermic, al cărui scop este convertirea energiei solare în

căldură. Captatoarele solare pot fi utilizate fără concentrarea radiaţiei solare sau cu concentrarea

radiaţiei solare.

52

I-Captatoare solare fără concentrarea radiaţiei au ca domeniu de aplicaţie instalaţiile cu

temperaturi moderate (sub 1000C peste temperatura ambiantă), cum sunt:

instalaţii solare de încălzire a apei menajere;

instalaţii de încălzire şi climatizare a clădirilor;

instalaţii de uscare;

instalaţii de distilare a apei .

II- Captatoarele cu concentrarea radiaţiei

Aceste captatoare se caracterizează prin aceea că utilizează sisteme optice bazate pe reflexie sau

refracţie pentru a mări densitatea fluxului de radiaţie care cade pe suprafaţa de captare a receptorului.

Concentratoarele de radiaţie cele mai cunoscute sunt oglinzile concave (sferice sau parabolice) şi

lentilele convergente.

A- Captatoare solare plane

Cele mai comune captatoare solare utilizate pentru încălzirea apei menajere sunt astăzi, în

multe ţări, panourile plate/plane. Acestea constau, în principal, din trei componente: suprafaţa

transparentă, carcasa panoului şi suprafaţa absorbantă. În interiorul panoului plan se află o suprafaţă

absorbantă denumită şi element absorbant. Această suprafaţă absorbantă converteşte radiaţia solară

în căldură, pe care o transferă apei sau unui agent termic aflat în tubulatură, care trece prin sistem.

Carcasa panoului este foarte bine izolată în partea din spate şi pe părţile laterale pentru reducerea la

minim a pierderilor de căldură; oricum, mai există pierderi de căldură ale panoului care depind, în

principal, de diferenţele de temperatură dintre absorbant şi aerul ambiant. Aceste pierderi sunt

subdivizate în pierderi prin convecţie şi prin radiaţie. Mişcarea aerului cauzează pierderile prin

convecţie. Suprafaţa transparentă (sticlă) acoperă panoul şi elimină majoritatea pierderilor termice

prin convecţie. Mai mult, reduce radiaţiile termice de la suprafaţa absorbantă la mediu, în acelaşi fel

ca şi o seră.

În figura 4.1. este prezentată desfăşurarea proceselor într-un captator solar plan.

53

Fig. 4.1. Desfăşurarea proceselor într-un captator solar plan; 1- carcasă; 2- suprafaţă absorbantă; 3- izolaţie termică;

4- suprafaţă transparentă

Suprafaţa transparentă (sticlă) a panoului, pe de-o parte, trebuie să permită trecerea

majorităţii radiaţiilor solare, dar, pe de altă parte, ar trebui să reţină radiaţia termică a suprafeţei

absorbante şi să reducă pierderile de căldură prin convecţie, în mediu. Cele mai multe panouri plane

folosesc un singur strat de sticlă metalizată tratată termic.

Această sticlă are un coeficient de transmisie (difuzie) mare şi o rezistanţă bună la influenţele

mediului înconjurător. Suprafeţele transparente din sticlă se folosesc mai des decât cele din plastic,

pentru că durata de viaţă a celor de plastic este limitată datorită unei rezistenţe mai mici la radiaţiile

ultraviolete şi la condiţiile atmosferice.

Stratificarea dublă a suprafeţei din sticlă poate reduce pierderile de căldură, dar reduce şi

fluxul de radiaţie solară transmisă şi creşte costul instalaţiei.

Folosirea unor materiale speciale pentru suprafaţa transparentă poate duce la creşterea

eficienţei captatorului. Aceste materiale lasă radiaţia solară să pătrundă prin ele şi reflectă înapoi,

înspre interior, radiaţia infraroşie care vine de la placa absorbantă. Sticla reflectorizantă din ZnO2 cu

factor de transmisie mare pentru lumina vizibilă, dar şi cu factor de reflexie mare pentru razele

infraroşii, are aceste cerinţe.

Oricum, costurile mai mari şi difuzia mai slabă a luminii vizibile comparativ cu sticla

standard au împiedicat folosirea pe scară largă a acestor materiale.

Carcasa de protecţie a panoului poate fi din plastic, metal sau lemn şi trebuie să sigileze

suprafaţa frontală de sticlă, astfel încât să nu piardă căldură şi umiditate, să nu intre impurităţi sau

insecte în panou. Multe panouri solare plane au o ventilaţie controlată pentru a evita ca umiditatea

din interior să se condenseze pe suprafaţa interioară din sticlă.

54

Materialul folosit pentru izolaţia termică a panoului solar trebuie să fie rezistent la

temperatură şi foarte bine izolat.

Materialele potrivite sunt spuma poliuretanică sau fibra minerală. Materialul de izolaţie şi

toate celelalte materiale folosite nu trebuie să conţină substanţe de legătură care se pot evapora la

temperaturi mai mari, deoarece acestea se pot condensa pe suprafaţa frontală de sticlă şi pot să

reducă radiaţiile solare care pătrund.

Panoul solar plan poate atinge temperatura de stagnare de aproximativ 200°C. De aceea,

suprafaţa absorbantă este de obicei din metal (cupru, oţel sau aluminiu). Suprafeţele absorbante cu

ţeavă de cupru sudată sau extrudată sunt cele mai des folosite. Aluminiul se foloseşte astăzi puţin ca

material absorbant, deoarece nu este rezistent la coroziune, iar producţia sa are nevoie de mai multă

energie decât producţia altor materiale.

Corpurile negre absorb lumina solară foarte bine şi se încălzesc ajungând la o temperatură

mai mare. Materialele metalice nu au în mod natural suprafeţe negre, de aceea trebuie vopsite (de ex

cu vopsea neagră). Lacurile rezistente la temperatură servesc acestui scop, dar există materiale mai

avansate disponibile pentru învelişul suprafeţei absorbante.

Dacă suprafaţa se încălzeşte, ea re-emite o parte din căldura absorbită drept căldură radiantă.

Aceasta se poate observa la plitele de gătit fierbinţi. Căldura radiantă poate fi simţită pe piele fără a

atinge placa fierbinte. Dacă suprafaţa absorbantă a panoului este lăcuită cu negru, atunci are acelaşi

efect. Ea transferă apei (ca agent termic) doar o parte din căldura absorbită, restul este emis în mediu,

în mod nedorit, ca şi căldură radiantă.

Suprafeţele absorbante selective (învelişurile selective) absorb radiaţia solară aproape la fel

de bine ca şi suprafeţele lăcuite cu negru, dar re-emit o cantitate mică de căldură radiantă.

Materialele avansate folosite pentru aceste învelişuri de acoperire sunt: crom negru, nichel negru. Ele

necesită procese de acoperire mai complicate decât lacul negru şi astfel apar costuri mai mari.

Vidul existent între suprafaţa frontală din sticlă şi suprafaţa absorbantă poate reduce

semnificativ fluxul de căldură transmis prin convecţie, datorat mişcării aerului din interiorul

colectorului.

Colectorul plan de evacuare foloseşte acest principiu. Deoarece presiunea aerului înconjurător

poate apăsa suprafaţa frontală peste suprafaţa absorbantă, trebuie să existe suporturi mici între

spatele colectorului şi capac.

Oricum este dificil de menţinut vidul o lungă perioadă de timp. Aerul din jur găseşte

întotdeauna o cale de pătrundere între suprafaţa din sticlă şi carcasa panoului.

De aceea, un panou solar plan trebuie golit la anumite perioade de timp, cu ajutorul unei

pompe de vid, care este conectată printr-o valvă la panou. Panoul solar cu tuburi vidate elimină acest

dezavantaj.

În cele mai multe cazuri suprafaţa absorbantă este plană şi captatoarele respective sunt

denumite „captatoare plane” (mai există captatoare cilindrice, semicilindrice, etc.). În fig. 4.2 a şi b

este reprezentat un captator plan tipic.

55

Fig. 4.2.a. Schemă - captator plan tipic.

Fig. 4.2.b. Captatoare solare plane

În esenţă, funcţionarea captatorului plan se bazează pe încălzirea suprafeţei absorbante sub

acţiunea radiaţiei solare directe sau difuze. Căldura este transmisă fluidului aflat în contact termic -

direct sau indirect - cu suprafaţa absorbantă; apoi, prin circularea acestui fluid, căldura este

transportată spre alte elemente ale instalaţiei în care este integrat captatorul. Drept fluid purtător de

căldură se foloseşte, în mod curent, apa sau aerul.

B- Captatoare solare cu tuburi vidate

Tuburile vidate de sticlă reprezintă componenta de bază a captatoarelor solare (panourilor

solare) (figura 4.3.a).

Fig. 4.3.a - Tuburi vidate

56

Captatorul solar cu tuburi vidate este prezentat în figura 4.3b. Fiecare tub vidat este alcătuit

din două tuburi de sticlă. Tubul exterior este din sticlă transparentă borosilicată, ce poate rezista la

grindină de până la 30 mm diametru.

Tubul interior este de asemenea din sticlă borosilicată (ex. sticla SIMAX, DURAN, etc.), dar

cu un înveliş special selectat ( Al-N/Al), ce absoarbe foarte bine căldura solară şi are coeficient de

reflexie foarte mic.

Aerul dintre cele două tuburi este evacuat, între tuburi existând vid. Existenţa vidului duce la

scăderea pierderilor datorate conducţiei şi convecţiei termice.

Fig. 4.3.b.- Captator solar cu tuburi vidate

Vidul din interiorul tuburilor de sticlă închise este mai uşor de păstrat pe termen lung decât

acela din panourile solare plane.

Tuburile de sticlă pot rezista la presiunea atmosferică datorită formei lor, nefiind necesară

existenţa unor suporţi între partea din faţă şi cea din spate.

Principiul de funcţionare: în tubul interior din sticlă (absorbant) se află o ţeavă din cupru

numită ţeavă de încălzire (heat pipe), prin care circulă un agent termic, de ex metanolul.

Sub acţiunea radiaţiei solare, agentul termic (fluidul de lucru) din ţeava de încălzire se

vaporizează.

Vaporii se ridică spre condensator (schimbător de căldură) unde are loc schimbul de căldură.

Prin condensare se cedează căldura unui alt agent termic aflat în condensator, care circulă în sistemul

solar. Fluidul condensat curge gravitaţional, înapoi, în ţeava de încălzire, unde soarele începe să-l

încălzească din nou.

Pentru desfăşurarea corespunzătoare a procesului de vaporizare-condensare, tuburile trebuie

să aibă un unghi minim de înclinare pentru a permite vaporilor să se ridice şi fluidului condensat să

curgă înapoi. În figura 4.4 se arată principiul de funcţionare într-o secţiune printr-un tub vidat.

57

Fig. 4.4. Principiul constructiv şi principiul de funcţionare al unui tub vidat

Există colectoare cu tuburi vidate cu ţeavă de încălzire, care trece prin capătul tubului de

sticlă. Acestea se numesc colectoare cu tuburi de evacuare (figura 4.5.). Agentul termic care transferă

căldura sistemului solar poate curge direct prin ţevile de încălzire ale colectorului. Atunci, nu mai

este necesar un schimbător de căldură (condensator) şi colectorul nu mai trebuie să aibă un minim de

înclinare.

Fig. 4.5. Colectoare cu tuburi de evacuare

Intrarea hidrogenului atmosferic în vid nu poate fi evitată chiar dacă sticla este aproape

ermetică, deoarece atomii de hidrogen sunt extrem de mici. Aceştia distrug vidul în timpul unei

perioade îndelungate de funţionare. De aceea, în interiorul tubului de sticlă, sunt instalaţi aşa numiţii

„colectori”, care pot absorbi hidrogenul într-o perioadă de timp.

58

Eficienţa panourilor solare cu tuburi vidate. Spre deosebire de panourile plane, panourile

solare cu tuburi vidate sunt cilindrice şi astfel pot urmări Soarele, în mod pasiv, pe durata zilei.

Razele Soarelui cad perpendicular pe tuburile cilindrice, aproape toată ziua.

Panourile plane nu pot urmări direcţia Soarelui, iar randamentul lor este maxim doar atunci

când razele Soarelui cad perpendicular pe acestea. În restul zilei, razele vor cădea sub un punct, mai

mic de 90°, în acest caz, radiaţia solară absorbită, fiind mai mică decât cea maximă.

Radiaţia solară incidentă pe tuburile vidate este relativ constantă, pe timpul zilei, fapt ce duce

la maximizarea cantităţii de energie absorbită. Deoarece Soarele cade perpendicular pe tuburi, pe

durata zilei, scad pierderile datorate reflexiei.

Utilizarea panourilor cu tuburi vidate este viabilă şi în caz de temperaturi scăzute, spre

deosebire de panourile plane. Panourile solare cu tuburi vidate pot obţine un randament energetic

semnificativ în lunile reci ale anului. Astfel, panourile solare cu tuburi vidate au nevoie de o arie de

colectare mai mică comparativ cu panourile solare plane. La temperaturi ridicate, diferenţele dintre

cele două tipuri de panouri se diminuează, însă panourile solare cu tuburi vidate rămân superioare,

datorită faptului că, agentul termic se încălzeşte mai mult.

În condiţiile în care unul sau mai multe tuburi suferă daune sau se sparg, panoul solar poate

funcţiona în continuare, fiecare dintre tuburi funcţionând independent, dar scade randamentul.

C- Captatoare solare compacte.

Captatoarele solare compacte (figura 4.6.) au rezervorul de stocare al apei calde integrat în

corpul lor. În acest caz, nu este uşor de construit un sistem tehnic robust. Dacă sistemul este folosit

într-o regiune cu pericol de îngheţ, pierderile de căldură duc la răcirea, atât a colectorului, cât şi a

rezervorului de stocare, acestea fiind în pericol de distrugere.

Un sistem cu dublu circuit cu protecţie anti-îngheţ nu se poate realiza ca parte integrantă a

unui sistem colector de stocare. Trebuie găsită o modalitate pentru obţinerea unei reduceri

semnificative a pierderilor de căldură.

O izolare mai bună în partea din spate nu este o problemă, problema este pierderea de căldură

de la carcasă. Carcasa trebuie să fie transparentă şi aceasta duce la pierderi mari de căldură. Existenţa

unui vid poate reduce pierderile de căldură, dar nu aşa de mult încât să necesite proiectarea unui

întreg sistem de stocare a colectării.

Fig. 4.6. Captator solar compact

Materialele noi, aşa numite materiale izolante transparente au aduc o soluţie acestor

probleme. Aceste materiale prezintă un coeficient global de transmitere a căldurii mai mic

comparativ cu sticla metalizată.

59

În figura 4.7., rezervorul de apă caldă (3) este din oţel inoxidabil şi are partea din spate

perfect izolată. Suprafaţa reflectantă (1) aflată în interior, reflectă lumina solară spre rezervor, a cărui

suprafaţă reprezintă de fapt suprafaţa absorbantă a sistemului. Materialul de izolaţie transparent (3)

se află sub o carcasă frontală de sticlă (6). O carcasă cu suprafaţă de 2 m2 are un volum de stocare de

aprox 160 l.

Avantaje: captatoarele solare compacte nu necesită existenţa unui rezervor de stocare

exterior, aşa cum este necesar pentru alte sisteme colectoare. Sistemul întreg este mai simplu:

anumite componente găsite în alte sisteme colectoare nu sunt necesare şi acest fapt reduce costurile.

Dacă temperatura apei în rezervorul de stocare este prea joasă, ea poate fi ridicată cu ajutorul unui

termostat.

Sistemele solare compacte includ un număr variabil de tuburi solare, un rezervor încorporat,

un cadru de fixare şi o rezistenţă electrică suplimentară, controlată de panoul de comandă. Ele se

montează pe acoperişul clădirii şi funcţionează pe principiul termosifonului: colectează căldură

solară şi o transfer, încălzind apa. Ele acoperă 60% până la 100% din necesarul zilnic de apă caldă

menajeră, în cea mai mare parte a anului (primăvara-toamna târziu).

Dezavantajele captatoare solare compacte sunt: greutatea mare şi dimensiunile mari. Acestea

fac instalarea mai dificilă în multe cazuri. Mai mult, eficienţa sistemului este de obicei mai mică

decât cea a unui sistem operaţional cu circulaţie forţată.

Fig.4.7. Secţiune transverală printr-un captator solar compact;

1- suprafaţă reflectantă; 2- izolaţie termică; 3- rezervor de apă caldă; 4- suprafaţă de încălzire reflectantă; 5- strat

transparent; 6- sticlă metalizată

II- Captatoarele cu concentrarea radiaţiei

Se menţiona anterior că acestea utilizează sisteme optice bazate pe reflexie sau refracţie

pentru a mări densitatea fluxului de radiaţie care cade pe suprafaţa de captare a receptorului.

Concentratoarele de radiaţie cele mai cunoscute sunt oglinzile concave (sferice sau parabolice) şi

lentilele convergente.

Oglinzile concentratoare se realizează din aluminiu sau sticlă metalizată, dintr-o singură

piesă, sau din mai multe oglinzi plane orientate corespunzător. De exemplu, cu oglinzile cilindro-

parabolice (fig.4.8.) se obţin concentrări de până la 10.

60

Fig.4.8. Oglinzi cilindro-parabolice

Schimbarea înclinării captatorului se face periodic, chiar numai odată pe lună. Domeniul lui

de temperaturi este de 100 - 230°C, putând fi folosit pentru condiţionarea aerului, producerea

aburului tehnologic, pomparea apei, producerea de energie electrică prin ciclu termodinamic cu

vapori de apă.

Fig.4.9. Concentratorul sferic fix cu receptor mobil

Concentratorul sferic fix cu receptor mobil este format dintr-o parte a unei oglinzi sferice

plasată în poziţie staţionară în faţa soarelui şi dintr-un colector liniar care urmăreşte soarele printr-o

mişcare de pivotare (fig.4.9.).

După încercările pe prototipuri se estimează că acest tip de concentrator sferic va putea fi

utilizat pentru producerea energiei electrice pe cale solară pentru puteri de la 10 la 100 MW cu un

cost mai scăzut decât al centralelor nuclearoelectrice.

4.3. CENTRALE ELECTRICE SOLARE

Centralele electrice solare se bazează pe conversia energiei solare în energie termică, care

este utilizată într-un ciclu termodinamic.

În 1976, pentru prima dată în istoria energeticii, o centrală electrică solară, cea de la Odeillo,

în munţii Pirinei - Franţa, a debitat energie electrică pe o reţea naţională de distribuţie. În figura 4.10.

se prezintă schema unei centrale electrice solare cu captatoare (oglinzi) cilindro-parabolice. Ceea ce

în figură apare schematizat ca o singură oglindă 1, reprezintă de fapt un câmp de oglinzi cilindro-

parabolice, care pot fi distribuite cu diverse orientări şi diverse mişcări (E-V, N-S, etc.). Factorul de

concentrare al radiaţiei solare, realizat în receptoarele concentratoare de radiaţie 2, este de 25-30,

agentul termic primar 3 având o temperatură medie de 200-220°C. Transferul căldurii între fluidul

primar şi cel secundar (apă - abur) se realizează în cazanul acumulator de căldură 4.

61

Fig. 4.10. Centrale electrice solare cu captatoare cilindro-parabolice.

Este experimentată o gamă mare de sisteme, cu diverse tipuri de captatoare şi de receptoare

de radiaţie solară.

4.4. CONVERSIA ENERGIEI SOLARE ÎN ENERGIE TERMICĂ DESTINATĂ

ÎNCĂLZIRII

Încălzirea solară a apei la temperaturi relativ scăzute (sub 100°C), în scopuri menajere sau

industriale, constituie un domeniu în care energia solară a cunoscut cea mai extinsă utilizare în

ultimii 35 de ani. Actualmente, mai multe milioane de încălzitoare solare de apă funcţionează în

peste 12 ţări: Japonia, Australia, Israel, Franţa, SUA, Maroc, ş.a.

Se folosesc cu succes pentru încăzirea apei menajere, dar şi pentru climatizarea

locuinţelor(figurile 4.11. şi 4.12. ).

Fig. 4.11. Instalaţii de încălzire a apei

62

Fig. 4.12. Climatizarea locuinţelor

Elementele de bază ale unei instalaţii solare de încălzire a apei (figura 4.11) sunt captatorul

solar 1 şi unitatea (rezervorul) de stocare termică 2.

Circulaţia apei între captator şi rezervorul de stocare se poate realiza fie natural (fără pompă),

prin termosifon, fie forţat, cu o pompă de circulaţie 3.

Climatizarea locuinţelor cu ajutorul energiei solare se poate realiza în sistem pasiv sau activ.

În figura 4.12. se prezintă schiţa unui sistem pasiv de încălzire solară experimentat la Odeillo

(Franţa). Sistemul utilizează un perete vertical masiv de beton 1, orientat spre sud, care este vopsit în

negru şi este acoperit cu două geamuri 2. Grosimea peretelui este de cca. 20 cm., iar spaţiul dintre

geamuri şi perete este de 10-20 cm. Peretele îndeplineşte atât funcţiunile captatorului, cât şi pe cele

ale unităţii de stocare. Orificiile practicate în partea inferioară şi cea superioară a peretelui permit

circulaţia aerului prin spaţiul dintre geamuri şi perete, şi prin încăpere. Această circulaţie are loc prin

convecţie naturală (termosifon), nefiind necesare ventilatoare. Energia auxiliară este asigurată cu

ajutorul unor încălzitoare electrice montate în încăpere. În timpul sezonului cald sistemul poate fi

modificat pentru a permite climatizarea încăperii. Pentru aceasta se obturează orificiul din partea

superioară a peretelui; aerul cald din interior este trimis spre exterior, realizându-se o ventilaţie

naturală prin admisia în încăpere a aerului rece.

Există şi aplicaţii industriale ale energiei termice obţinute prin conversia energiei solare, cum

sunt:

cuptoarele solare;

pompe solare;

instalaţii frigorifice solare;

instalaţii solare de uscare.

4.5. UTILIZAREA PE SCARĂ LARGĂ A SISTEMELOR SOLARE COMBINATE.

Sistemele de încălzire solară

Sunt necesare pentru prepararea combinată – apă caldă menajeră şi încălzirea spaţiului

numite combi- sisteme. Aceste sisteme îşi măresc cota de piaţă în multe ţări europene, dar

proiectarea actuală este focalizată pe case familiale.

Obiective: - dezvoltarea de combi-sisteme de câteva sute de kW pentru case multifamiliale;

aplicarea pe scară largă a sistemelor de încălzire solară de mai mulți MW; optimizarea şi dirijarea în

ceea ce priveşte integrarea încălzirii solare termice; optimizarea conceptelor de stocare (găuri

subterane, perforaţii, materiale noi, etc.); contribuţia sistemelor solare la sistemele de încălzire

centrală pe biomasa şi integrarea acestora în reţeaua de încălzire convenţională.

63

- eficientizarea costurilor şi sistemelor de încălzire solară, pentru a acoperi 100% cererea de încălzire

a apei şi a spaţiului din clădirile rezidenţiale şi comerciale.

Toate combi-sistemele de încălzire combinată a apei şi a spațiului de pe piaţa modernă au

nevoie de un rezervor de susţinere, de aceea costurile adiţionale pot fi compensate doar prin

economie de combustibil. Pentru a reduce costurile totale ale sistemelor, este necesară dezvoltare

sistemelor de încălzire bazate doar pe energia solară. Izolarea corespunzătoare a caselor şi utilizarea

rezervoarelor de stocare de densitate energetică mare, vor contribui semnificativ pentru ca un sistem

termic solar să furnizeze 100% din cererea de încălzire a spațiului unei clădiri.

Energia solară se folosește la încălzirea bazinelor de înot, pentru că ele au întotdeauna o

cerință mare în ceea ce privește apa caldă. Cererea de temperatură joasă pentru apa bazinului permite

folosirea sistemelor de energie solară simple și economice, care s-au dezvoltat pretutindeni în acest

sector.

Bazinele de înot din zonele cu climat temperat necesită sisteme de încălzire a apei, astfel sunt

utilizabile doar câteva săptămâni pe an. De exemplu, aproximativ 500.000 de bazine au fost

construite în Germania. Deoarece temperaturile ambientale medii sunt sub 20°C chiar și vara, există

un potențial imens pentru încălzirea solară a bazinelor, în multe cazuri sisteme simple de încălzire

solară au devenit deja competitive cu sistemele convenționale de încălzire.

Cererea de apă caldă pentru bazinele de înot situate în aer liber corespunde radiației solare.

Iarna, când radiația solară este scăzută, bazinele de înot exterioare nu sunt folosite, în timpul

sezonului estival și în perioada de tranziție, încălzirea solară este o opțiune bună. Astăzi, se consumă

cantități mari de combustibil fosil pentru încălzirea bazinelor exterioare, deși încălzirea solară a

acestora ar putea înlocui majoritatea sistemelor convenționale.

În zonele cu climat central european, temperatura apei din bazine este cuprinsă între 16°C și

19°C în timpul sezonului de vară. O creștere de temperatură cu câteva grade ar fi normală și

suficientă pentru confort. Pentru o asemenea cerere mică de căldură pot fi folosiți colectorii solari

simpli. Acești colectori convertesc radiația solară în căldură, disponibilă pentru bazinul de înot.

Circuitul apei de la colectorul solar la bazin și invers se realizează cu ajutorul unei pompe. În acest

caz, nu este necesar un rezervor de stocare a apei calde, deoarece bazinul însuși servește drept

rezervor.

Dacă în timpul verii se expune la soare un furtun inchis la culoare, apa din interiorul acestuia

devine fierbinte într-un timp relativ scurt. Un colector solar pentru bazinul de înot nu este mult mai

complicat, el poate fi făcut din țevi negre instalate pe o suprafață întinsă, cum ar fi un acoperiș.

Tubulatura colectorului solar este din plastic, care trebuie să fie rezistent degradării cauzate

de razele ultraviolete și de apa clorinată a bazinului. Câteva materiale potrivite sunt polietilena (PE),

polipropilena (PP) și etilenpropilendienmonomer (EPDM). EPDM are o durată de viață mai lungă

dar și costă mai mult. Nu trebuie folosit PVC-ul din motive ecologice – poate să emită dioxine

extrem de toxice, dacă este ars.

Pompa sistemului ar trebui să opereze doar dacă colectorul poate obține o creștere a

temperaturii apei din bazin. Dacă pompa operează în condiții de cer noros sau în timpul nopții, apa

din bazin se răcește datorită colectorului, care acum acționează ca un radiator. Această problemă se

poate preveni dacă se montează senzori, care detectează diferența de temperatură între bazin și

colector și un sistem de comandă pentru oprirea pompei. Pentru a asigura temperatura dorită în bazin

se poate integra un sistem convențional auxiliar. Dacă bazinul este încălzit doar solar, temperatura

apei va fluctua odată cu vremea. În perioadele cu vreme rea, temperatura din bazin este sensibil mai

scăzută; oricum aceasta este adesea acceptabilă deoarece bazinul nu este des folosit în aceste

condiții. În figura 4.13 este prezentat principiul de funcţionare şi, respectiv, componentele sistemului

solar pentru încălzirea bazinelor de înot.

64

Funționarea pompei necesită energie electrică, care ar putea fi obținută cu ajutorul unui

sistem solar fotovoltaic. În acest caz, nu mai este necesar sistemul de comandă cu senzori, deoarece

generatorul fotovoltaic pornește pompa doar când strălucește soarele.

Fig. 4.13. Principiul de funcţionare al sistemului solar pentru încălzirea bazinelor de înot

1- Captator solar; 2- pompă; 3- unitate de control

Sistemele termice solare pentru încălzirea apei menajere.

Încălzirea apei menajere implică obținerea unor temperaturi mult mai înalte decât în cazul

bazinelor de înot. Colectorii solari simpli, folosiți pentru încălzirea apei din bazinele de înot, sunt

necorespunzători pentru încălzirea apei menajere, deoarece colectorul solar pierde căldură datorită

convecției, ploii, zăpezii, etc. Sistemele de încălzire ale apei menajere folosesc colectori solari care

au pierderi mult mai mici la temperaturi mari ale apei.

Un sistem complet pentru încălzirea apei menajere constă din: panouri solare, tanc solar,

pompă, vas de expansiune, unitate de control computerizat, țevi, robineți, supape.

Un sistem foarte simplu pentru încălzirea solară a apei poate fi obținut dintr-un rezervor

negru umplut cu apă, care este expus soarelui, în timpul verii. Dacă robinetul de golire este instalat în

partea inferioară a rezervorului, apa caldă obținută poate fi folosită, fără a fi necesare alte părți componente. Un exemplu pentru o astfel de aplicație este „dușul solar” care se vinde ca și

echipament de camping. În principal, acesta este un rezervor negru atârnat de o creangă înaltă a unui

copac. Dacă rezervorul este expus câteva ore la radiațiile solare se poate face un duș cu apă încălzită

solar. După golirea rezervorului, acesta trebuie umplut manual din nou. Pentru a evita acest

disconfort, rezervorul poate fi umplut automat prin conectarea unui furtun, care înlocuiește cantitatea

de apă consumată. O altă îmbunătățire, cu o mare eficiență pe parcursul întregului an, este înlocuirea

rezervorului cu un colector solar. De asemenea, este necesară existența unui rezervor de acumulare a

apei calde. În cele ce urmează sunt descrise două sisteme care au rezervoare de acumulare a apei

calde.

65

Fig.4.14. Principiul de funcționare al sistemului termic solar cu circuit gravitațional (termosifon)

1- captator solar; 2- rezervor de apă

Un sistem termosifon, după cum arată figura 4.14, folosește forța gravitațională. Apa rece are

o densitate specifică mai mare decât cea caldă. Din această cauză este mai grea și se acumulează jos.

Colectorul solar (1) este montat întotdeauna sub rezervorul de înmagazinare a apei (2). Apa rece,

aflată în partea inferioară a rezervorului de înmagazinare, curge către colectorul solar printr-un furtun

descendent (tur). Când colectorul solar încălzește apa, aceasta se ridică din nou și curge înapoi în

rezervor, printr-un furtun ascendent (retur) montat la capătul superior al colectorului. Ciclul descris

încălzește apa până se atinge o temperatură de echilibru. Consumatorul poate extrage apă caldă

din partea superioară a rezervorului. Apa folosită este înlocuită printr-o rezervă de apă proaspătă,

care intră printr-un orificiu aflat în partea inferioară a rezervorului. Această apă rece se alătură

ciclului și este încălzită în colector în același mod ca și înainte. Circuitul apei se adaptează puterii

radiației solare disponibile (la radiații solare mai mari, aceeași cantitate de apă caldă se acumulează

mai repede decât la radiații mai mici).

Este foarte important ca rezervorul de stocarea apei, într-un sistem termosifon, să fie așezat

deasupra colectorului solar, în caz contrat, ciclul poate să funcționeze în sens invers, în timpul nopții și să răcească apa din rezervor. În regiunile cu radiație solară mare (Grecia, Italia, Spania)

rezervoarele de stocare sunt montate pe acoperișurile clădirilor. Panourile solare sunt așezate pe

acoperișuri sau pe pereții însoriți ai acestora. La acoperișurile cu cornișe, rezervorul trebuie montat

cât mai sus posibil pe acoperiș, dacă colectorul solar este instalat pe acesta.

Dezavantaje: masa rezervorului plin cu apă poate cauza câteodată probleme structurale;

sistemul se poate folosi numai în timpul verii deoarece iarna există pericol de îngheț al apei din

circuit.

Un sistem în care apa curge direct printr-un colector este numit sistem cu un singur circuit.

Astfel de sisteme sunt adecvate doar unor regiuni lipsite de îngheț. În regiunile cu posibilitate de

îngheț, este necesar un sistem cu circuit dublu (figura 4.15), în care apa se află în rezervorul de

66

stocare, iar prin circuit curge un agent termic format dintr-un amestec de apă și antigel. Agentul

termic primește căldura de la captatorul solar și o transferă apei din rezervor. Glicolii sunt adesea

folosiți ca agenți antigel; oricum agenții antigel trebuie să fie nontoxici deoarece pot contamina

rezerva de apă, în cazul avarierii sistemului. De aceea, etilen-glicolul, care este folosit pentru multe

aplicații tehnice nu este folosit la sistemele solare de energie. Pentru a evita coroziunea, antigelul

trebuie să fie compatibil cu materialul folosit la tubulatura sistemului.

Dezavantaje: sistemul este inert și nu poate reacționa la schimbări rapide ale radiației solare.

Sistemul termosifon nu este adecvat pentru o suprafață de colectare mai mare de 10 m2; rezervorul

trebuie să fie întotdeauna instalat deasupra colectorului, ceea ce nu se realizează ușor întotdeauna;

eficiența colectorului solar poate să scadă datorită temperaturilor ridicate aflate în circuit.

Avantaje: sistemele termosifon se folosesc la încălzirea apei menajere și sunt foarte

economice; principiul de funcționare este simplu și nu necesită pompă și sistem de comandă; energia

necesară funcționării pompei și a sistemului de control este economisită.

Fig. 4.15. Principiul de funcționare al sistemului termic solar cu circuit dublu și circulație forțată

1- captator solar; 2- senzor de temperatură; 3- sistem de comandă și control;

4- pompă; 5- rezervor de apă; 6- schimbător de căldură; 7- boiler

Tot ca si avantaje mentionam: în contrast cu sistemele termosifon, sistemele cu circulație

forțată folosesc o pompă electrică (4) pentru a asigura circulația apei. Colectorul solar (1) și

rezervorul de stocare (5) pot fi instalate independent și nu mai este necesară o diferență de nivel între

acestea. Lungimea țevilor trebuie să fie cât mai scurtă posibil, deoarece ele cauzează pierderi de

căldură. Doi senzori de temperatură (2) monitorizează temperatura în colectorul solar (1) și în

rezervor (5). Dacă temperatura agentului termic din colectorul solar este mai mare decât temperatura

apei din rezervor cu o anume diferență ΔT = 5...10°C (stabilită), atunci sistemul de comandă

pornește pompa. Pompa asigură circulația agentului termic, care intră în rezervor, într-un schimbător

de căldură (6), unde cedează căldura sa apei reci. Dacă diferența de temperatură este minimă, atunci

sistemul de comandă oprește pompa. Alegerea celor două praguri de temperatură (min, max) trebuie

să asigure funcționarea corespunzătoare a pompei, în condiții de radiații joase.

Pompele cu circulație convențională, concepute pentru instalațiile de încălzire, pot fi folosite

și în sistemele solare. Aceste pompe sunt economice. Majoritatea pompelor au diverse trepte de

funcționare, pentru a adapta debitul fluidului de lucru, la radiația solară. Pompele sunt proiectate, de

67

obicei, pentru un debit de fluid cuprins între 30- 50 l/h/ m2 suprafață de colector solar. Debitele mai

mari sunt alese pentru colectorii solari folosiți la bazinele de înot, deoarece se cere o temperatură mai

scăzută și apa are nevoie de mai puțină încălzire. Dacă debitul de fluid este prea scăzut, temperatura

în colector crește și eficiența sistemului scade. Pe de altă parte, dacă debitul este prea crescut,

energia necesară funcționării pompei este mai mare.

Pompele funcționează la curentul alternativ al rețelei sau la motoare DC. Un sistem mic

fotovoltaic poate asigura toată energia electrică necesară. În acest caz, toată energia pentru sistem

vine de la soare.

Aplicaţii pentru răcire, folosind energia solară.

În ultimii ani, cererea de confort sporit în birouri şi locuinţe duce la creşterea pieţei

produselor pentru răcire.

Sisteme pentru încălzirea şi răcirea combinată a spaţiului de locuit

Combinarea încălzirii solare a spaţiului, producerea de apă caldă şi răcirea nu s-au realizat

până acum. Astfel de sisteme au un potenţial de piaţă foarte mare, dacă se extinde pe tot parcursul

anului perioada operaţională a colectorilor solari.

4.6. ENERGIA SOLARĂ FOTOVOLTAICĂ

Conversia directă a energiei solare în energie electrică bazată pe efectul fotovoltaic constituie

unul din mijloacele cele mai atractive de a utiliza energia solară, datorită valorilor ridicate ale puterii

specifice produse, siguranţei în funcţionare şi întreţinerii uşoare. Utilizări cunoscute sunt ceasurile,

radiourile şi unele calculatoare de buzunar fotovoltaice. Dezavantajele actuale ale sistemului sunt

costul ridicat (Anexa 3) şi dificultatea de a stoca mari cantităţi de energie electrică în scopul utilizării

ulterioare, în comparaţie cu relativa uşurinţă de a stoca căldură.

Celulele solare - celule fotovoltaice, au fost utilizate până nu demult ca surse de energie doar

în aplicaţiile spaţiale. Pentru aplicaţii terestre singurele sisteme de putere, de conversie directă,

comercial disponibile sunt cele bazate pe celule cu siliciu monocristalin şi pe celule cu sulfură de

cadmiu.

Sistemele fotovoltaice pot fi autonome sau conectate la reţeaua electrică. Un modul de celule

fotovoltaice se compune din 40 de celule; 10 astfel de module sunt montate pe panouri fotovoltaice,

care pot măsura câţiva metri lăţime. Pentru a asigura alimentarea cu energie electrică a unei case sunt

necesare 10-20 de module, care pot fi amplasate pe acoperiş. Racordând sistemul de captatori solari

la reţeaua locală de electricitate, este posibil să se vândă energia electrică excedentară societăţii

publice de distribuţie. Noaptea sistemul se alimentează din reţeaua locală de electricitate. În locurile

izolate, unde nu este posibil un sistem racordat la reţea, se pot utiliza baterii de acumulatoare pentru

stocarea curentului. În acest caz este necesară supradimensionarea instalaţiei solare fotovoltaice în

scopul obţinerii unei cantităţi suficiente de electricitate în perioadele însorite, atât pentru alimentare a

consumatorilor casnici, cât şi pentru stocarea unei părţi în bateriile de acumulatoare. Noaptea

sistemul se comută pe baterii.

Germania este lider european în materie de energie fotovoltaică (80% din sistemele din

Europa, racordate la reţeaua electrică). În 2002 ea era dotată cu o putere instalată totală de 278 MW,

din care 92% era racordată la reţea. Germania este urmată de, Italia, Spania, Franţa şi Austria.

Din punct de vedere al mediului, tehnologia fotovoltaică de producere a electricităţii prezintă

un important avantaj faţă de tehnologiile clasice cu combustibili fosili: nu au nici o emisie de CO2

sau de alţi poluanţi în timpul funcţionării. În acelaşi timp, trebuie ameliorată durata de viaţă a

celulelor solare (15 - 20 de ani în prezent), îmbunătăţirea randamentului lor (în prezent acesta fiind

de circa 15%), iar pentru ca soluţia să devină interesantă economic, reducerea costului acestor celule

(de 5 ori).

68

Principala problemă de mediu pusă de sistemele fotovoltaice este legată de utilizarea, în

timpul procesului de fabricaţie, de compuşi toxici, cum sunt sulfura de cadmiu şi arsenura de galiu.

Aceste substanţe chimice nu sunt biodegradabile, sunt foarte toxice şi remanenţa lor în mediul

ambiant poate dura secole; de aceea depozitarea captatorilor scoşi din funcţiune poate prezenta un

pericol ecologic major. Acest inconvenient ar putea fi suprimat prin utilizarea de celule fotovoltaice

pe bază de siliciu, mai ieftine, mai uşor de fabricat şi cu un randament mai mare.

69

CAPITOLUL 5. ENERGIA APEI (HIDRAULICĂ ŞI A MAREELOR)

5.1. ENERGIA HIDRAULICĂ

Istoric

Forţa apelor a atras atenţia oamenilor din timpurile pierdute în trecutul îndepărtat, fiind

printre primele dintre forţele naturii cu care aceştia au colaborat.

Roţile de apă (reprezentând motoare hidraulice primitive) au fost utilizate cu mult înaintea

erei noastre în Persia, China, India şi Egiptul Antic, pentru ridicarea apei în canalele de irigaţii,

pentru acţionarea morilor de cereale, pentru acţionarea teascurilor sau la „bătutul” textilelor, etc.

Inventarul complet al principalelor tipuri de maşini hidraulice apărute în secolul I îl datorăm

arhitectului Marcus Vitruvius Pollio.

Matematicianul Heron (sec. I î.e.n.) arăta în scrierile sale că, în acea perioadă, în Grecia

antică se utilizau mecanisme hidraulice ingenioase, precum „tympanum”- timpanul antic.

Mecanismul reprezintă o roată hidraulică de curent, cu palete radiale, amplasate pe exteriorul

unei tobe, care are la interior palete curbate în formă de cupe, în care se adună apa, pentru a fi

ridicată.

Începând cu secolul XVI, sunt menţionate roţi perfecţionate, cum ar fi, de pildă, roata cu

admisie superioară, ce acţionează o pompă cu piston, printr-un mecanism ingenios (bielă- manivelă).

Dezvoltarea maşinilor hidraulice de forţă a fost posibilă numai după a doua jumătate a

secolului XVIII în urma analizelor şi interpretărilor fenomenelor legate de mişcarea fluidelor de către

Leonard Euler, Daniel Bernoulli, V.E. Jukovski, Lagrange, Navier, ş.a. Folosirea intensivă a

maşinilor hidraulice devine posibilă numai după cunoaşterea posibilităţilor practice de obţinere a

energiei electrice din alte forme de energie.

De secole apa este utilizată pentru acţionarea sistemelor mecanice, iar în zilele noastre este

larg utlizată pentru producerea de energie electrică în centrale hidroelectrice .

Primele centrale hidroelectrice au fost construite în Marea Britanie (Godalming 1881) şi apoi

în SUA (Niagara 1885), deci în ţările care dispuneau şi de suficiente rezerve de combustibili fosili;

aceasta, ca urmare a faptului că, de la început, s-a remarcat că energia hidraulică este practic

nepoluantă şi foarte ieftină.

Cu o producţie de energie de 2650- 3000 TWh/an, centralele hidroelectrice în funcţiune în

întreaga lume asigură circa 19-20% din balanţa energetică la nivel mondial.

Din totalul de 14400 TWh/an, cât reprezintă potenţialul tehnic amenajabil la nivel mondial,

numai 8000 TWh/an este potenţialul considerat economic amenajabil.

De menţionat că, hidroenergia este o sursă de energie regenerabilă, care în Uniunea

Europeană asigură aproape 84% din electricitatea produsă de energiile regenerabile şi 13% din

producţia totală de energie electrică.

Potenţialul hidroenergetic

Energia hidraulică prezintă un interes major şi este evaluată pe reţele hidrografice aparţinând

diferitelor bazine sau în ansamblu pe o întreagă regiune.

Energia hidraulică totală disponibilă, asociată unui bazin hidrografic (pe teritoriul căruia apa

provenită din precipitaţii se scurge gravitaţional) se calculează din volumul de apă total scurs într-o

perioadă (de obicei un an) şi diferenţa de altitudine pe care o străbate.

Elementele componente ale unei amenajări cu acumulare sunt în general: barajul- construcţie

hidrotehnică amplasată de-a curmezişul albiei în vederea realizării sporului de cotă în bieful amonte

precum şi a unei acumulări, aducţiunea liberă sau forţată- leagă acumularea de zona de utilizare a

70

apei, centrala- adăposteşte turbinele şi echipamentele auxiliare şi canalul de fugă, care asigură

restituirea apei în circuitul natural (figura 5.1.).

Fig.5.1. Amenajare cu acumulare

Turbine hidraulice

Turbina hidraulică este o maşină hidraulică capabilă să transforme la arbore, energia

hidraulică în energie mecanică disponibilă, pentru a fi transformată în energie electrică, atunci când

turbina acţionează un generator electric.

După principiul de funcţionare, turbinele hidraulice se împart în două mari categorii: turbine

cu acţiune şi turbine cu reacţie.

Turbinele cu acţiune primesc de la intrare în rotor energia hidraulică numai sub formă

cinetică, fluidul având atât la intrare, cât şi la ieşirea din palele acestuia, aceeaşi presiune (motiv

pentru care se mai numesc şi turbine de egală presiune). Ex: turbina Pelton.

Turbinele cu reacţie au la baza funcţionării principiul reacţiei hidraulice, energia hidraulică

ajungând în rotor, în principal, sub formă de presiune. Turbina prelucrează diferenţa, cu presiunea la

intrare în rotor şi presiunea la ieşire, care este mult mai mică. Ex: turbina Francis.

Turbina Pelton (figura 5.2.) este una dintre cele mai eficiente tipuri de turbină hidraulică.

Turbina a fost inventată de Lester Allan Pelton (1829- 1908) în anii 1870 şi funcţionează pe baza

impulsului mecanic generat de presiunea apei. Turbinele Pelton sunt recomandate pentru căderile

mari de apă şi debite relativ mici.

71

Fig.5.2. Turbina(roata) Pelton

Turbina Francis (figura 5.3.) este un tip de turbină care a fost proiectată de James B. Francis,

în Lowell, Massachusetts. Este o turbină cu reacţie activă în flux care combină concepte radiale şi

axiale.

Turbinele Francis sunt cele mai utilizate hidroturbine în prezent. Ele pot funcţiona pe o rază

de 10 până la 650 metri şi sunt utilizate în principal pentru producerea curentului electric. Puterea pe

care aceasta o produce variază între 10 şi 750 MW. Gama de turaţii variază de la 83 la 1000

rot/minut. Turbinele Francis de dimensiuni mijlocii şi mari sunt adeasea construite cu ax vertical.

Axul vertical se mai poate folosi şi la turbinele mici, dar în mod normal, la aceste turbine se foloseşte

axul orizontal.

Fig.5.3. Turbina Francis

72

O variantă îmbunătăţită a turbinei Francis este turbina Kaplan; este o turbină hidraulică cu

rotaţie axială, cu un rotor cu pale reglabile, utilizat la hidrocentrale de cădere mică a apei. Turbina a

fost inventată în 1913 de prof.dr.ing. Viktor Kaplan de origine austriacă. La turbina Francis există

problema formării cavitaţiei (bule de aer în curentul de apă din turbină) care produce scăderi de

presiune cu scăderea randamentului turbinei. Această deficienţă este înlăturată la turbina Kaplan care

foloseşte palete reglabile. Pentru o funcţionare optimă turbina necesită un curent de apă cu debit

constant. Turbina funcţionează prin efectul de suprapresiune, randamentul atingând 80- 95%. În

cazul unui curent cu debit mare şi cu o cădere mică de apă, turbina Kaplan este optimă.

Fig.5.4. Turbina DÈRIAZ

Turbina Dèriaz (figura 5.4.) este o turbină cu reacţiune, utilizată pentru căderi între 30 şi 120

m. Deoarece viteza apei în rotor are două componente, una radială şi una axială, această turbină se

mai numeşte şi turbină diagonală.

Turbinele Dèriaz au palele rotorice reglabile, ceea ce permite funcţionarea cu randament mare

într-o gamă largă de puteri sau poate funcţiona şi în regim de pompă, calitate care o face adecvată

pentru amenajări hidroenergetice cu acumulare prin pompaj.

5.2. ENERGIA MAREELOR

Valurile mărilor şi oceanelor, mareele, sunt o sursă permanentă de energie, total nepoluantă şi

gratuită. O altă posibilitate rezultă din conversia în energie electrică a diferenţei de temperatură

dintre apa de la suprafaţă a mărilor calde şi cea de la adâncime.

De asemenea, la vărsarea fluviilor în mare, prin amestecarea apei dulci cu cea sărată, se

risipeşte o cantitate enormă de energie, care s-ar putea recupera prin osmoză.

Aceste procedee au fost puţin utilizate, în principal, din cauza costului ridicat al instalaţiilor

necesare.

Dificultăţile actuale legate de utilizarea energiei valurilor sunt:

valurile oceanice au dispersie mare şi este greu să se concentreze energia în mod

eficient, întrucât aceasta are o densitate scăzută;

mărimea valurilor are o fluctuaţie mare datorită vremii, ceea ce face dificilă generarea

unei energii constante şi stabile;

valurile oceanice sunt neuniforme, cuprinzând valuri de diferite înălţimi şi lungimi,

venind din direcţii diferite;

73

construirea şi întreţinerea instalaţiilor din largul oceanului este mai dificilă decât a

celor de pe ţărm.

Mareele - oscilaţiile periodice ale nivelului mărilor şi oceanelor deschise datorită atracţiei

lunii şi soarelui - dezvoltă o putere de ordinul a 109 MW, dar partea tehnic amenajabilă din această

putere este mică şi implică investiţii foarte mari.

Un număr limitat de locuri din lume au o amplitudine suficientă a mareelor pentru a justifica

construirea unei centrale.

Mareele se produc cu regularitate în anumite zone de litoral de pe glob, cu amplitudini care

pot ajunge uneori la 14-18 m, determinând oscilaţii lente de nivel ale apelor marine. Principiul de

utilizare a energiei mareelor în centralele mareomotrice (prima realizare importantă în domeniu este

centrala mareomotrice Rance, din Franţa, cu o putere de 240 MW , pusă în funcţiune în 1966) constă

în amenajarea unor bazine îndiguite (figura 5.5.) care să facă posibilă captarea energiei apei,

declanşată de aceste oscilaţii, atât la umplere (la flux), cât şi la golire (reflux).

Fig. 5.5. Bazin de îndiguire, pentru centrale mareomotrice

O problemă deosebită a acestor centrale o reprezintă variaţia puterii produse, funcţie de

periodicitatea mareelor.

Riscurile ambientale sunt legate de fluctuaţiile nivelului apei, care modifică curenţii,

transportul şi depozitele de sedimente, fapt ce afectează biodiversitatea ecosistemului.

Pentru o valorificare eficientă a energiei mareelor sunt necesare şi anumite condiţii naturale;

în primul rând, amplitudinea mareelor să fie de cel puţin 8 m, iar, în al doilea rând, să existe un bazin

natural (estuar), care să comunice cu oceanul printr-o deschidere foarte îngustă. Aceste condiţii

naturale apar numai în 20 de zone ale globului (ex: Franţa, Canada, SUA, estul Chinei, nordul

Australiei).

Cantitatea de energie disponibilă la această sursă, dacă ar putea fi valorificată în centrele

electrice mareomotrice, ar produce de cca. 100000 de ori mai multă energie electrică decât toate

hidrocentralele aflate în funcţiune în prezent pe glob, iar în cazul cărbunelui, aceasta ar fi

echivalentul la 70000 de tone de cărbune ars.

Tipuri de tehnologii care folosesc energia mareelor.

Tehnologiile pentru explorarea curenţilor mareici sunt concepute pentru a valorifica energia

cinetică a curgerii apei cu viteze mari în zonele în care se produc mareele.

Turbina cu ax orizontal (figura 5.6.) funcţionează foarte asemănător cu o turbină eoliană

convenţională şi proiectarea lor este similară. Turbina este plasată într-un curent mareic, care

determină rotaţia acesteia şi, deci producerea de energie. Unele turbine pot fi amplasate în conducte

pentru a crea efecte secundare ale curgerii, prin concentrarea curgerii şi crearea unei diferenţe de

presiune.

74

Fig. 5.6. Turbină cu ax orizontal

Turbinele cu ax vertical (figura 5.7.) se bazează pe acelaşi principiu ca turbinele cu ax

orizontal, doar că au o altă direcţie de rotaţie. Turbina este plasată într-un current mareic, care

determină rotaţia acesteia, producând energie.

Fig.5.7. Turbină cu ax vertical

Dispozitive cu pale oscilante (figura 5.8.): acestea au pale care nu se rotesc, ci se mişcă

înainte şi înapoi într-un plan perpendicular pe curentul mareic. Mişcarea oscilatorie utilizată pentru

producerea energiei se datorează ridicării create de curentul mareic care curge în orice parte a aripii.

Anumite echipamente folosesc pistoane pentru a alimenta un circuit hidraulic, care acţionează un

motor hidraulic şi un generator pentru a produce energie.

Fig.5.8. Dispozitiv cu pale oscilante

Echipamente ce folosesc efectul Venturi (figura 5.9.): curgerea curenţilor mareici este

direcţionată printr-o conductă, care realizează o concentrare a curgerii şi produce o diferenţă de

presiune. Aceasta are ca efect o curgere secundară a fluidului printr-o turbină. Curgerea rezultantă

75

poate acţiona o turbină direct sau diferenţa de presiune indusă în sistem poate acţiona o turbină cu

aer.

Fig.5.9. Echipament ce foloseşte efectul Venturi

5.3. CENTRALE HIDROELECTRICE - CLASIFICARE, FUNCŢIONARE

Centralele hidroelectrice transformă energia potenţială şi cinetică a apei în energie electrică,

valorificând astfel cel mai simplu sistem de transformare. Centralele hidroelectrice se clasifică în :

CHE cu căderi naturale: CHE pe firul apei;

CHE în derivaţie

CMM mareomotrice

CHE cu căderi artificiale (cu acumulare prin pompare CHEAP)

În sistemul energetic CHE au următoarea destinaţie:

acoperirea vârfului de sarcină;

participarea la reglajul frecvenţei;

constituie o rezervă economică de avarie.

Principalele caracteristici ale CHE sunt:

au pornire rapidă şi viteză mare de încărcare;

au posibilitatea de a stoca în mod indirect energia electrică;

au randamente foarte ridicate: 0,82 - 0,9;

investiţia specifică este comparabilă cu cea a centrale lor termoelectrice cu

combustibili inferiori, dacă se adaugă la acestea costul transportului şi al deschiderii de mine.

Având în vedere cercetarile efectuate la nivel mondial si experimentarile efectuate în tara

noastra, se poate concluziona ca si energia valurilor Marii Negre poate fi captata si utilizata pentru

aplicatii locale în conditii eficiente cu ajutorul instalatiilor hidropneumatice cu coloana oscilanta,

cunoscute sub denumirea de instalatii OWC (oscillating water column), care se bucura în prezent de

cel mai mare interes pe plan mondial.

Principiul de funcţionare al centralei acţionate de valuri (fig. 5.10.) este următorul:

când frecvenţa de oscilaţie a unei coloane cilindrice plutitoare (flotorul) coincide cu

frecvenţa valurilor, aceasta va intra în rezonanţă şi va oscila pe verticală cu o înălţime de câteva ori

mai mare decât înălţimea valurilor. Prin aceasta se imprimă o forţă de rotaţie unei elici ataşate la

partea inferioară a flotorului. În timp ce flotorul se mişcă în sus şi în jos, elicea se roteşte întrun

singur sens, datorită pasului ei variabil comandat automat. Energia valurilor poate fi transformată în

energie electrică prin cuplarea unui generator electric la arborele elicei, prin intermediul unui

angrenaj multiplicator şi al unui volant.

76

Fig.5.10. Principiul de funcţionare al centralei acţionate de valuri

Danemarca a abordat un program special „Programul danez pentru exploatarea energiei

valurilor” vizând să dezvolte mijloace economice şi fiabile de conversie a energiei valurilor.

Ţările situate în vecinătatea oceanelor şi mărilor deschise pot valorifica energia mareelor prin

realizarea centralelor mareomotrice. În Uniunea Europeană numai coastele maritime ale Franţei şi ale

Marii Britanii au maree suficient de mari pentru a face interesantă o astfel de centrală.

77

CAPITOLUL 6. ENERGIA GEOTERMALĂ

6.1. GENERALITĂŢI

Energia geotermică reprezintă căldura existentă în pământ; reprezintă o categorie particulară

a energiei termice care se află în scoarţa terestră.

De menţionat că, 99% din interiorul Pământului se găseşte la o temperatură de peste 1000°C,

iar restul de 1% se găseşte la o temperatură de sub

100°C. Energia geotermală este utilizată la scară comercială, începând din jurul anilor 1920,

când a început să fie utilizată în special căldura apelor geotermale, sau cea provenită din gheizere

pentru încălzirea locuinţelor sau a unor spaţii comerciale. Din punct de vedere al potenţialului termic,

energia geotermală poate avea potenţial termic ridicat sau scăzut. Energia geotermală cu potenţial

termic ridicat este caracterizată prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibilă şi poate

fi transformată direct în energie electrică sau termică. Energia electrică se obţine în prezent din

energie geotermală, în centrale având puteri electrice de 20…50MW. Energia geotermală de

potenţial termic scăzut este caracterizată prin nivelul relativ scăzut al temperaturilor la care este

disponibilă şi poate fi utilizată numai pentru încălzire, fiind imposibilă conversia acesteia în energie

electrică. Energia geotermală de acest tip este disponibilă chiar la suprafaţa scoarţei terestre fiind

mult mai uşor de exploatat decât energia geotermală cu potenţial termic ridicat, ceea ce reprezintă un

avantaj. Exploatarea energiei geotermale cu potenţial termic scăzut necesită echipamente speciale

concepute pentru ridicarea temperaturii până la un nivel care să permită încălzirea şi/sau prepararea

apei calde, ceea ce reprezintă un dezavantaj faţă de energia geotermală cu potenţial termic ridicat.

În fiecare zi, Pământul absoarbe energie solară pe care o înmagazinează sub formă de calorii

în sol. Această rezervă gratuită este reaprovizionată în permanenţă, deci inepuizabilă.

În mod obişnuit, sub scoarţa terestră, la fiecare 30 m temperatura medie creşte cu un grad,

astfel încât căldura medie emanată este de 58 MW/km2. Apare deci posibilitatea de a folosi o parte a

acestei energii, în special în primii 5000 m ai scoarţei terestre, în porţiunile cu înalt potenţial

geotermic.

În diferite puncte de pe suprafaţa pământului, mai ales în regiunile vulcanice, apare apa

fierbinte, aburul, sau gaze vulcanice.

Din cauza structurii diferenţiate a scoarţei terestre, în prezent există doar câteva regiuni pe

pământ care oferă posibilităţi de exploatare.

Apa încălzită prin geotermie circulă printr-un schimbător de căldură, apoi este utilizată pentru

încălzire urbană sau industrială, sau pentru încălzirea serelor. Căldura obţinută prin geotermie, sub

formă de abur, poate fi utilizată indirect pentru generarea de energie electrică(cum s-a menţionat

anterior) în centrale geotermale. Italia, Franţa, Grecia, Portugalia (I-le Azore) şi Austria generează

electricitate prin acest procedeu. Când apa fierbinte nu vine direct la suprafaţă, ea trebuie exploatată

cu ajutorul puţurilor. Forările de puţuri necesită metode geologice şi petrografice speciale şi măsuri

deosebite de izolaţie datorită presiunii şi temperaturii ridicate, precum şi a substanţelor chimice

dăunătoare purtate de abur.

Un mare potenţial termic îl oferă diferite varietăţi de roci fierbinţi. În acest caz, metoda de

utilizare este oferită de schimbul de căldură folosind apa care este pompată la adâncimea necesară şi

apoi adusă la suprafaţă prin puţurile de pompare.

Cea mai simplă metodă este însă directa utilizare a izvoarelor fierbinţi. Exemplul clasic în

acest sens îl constituie Islanda. Din 1928 casele din Reykjavik sunt încălzite cu izvoare termale.

Germania, Franţa şi Italia au echipat de asemenea un număr de cartiere de locuinţe cu sisteme de

încălzire prin geotermie.

78

O modalitate nouă de utilizare o reprezintă pompele de căldură. Acestea permit reducerea

consumului de energie electrică, pentru că pot produce căldură, frig sau ambele forme de energie. Un

fluid circulă printr-o reţea subterană de ţevi, unde este încălzit de temperatura solului, apoi în

locuinţă el restituie căldura prin intermediul unui schimbător. Vara procesul poate fi inversat pentru

răcirea locuinţei.

Cele mai dese utilizări ale pompei de căldură sunt cele pentru climatizare, preparare apă caldă

de consum sau industrială, încălzirea spaţiilor de locuit, sau diferite aplicaţii industriale cum ar fi:

uscarea materialelor poroase, vaporizarea produselor volatile, sterilizarea, concentrarea soluţiilor,

etc.

Se constată, deci, că nivelul termic la utilizator nu are valori foarte ridicate, ele situându-se în

jurul valorilor de 50 ... 90°C. Ca surse de căldură de potenţial coborât se pot valorifica cantităţile de

căldură ce pot fi preluate din mediul ambiant (energia termică a apelor de suprafaţă, de adâncime,

geotermală, solară sau a solului) precum şi deşeuri, rezultate din diferite procese industriale sau

domestice (ape de răcire, flote calde uzate, condensat impurificat, apele menajere după tratarea lor în

instalaţiile de epurare, etc.).

Dintre pompele de căldură s-au dezvoltat, în mod special, cele cu absorbţie şi cele cu

compresie mecanică de vapori.

Schema unei pompe de căldură cu compresie mecanică de vapori este indicată în fig.6.1., cu

următoarele elemente principale componente:

Compresorul C, în care vaporii de agent frigorific se comprimă şi îşi ridică

temperatura, pe seama lucrului mecanic primit de la motorul M

Condensatorul Cd, în care are loc condensarea vaporilor comprimaţi şi cedarea

căldurii latente utilizatorului A

Ventilul de laminare VL (care în schema reală înlocuieşte detentorul), care are rolul

de a reduce din nou presiunea la cea din vaporizator în vederea asigurării capacităţii de preluarea

căldurii la temperatura mai coborâtă

Vaporizatorul Vp, în care agentul frigorific preia căldura de la resursa recuperabilă de

potenţial coborât (de exemplu apa unui râu, sau apa freatică, sau căldura solului, etc.) şi se

vaporizează, asigurând premisele reluării ciclului (după trecerea prealabilă prin separatorul de

picături Sp).

Fig.6.1. Schema unei pompe de căldură

În prezent sectorul pompelor de căldură este în expansiune în Europa de Nord (în principal

Suedia) şi Europa Centrală (Austria, Germania).

În ţara noastră există resurse geotermice în zona Oradea - Băile Felix şi zona Crişului

Repede, unde temperatura apei ajunge la 80-90°C şi la o presiune de 15 bar. Rezervele din această

79

zonă se estimează la cca. 76 mil.m3 anual. La o folosire cu un randament de numai 10% s-ar putea

economisi energia echivalentă a 270000 t lignit pe an.

6.2. CENTRALE GEOTERMALE

Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite în prezent pentru transformarea

energiei apei geotermale în energie electrică: - centrale “ uscate”si centrale electrice geotermale care

utilozeaza apa fierbinte; acestea sunt de doua tipuri: centrale electrice geotermale cu aer umed si

centrale electrice geotermale cu ciclu binar. Centrale „uscate”

Reprezintă cea mai veche variantă de centrală electrică geotermală. Soluţia poate fi utilizată

în condiţiile existenţei unei surse geotermale care produce abur uscat sau cu un conţinut redus de

umiditate.

În figura 6.2 este prezentat principiul de funcționare al unei centrale electrice geotermale cu

abur uscat. Aburul care alimentează turbina provine direct din sursa geotermală. După cum s-a

precizat mai sus, aburul nu trebuie să conţină umiditate deoarece schema nu prevede instalaţii de

separare a picăturilor de apă. După destinderea în turbină, aburul condensează, iar condensul este

reinjectat în rezervorul geotermal.

Fig.6.2. Schema unei centrale electrice geotermale cu abur uscat

Prima centrală de acest tip a fost pusă în funcţiune la Larderello, în Italia, în anul 1904.

Totuşi, sursele geotermale care să ofere direct abur uscat sunt foarte rare. În prezent, cea mai mare

centrală existentă se găseşte la Geysers (SUA), având o putere de aproximativ 1130 MW şi

cuprinzând grupuri cu puteri unitare de 55 şi 110 MW.

Centrală electrică geotermală utilizând apă fierbinte

Centralele electrice geotermale cu abur umed (figura 6.3)

Sunt cele mai des întâlnite. Principiul constă din prelevarea de apă fierbinte sub presiune

dintr-o sursă hidrotermală şi introducerea acesteia într-un expandor. Aburul format se destinde într-o

turbină producând lucru mecanic şi apoi condensând. Condensul astfel format se amestecă cu faza

lichidă rezultată de la expandor şi este reinjectat în rezervorul geotermal sau este trimis către un

consumator termic. Puterea unitară pentru o astfel de unitate energetică se situează în intervalul 5 –

100 MW.

În funcţie de nivelul termic al sursei hidrotermale este posibilă realizarea unei scheme cu

două nivele de presiune, în care producţia de abur se realizează în două expandoare înseriate. Apa

80

evacuată din expandorul de înaltă presiune este introdusă în expandorul de joasă presiune, producând

o cantitate de abur ce este injectată în turbină.

Fig.6.3. Schema unei centrale electrice geotermale cu abur umed

Centrală electrică geotermală cu ciclu binar (figura 6.4.)

O mare parte a rezervoarelor geotermale se caracterizează prin temperaturi relative coborate,

sub nivelul de 180 C. În acest caz pentru conversia energiei geotermale în energie electrică soluţia

optimă este utilizarea ciclurilor binare.

Apa provenită din sursa geotermală cedează căldura (prin intermediul unui schimbător de

căldură) către un alt fluid (ex. pentan, butan) care evoluează în ciclul motor al centralei. Acest fluid

se caracterizează printr-o temperatură de fierbere sensibil mai coborâtă decât cea a apei. În acest mod

poate fi utilizat un potenţial termic geotermal relativ scăzut.

Fig.6.4. Schema unei centrale electrice geotermale cu ciclu binar

81

CAPITOLUL 7. ENERGIA EOLIANĂ

7.1. ENERGIA EOLIANĂ - SURSĂ DE ENERGIE NEPOLUANTĂ

În larga paletă a surselor energetice regenerabile, nepoluante, energia eoliană ocupă astăzi un

loc preferenţial. Energia solară este însă aceea care face legătura completă între cele trei medii total

diferite, aflate dintotdeauna într-o legătură strânsă şi care se condiţionează reciproc: apa mărilor şi

oceanelor, litosfera şi atmosfera. În fiecare an sunt antrenaţi în circuitul apei din natură aproximativ

500000 km3 din imensul volum al oceanului planetar, estimat la aproape 1,4 miliarde km

3 de apă.

Suprafaţa sa însumează peste 360 milioane km2,

care reprezintă mai mult de 2/3 din suprafaţa totală a

globului pământesc.

Uriaşa forţă care pune în mişcare apele oceanului şi provoacă circulaţia din atmosferă provine

din radiaţia solară. Datorită capacităţii calorice diferite, uscatul şi apa se încălzesc diferit,

determinând o diferenţiere a gradului de încălzire a aerului atmosferic care vine în contact nemijlocit

cu acestea. Rezultă diferenţele de densitate, respectiv de presiune, de la suprafaţa apei, care

determină şi dirijează circulaţia aerului predominant orizontală sau, cu alte cuvinte, generează

vânturile. Consecinţa firească şi imediată a acestor vânturi asupra oceanului planetar sunt valurile şi

curenţii.

Desupra mărilor şi oceanelor vânturile sunt mai uniforme, chiar şi la înălţimi reduse. În

interiorul continentului, unde influenţa oceanului este practic nulă, energia solară se acumulează în

atmosferă diferenţiat în masele de aer, datorită variaţiei formelor de relief ale uscatului, vegetaţiei,

etc., transformându-se în energie cinetică şi provocând deplasarea cvasiorizontală a unor mase

imense de aer.

Vântul este mişcarea aerului datorată maselor de aer cu temperaturi diferite. Temperaturile

diferite sunt cauzate de masele de apă şi pământ care absorb diferit căldura Soarelui. La scară globală

mişcările masive de aer sunt cauzate de diferenţa de temperatură între pământul de la ecuator şi cel

apropiat de poli.

Din măsurătorile efectuate s-a constatat că la nivelul solului rafalele orare, luate ca variaţii ale

vitezei vântului în timp, au o valoare redusă şi prezintă oscilaţii bruşte, pe când la altitudini de 150-

200 m vitezele sunt mai mari, iar variaţiile sunt mult atenuate. Deoarece vântul va bate cât timp

soarele va încălzi Pământul este o sursă de energie regenerabilă, ce este exploatată în prezent pentru

a produce electricitate.

Turbinele eoliene curente funcţionează pe acelaşi principiu ca şi morile de vânt din

antichitate: palele unei elice adună energia cinetică a vântului pe care o transformă în electricitate

prin intermediul unui generator.

Cel mai mare dezavantaj al energiei eoliene este faptul că nu se obţine electricitate când

vântul nu bate sau bate prea slab, motiv pentru care trebuie asigurată o sursă alternativă de

electricitate.

Valorificarea energiei eoliene a început în anii 1970, odată cu prima criză mondială a

petrolului. În anii 1990 a revenit în prim plan din cauza îngrijorărilor generate de impactul asupra

82

mediului a poluării generate de combustibilii fosili. Singurele dezavantaje ale folosirii energiei

eoliene este impactul asupra păsărilor şi impactul vizual asupra mediului.

Unele turbine pot produce 5 MW, deşi aceasta necesită o viteză a vîntului de aproximativ 5,5

m/s, sau 20 km/oră. Puţine zone de pe Pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi în zone oceanice.

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 în prezent. Acest nivel de exploatare ar

necesita ca, 12,7% din suprafaţa Pământului (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de

turbine, presupunând că un kilometru pătrat de teren ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt. Aceste

cifre nu iau în considerare îmbunătăţirea randamentului turbinelor şi a soluţiilor tehnice utilizate.

Puterea turbinelor eoliene produse variază de la câţiva Watt până la 5 MW (prototip). Cele

mai mari capacităţi instalate le au Germania (12001 MW în 2002, acoperind 4,7% din nevoile de

energie electrică), Spania (4830 MW), Danemarca (2880 MW, acoperind 20% din nevoile de energie

electrică). În Germania, puterea medie a turbinelor era în 2002 de 1,4 MW, iar în unele cazuri

înălţimea turnurilor şi diametrul rotoarelor depăşea 100m.

7.2. ENERGIA EOLIANĂ LA NIVEL GLOBAL

Energia eoliană este sursa de energie care creşte ca aport procentual cel mai mult. Pe ultimii

zece ani se poate vorbi de o medie de aproximativ 29% creştere anuală (anul 2005 a înregistrat o

creştere record de 43%), mult peste 2,5% pentru cărbune, 1,8% pentru energie nucleară, 2,5% pentru

gaz natural şi 1,7% pentru petrol. Datorită iminentei crize a combustibililor şi efectelor alarmante ale

încălzirii globale este de aşteptat ca aceste cifre să crească în cazul energiei eoliene. Europa este

continentul care produce cea mai mare cantitate de energie folosind puterea vântului.

Trebuie menţionat că, între anii 1999 şi 2006, producţia energiei eoliene a crescut, practic, de

cinci ori, ajungând, ca, în unele ţări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie

semnificativ:Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

În luna aprilie 2008, capacitatea fermelor eoliene din lume era de 100.000 MW, reprezentând

1,3% din consumul global de energie electrică.

Pentru anul 2010, World Wide Energy Association s-a aşteaptat ca la nivel mondial să se

producă 160 GW de electricitate folosind energie eoliană. Ţara cu cel mai mare procent de

electricitate provenit din energie eoliană este Danemarca, cu aproximativ 20%, iar ţara care produce

cea mai mare cantitate de energie este Germania, cu 38,5 TWh în 2007. Pe continentul nord american

lucrurile se mişcă mai greu, dar se mişcă în direcţia corectă, statele din SUA ce produc cantităţi

însemnate de curent folosind energia eoliană fiind Texas şi California. Pe locul patru la nivel

mondial se situează India cu 6270 MW în 2006. India este totodată şi unul dintre cei mai mari

producători de turbine eoliene.

La nivel individual turbinele eoliene sunt folosite cu precădere de locuinţele din zonele

izolate, unde nu ajunge reţeaua de curent electric sau se doreşte scăderea costului facturilor la

electricitate. Din păcate productivilitatea scăzută a cantităţii de energie ce poate fi produsă face

necesară folosirea energiei eoliene în conjuncţie cu alte mijloace de furnizare a electricităţii.

Dezvoltarea tehnologică a turbinelor va duce la scăderea costurilor de producere a curentului

provenit din energie eoliană, acesta fiind principalul factor motivant pentru folosirea unei surse de

energie alternative. În 2006 în SUA costul unui megawatt de electricitate produs din energie eoliană

se ridică la 55,8$, mai mare decât cei 53,1$ pentru un megawatt produs in cărbune şi 52,5$ pentru un

megawatt produs din gaze naturale. Printre avantajele turbinelor eoliene se numără costurile de

întreţinere relativ scăzute şi costul marginal scăzut.

83

7.3. AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE PRIVIND UTILIZAREA SISTEMELOR EOLIENE

Avantajele utilizării sistemelor eoliene

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.

Menţionăm câteva avantaje ale energiei eoliene:

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. 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.

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.

Dezavantajele utilizării sistemelor eoliene:

resursa energetică relativ limitată;

inconstanţa datorită variaţiei vitezei vântului şi numărului redus de amplasamente

posibile. Puţine locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii de 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;

de asemenea produc "poluare sonoră" (sunt prea gălăgioase);

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.

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.

Chiar dacă eolienele de primă generaţie erau deranjante din punct de vedere sonor, se pare că,

în prezent, dezvoltările tehnologice au permis reducerea considerabilă a zgomotului produs de astfel

84

de instalaţii. Astfel, pe scara surselor de zgomot, eolienele se situează undeva între zgomotul produs

de un vânt slab şi zgomotul din interiorul unei locuinţe, respectiv la aproximativ 45 dB. Evoluţia

nivelului sonor în funcţie de numărul de eoliene este logaritmică, respectiv instalarea unei a doua

eoliene determină creşterea nivelului sonor cu 3 dB şi nu dublarea acestuia.

Pentru diminuarea poluării sonore există mai multe căi:

multiplicatoarele sunt special concepute pentru eoliene. În plus, se încearcă

favorizarea acţionărilor directe, fără utilizarea multiplicatoarelor;

profilul palelor face obiectul unor cercetări intense pentru reducerea poluării sonore

determinată de scurgerea vântului în jurul palelor sau a emisiilor datorate nacelei sau pilonului.

Arborii de transmisie sunt prevăzuţi cu amortizoare pentru limitarea vibraţiilor;

antifonarea nacelei permite, de asemenea, reducerea zgomotelor.

7.4. STOCAREA ENERGIEI EOLIENE

Viteza vântului variază în timp, astfel şi puterea extrasă variază în timp. Din acest punct de

vedere sursa de energie eoliană este incomodă faţă de sursele clasice.

Vechile mori măcinau când bătea vântul sau pompele utilizate pentru evacuarea apelor din

polderele olandeze pompau când bătea vântul.

Unele utilizări ale agregatelor mici pentru gospodării tolerează această neuniformitate şi în

prezent. Majoritatea aplicaţiilor moderne sunt însă deranjate de regimul vântului. Aceste sisteme nu

pot fi concepute fără stocări sau compensări cu alte surse. Energia vântului valorificată economiseşte

alte surse de energie convenţionale.

Se întâlnesc două situaţii distincte:

agregate aeroelectrice cuplate la sistemul național sau regional;

agregate insulare pentru utilizări diverse.

În primul caz se situează centralele aeroelectrice dar şi agregatele mici aeroelectrice în zone

în care pot fi conectate la reţeaua electrică. Când bate vântul aceste centrale şi agregate izolate

injectează enegie în sistemul de transport, economisind surse termoelectrice dar mai ales

hidroelectrice care dispun de lacuri de acumulare.

Sistemele insulare de putere mică trebuie să rezolve stocarea pe plan local. Soluţiile sunt:

stocarea în acumulatoare electrice;

sisteme mixte vânt – hidro;

sisteme mixte vânt - generator termoelectric (sisteme vânt - Diesel), eventual și

generatoare de gaz sau biogaz;

stocări în rezervoare de apa;

stocări în aer comprimat.

Aceste sisteme mixte sau hibride sunt actuale pentru consumatori izolaţi la care dezvoltarea

reţelelor electrice nu este economică.

Datorită caracterului aleator manifestat prin variaţia continuă a elementelor caracteristice,

energia eoliană fiind dependentă de anotimp şi amplasament, s-a impus căutarea unor soluţii de

înmagazinare, de stocare a acesteia sub diferite forme, pentru ca apoi să poată fi utilizată în funcţie

de necesităţi. Acumularea energiei obţinute din vânt este de importanţă majoră, întrucât necesarul de

energie nu corespunde întotdeauna în timp cu existenţa fenomenelor care generează această energie.

Mijloacele tehnice care ne stau astăzi la dispoziţie permit stocarea energiei eoliene în:

acumulatoare electrice clasice (acide și alcaline)

acumulatoare hidraulice

aer comprimat

hidrogen (prin hidroliza apei).

Bateriile de acumulare clasice pot înmagazina cantităţi suficiente numai pentru

aprovizionarea cu energie a unor consumatori izolaţi şi numai pentru câteva zile. Se urmăreşte în

85

general satisfacerea consumurilor de primă necesitate. Energia înmagazinată în acumulatoare acide

sau alcaline nu poate depăşi 5 kwh.

Prin utilizarea instalaţiilor eoliene pentru pomparea şi stocarea apei în rezervoare amenajate

la cote superioare se urmareşte ca, în funcţie de cerinţe, aceasta să antreneze ulterior, prin cădere,

turbine hidraulice dimensionate corespunzător. Pompajul hidraulic este folosit în special în cadrul

amenajărilor eoliene mari, pentru orice valoare a energiei, şi mai ales în avalul unor amenajări

hidroenergetice, pentru repomparea apei în sistem, beneficind de existenţa acumulatorului hidraulic

(figura 7.1.).

Fig. 7.1. Schema de stocare a energiei eoliene în acumulatoare hidraulice

Producerea aerului comprimat pentru energii până la 10 kWh, este posibilă prin cuplarea unui

compresor de aer la maşina eoliană, energia pneumatică obţinută putând fi înmagazinată în recipienţi

special concepuţi în acest scop şi utilizată pentru diverse folosinţe, inclusiv pentru acţionarea unor

turbine de gaz, cuplate la generatoare de curent electric, în perioadele lipsite de vânt (fig 7.2.).

Fig.7.2. Schema de stocare a energiei eoliene în acumulatoare pneumatice

În cazul valorificării industriale în centrale cu putere instalată mare, de ordinul megawaţilor,

energia obţinută din vânt poate fi injectată direct în sistemul energetic naţional, de unde poate fi

extrasă în funcţie de necesităţi.

86

7.5. TIPURI DE TURBINE EOLIENE

Tubine eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică, având înălţimi de 0,1 – 0,5 din înălţimea

rotorului.

Aceasta permite amplasarea întregului echipament de conversie a energiei (multiplicator,

generator) la piciorul eolienei, facilitând astfel operaţiunile de întreţinere.

În plus, nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului, ca în cazul

eolienelor cu ax orizontal.

Totuşi, vântul are intensitate redusă la nivelul solului, ceea ce determină un randament redus

al eolienei, aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vânt.

În plus, aceste eoliene trebuiesc antrenate pentru a porni, pilonul este supus unor solicitări

mecanice importante.

Cele mai răspândite două structuri de eoliene cu ax vertical se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale sau a variaţiei periodice a incidenţei:

Rotorul lui Savonius (figura 7.3.) în cazul căruia, funcţionarea se bazează pe principiul

tracţiunii diferenţiale.

Eforturile exercitate de vânt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi diferite.

Rezultă un cuplu care determină rotirea ansamblului.

Fig. 7.3. Rotorul Savonius

Rotorul lui Darrieus (figura 7.4.) se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei.

Un profil plasat într-un curent de aer, în funcţie de diferitele unghiuri, este supus unor forţe

ale căror intensitate şi direcţie sunt diferite.

Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor care roteşte dispozitivul.

87

Fig.7.4. Rotorul lui Darrieus

Turbine eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vânt. Cel mai

adesea, rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic, deoarece astfel se obţine

un bun compromis între coeficientul de putere, cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian, ca şi o

ameliorare a aspectului estetic, faţă de rotorul cu două pale.

Turbinele eoliene cu ax orizontal sunt cele mai utilizate, deoarece randamentul lor

aerodinamic este superior celui al turbinelor eoliene cu ax vertical, sunt mai puţin supuse unor

solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut.

Există două tipuri de turbine eoliene cu ax orizontal:

- amonte: vântul suflă pe faţa palelor, faţă de direcţia nacelei. Palele sunt rigide,

iar rotorul este orientat, cu ajutorul unui dispozitiv, după direcţia vântului

(figura 7.5.).

Fig.7.5. Turbină eoliană amonte

- aval: vântul suflă pe spatele palelor, faţă de nacelă. Rotorul este flexibil şi se

auto- orientează (figura 7.6.).

88

Fig.7.6. Turbină eoliană aval

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată, deoarece este mai simplă şi dă cele mai

bune rezultate la puteri mari: nu are suprafeţe de direcţionare, eforturile de manevrare sunt mai

reduse şi are o stabilitate mai bună.

Palele turbinelor eoliene cu ax orizontal trebuiesc întotdeauna, orientate în funcţie de direcţia

şi forţa vântului. Pentru aceasta, există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vântului şi de

orientare a palelor, în funcţie de intensitatea acestuia.

7.6. ALCĂTUIREA ŞI FUNCŢIONAREA UNEI TURBINE EOLIENE

Turbina eoliana este alcătuită din:

pale-forma şi concepţia lor este esenţială pentru a asigura forţa de rotaţie necesară.

Acest design este propriu fiecărui tip de generator electric;

nacela- conţine generatorul electric asigurând şi o protecţie mecanică;

pilon- asigură structura de susţinere şi rezistenţă a asamblului superior;

fundaţie- asigură rezistenţa mecanică a generatorului eolian (figura 7.7 a şi b.).

89

Fig. 7.7a. Turbina eoliană- părţi componente

Fig.7.7b.- Turbina eoliană- părţi componente(generatorul)

Funcţionarea unei turbine eoliene(figura 7.8.)

Sistemul se bazează pe un principiu simplu. Vântul pune în mişcare palele care, la rândul lor

acţionează generatorul electric. Sistemul mecanic are în componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţionează direct axul central al generatorului electric. Curentul electric obţinut este, fie transmis

spre înmagazinare în baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui invertor DC-AC (în cazul turbinelor de

mică capacitate), fie livrat direct reţelei de curent alternativ (AC) spre distribuitori.

90

Fig.7.8. Funcţionarea unei turbine eoliene

7.7. ENERGIA EOLIANĂ ÎN ROMÂNIA

Conform Programului privind strategia energetică a României, în 2010 ţara noastră a trebuit

să asigure din surse regenerabile 33 % din consumul intern brut, cota urmând să ajungă la 35% în

2015 şi la 38% în anul 2020.

Dar, trebuie să menţionăm că, România înregistrează una dintre cele mai rapide creşteri ,în

cadrul UE, în domeniul energiei eoliene; capacitatea totală instalată a atins deja 462 MW(de 33 de

ori mai mult decât în 2009). La sfârşitul semestrului I al acestui an-2011- erau operaţionali 570 MW

şi, potrivit estimărilor Asociaţiei Române pentru Energie Eoliană capacitatea instalată de producţie a

energiei eoliene ar ajunge , la finele anului, la 1000 MW, aceasta însemnând dublu faţă de 2010.

Ministerul Economiei, Comerţului şi Mediului de Afaceri estimează că, peste 20-25 de ani

producţia de energie electrică va fi asigurată la nivel naţional, în principal, de centrale

nuclearoelectrice şi de turbine eoliene.

Potenţialul României în domeniul energiei eoliene este de 14000 MW instalaţi (respectiv 23

000 GWh, producţie de energie electrică pe an), aproape cât întreaga capacitate existentă în toate

tipurile de unităţi de producţie a energiei(Sursa: publicaţia „Univers Ingineresc”, nr. 18, din sept.

2011 ).

Este absolut necesar să fie prezentată o hartă a României cu potenţialul energetic eolian de

care dispune ţara noastră.

91

Fig. 7.9. Potenţialul energetic eolian al României

Considerând doar potenţialul tehnic şi economic amenajabil, de circa 2500 MW, producţia de

energie electrică corespunzătoare ar fi de aproximativ 6000 GWh pe an, ceea ce ar însemna 11% din

producţia totală de energie electrică a ţării noastre.

Pentru a întelege semnificaţia cifrelor de mai sus consideram că este necesar să subliniem

câteva lucruri:

6000 GWh se pot obţine prin aderarea a 6,5 milioane tone de cărbune, 1,5 miliarde m3

de gaz sau 1,2 milioane tone păcură;

6000 GWh = 1 200 000 tone păcură = 300 000 000 $ anual, altfel spus o reducere a

imporurilor de păcură cu peste 1,2 milioane tone şi o economie anuală de peste 300 milioane de

dolari.

6000 GWh energie electrică produsă în termocentrale pe cărbune, duc la eliminarea în

atmosferă a peste 7 milioane tone bioxid de carbon. Prin producerea aceleiaşi cantităţi de energie în

centralele eoliene emisiile de bioxid de carbon ar fi zero.

6000 GWh energie electrică produsă în centrale eoliene ar duce la crearea unui număr

de peste 7.500 locuri de muncă permanente şi cel puţin încă pe atât locuri de muncă temporare.

În Germania, făcând comparaţie între numărul de locuri de muncă din domeniul energiei

eoliene şi cel al energiei nucleare, raportul este de 10 la 1 în favoarea energiei eoliene, calculele

arătând că, aceeaşi unitate energetică creează de 10 ori mai multe locuri de muncă.

92

CAPITOLUL 8. BIOMASA - SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ

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. Ea 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.

8.1. FORME DE VALORIFICARE ENERGETICĂ A BIOMASEI (BIOCARBURANŢI)

În ultimele câteva sute de ani, omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune.

Acest combustibil fosil a rezultat în urma unor transformări chimice îndelungate. Combustibilii fosili

sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa proaspătă. Cu toate

acestea, ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza timpului îndelungat de care au

nevoie pentru a se forma. În aceeaşi situaţie se află şi gazele naturale şi petrolul.

Azi, omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile. După energia solară,

biomasa a fost folosită în scopuri energetice.

Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de carbon şi, prin

urmare, ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta.

Astăzi, cercetările se concentrează pe conversia biomasei în alcool, care ar putea servi drept

carburant pentru suplimentarea şi chiar înlocuirea benzinei şi a motorinei. Alte forme lichide de

energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale. Metanolul produs prin distilarea lemnului şi a

deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi industrie, la preţuri

care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din lichefierea carbonului.

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin, dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare, cum sunt porumbul sau grâul. Dacă însă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole, deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari, efortul s-ar justifica pentru că

se reciclează deşeurile.

Există o largă varietate de surse de biomasă, printre care se numără copacii cu viteză mare de

dezvoltare (plopul, salcia, eucaliptul), trestia de zahăr, rapiţa, plantele erbacee cu rapiditate de

creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi din construcţii,

paiele şi tulpinele cerealelor, deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului, deşeurile de hârtie şi

uleiurile vegetale uzate. Principala resursă de biomasă o reprezintă însă lemnul.

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale României, în

prezent ţara noastră îşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse hidro.

Exploatarea biomasei câştigă însă tot mai mult teren şi la noi.

Oficialii de la Bruxelles cer ca 20% din carburantul utilizat în 2020 să fie biogaz (în anul

2010 procentul a fost de 6% ). Pentru a atinge acest obiectiv, guvernul britanic a redus taxele asupra

biocarburanţilor cu 0,30 de euro pe litru, în timp ce reprezentanţii Uniunii Europene au dat,

agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc combustibili verzi (biogaz sau

alcool) (o perioadă, pentru că, pe măsură ce suprafeţele ocupate de plante ce produc biocombustibili

au crescut, subvenţiile acordate de UE au suferit modificări) .

Utilizaţi la scară mică, biocarburanţii sunt inofensivi. Dar, susţin unii specialişti în domeniul

energiei, proiectele Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de

combustibil, ceea ce nu reprezintă tocmai un demers ecologic.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Biocarburan%C8%9Bi

93

Produse energetice finale rezultate din biomasă

Biomasa acoperă un evantai larg de filiere de producţie cu numeroase tipuri de resurse, un

anumit număr de tehnologii de conversie şi trei produse energetice finale:

Căldură

Energie electrică

Combustibili lichizi pentru transport

Ea utilizează:

Plantele oleaginoase (rapiţa, floarea soarelui, soia)

Plantele cu zahăr şi amidon (sfecla de zahăr, cereale, sorgul dulce)

Biomasa solidă (lemnul, paiele, turba)

Biomasa umedă (deşeuri organice, bălegarul)

Contrar altor resurse energetice, utilizarea biomasei are două avantaje: pe de o parte se

produce energie, iar pe de altă parte se scapă de deşeuri, care reprezintă un risc potenţial pentru

mediu.

a) Producţia de căldură

Arderea lemnului pentru a produce căldură este unul din principalele moduri de a genera

bioenergie. În funcţie de volum se pot utiliza mai multe sisteme: sobele cu lemne, casnice, care

utilizează buşteni sau granule; cazane care ard talaş; cazane mari, capabile să ardă o gamă largă de

combustibili, de la deşeuri de lemn până la combustibil extras din gunoaie.

b) Energie electrică, sau cogenerare de căldură şi energie electrică

Arderea este principala opţiune exploatată în prezent în acest domeniu, însă apar noi

tehnologii: gazeificarea (tratarea termică a biomasei, care permite obţinerea unui amestec de gaze ce

pot fi utilizate pentru generarea de energie); piroliza (degradarea termică a lemnului, care este

transformat în lichid, biouleiul); fermentarea anaerobă (proces biologic care converteşte biomasa în

biogaz, în principal metan şi CO2; cogenerarea, similară celei aplicate combustibililor fosili pentru

creşterea eficienţei energetice globale, ajungându-se la un randament global de 80-90%, faţă de 30-

40% în cazul unei centrale termoelectrice clasice. Utilizarea deşeurilor urbane pentru a genera

energie electrică şi căldură este tot mai mult acceptată ca o manieră importantă de a reduce costul

colectării deşeurilor, constituind totodată o strategie interesantă pentru o dezvoltare urbană durabilă.

Astfel este posibil să se transforme gunoiul menajer în biogaz, în vaste întreprinderi industriale de

producere a metanului (metanizare - ca la Seine – Saint Denis, în Franţa) în scopul de a reduce cât

mai mult cantitatea de deşeuri şi de a utiliza o parte din deşeurile menajere cu putere calorică mai

mare, combinate cu combustibili tradiţionali, pentru cogenerarea de căldură şi energie electrică.

Totuşi, trebuie menţionat că utilizarea deşeurilor urbane pentru cogenerarea de căldură şi energie

electrică prezintă şi riscuri şi inconveniente, ceea ce face această metodă puţin atrăgătoare.

Compostarea deşeurilor urbane comportă diverse riscuri şi prezintă conotaţii socioculturale negative,

cum ar fi potenţialul de transmitere a bolilor şi a agenţilor patogeni; ea presupune de asemenea şi un

cost suplimentar pentru transportul materiilor prime şi a produselor finale, costuri salariale pentru

colectarea şi trierea deşeurilor, precum şi degradarea calităţii vieţii în vecinătatea întreprinderilor de

tratare.

c) Biocombustibilii lichizi

Uleiurile vegetale, esterii metilici şi biodiesel-ul pot fi utilizate în motoarele automobilelor,

fie în stare pură, fie în amestec cu motorină. Etanolul (un biocombustibil lichid produs prin

fermentarea materiilor prime pe bază de sfeclă, urmată de o distilare) poate fi folosit în motoarele pe

benzină. Se pot obţine, de asemenea, biocombustibili lichizi pornind de la biogaz îmbogăţit (metan)

şi se dezvoltă în prezent producerea lor din materii prime pe bază de lemn.

94

În UE se pune tot mai mult accent pe obţinerea de biocombustibili lichizi din seminţele unor

plante de cultură, dar mai ales din seminţele de rapiţă (Brassica napus L. ssp. oleifera DC).

Valoarea energetică a uleiului de rapiţă şi a seminţelor în general este foarte ridicată. La o

producţie de 3,2 t/ha seminţe, rezultă 1,4 t ulei/ha, cu 1302*107 calorii – valoare energetică şi un total

de 1845*107 calorii /ha. Este considerat o sursă alternativă de energie – biocarburant pentru

motoarele Diesel, fie ca atare sau de ester metilic, în cadrul eforturilor globale de diminuare a

consumului combustibililor fosili în curs de epuizare şi a efectului „de seră” intensificat prin arderea

acestora.

Diesterul – produsul tehnic pe bază de ester metilic – rapiţă, realizat în Austria, Germania,

Franţa, Italia are performanţe tehnice superioare de combustibil, este biodegradabil, nu este toxic

pentru organismele acvatice, emite puţin fum prin ardere, nu degajă oxizi de sulf, responsabili de

ploile acide, nu conţine hidrocarburi aromatice, dar emite oxizi de azot.

Pentru România se propune crearea unui sistem integrat de producere a biocombustibilului,

care să includă şi diesterul metilic de rapiţă, astfel încât să se asigure fiecare formă o utilizare mai

eficientă a energiei, acompaniată de protecţia mediului.

Uleiul de rapiţă este un lubrifiant al sistemelor mecanice, oferind o mai buna protecţie la

uzură, cu un impact mai redus asupra mediului, comparativ cu lubrifianţii minerali, fiind mai puţin

volatil decât aceştia.

Dacă biomasa se gestionează de manieră durabilă, arderea ei nu produce aceleaşi efecte ca

cele ale combustibililor fosili: vegetalele suplimentare recoltate ca sursă viitoare de biomasă

consumă dioxid de carbon prin procesul de fotosinteză, astfel că, global, emisiile de CO2 sunt mai

mici în cursul procesului de ardere, faţă de arderea combustibililor fosili.

Avantaje ale utilizării biomasei , ca sursă de energie

Biomasa, ca sursă de energie, are următoarele avantaje:

componentele sale sunt foarte uşor de procurat;

securitatea aprovizionării este garantată (poate fi stocată în cantităţi mari);

tehnologia ei contribuie la crearea de locuri de muncă stabile, în special în regiunile

rurale;

oferă bune oportunităţi de a exporta tehnologii de dezvoltare şi know-how (savoir-faire);

utilizarea ei contribuie la atenuarea emisiilor de CO2 şi la reducerea altor emisii, de

exemplu SOx.

Totuşi, vegetalele sunt foarte puţin eficiente în ceea ce priveşte conversia energiei solare în

biomasă şi este necesar să se consacre suprafeţe considerabile de terenuri cultivate pentru a obţine

acelaşi randament energetic. Conform unor estimări, ar trebui circa 600 ha de vegetale recoltate

pentru a obţine 1 MW într-o centrală electrică.

8.2. BIOCOMBUSTIBILII

Biocombustibilii sunt combustibili solizi, lichizi şi gazoşi obtinuţi din biomasă, plante

ierboase sau lemnoase, deşeuri agricole şi forestiere, deşeuri organice municipale şi industriale.

Criza mondială de energie din ultimul timp a pus pe jar comunitatea ştiinţifică internaţională.

Preţul ţiţeiului este tot mai greu de controlat. De aceea, trebuie căutate noi metode de a obţine

combustibili “pe cale naturală”.

Se pare că soluţia cea mai bună o reprezintă înlocuirea combustibililor convenţionali, fosili cu

combustibili obţinuţi din surse regenerabile. Aceştia se numesc biocombustibili şi deja s-a început

procesul de substituire treptată a combustibililor convenţionali cu acest nou tip de carburant.

95

Din ce se pot obţine biocombustibilii?

După cum o spune şi definiţia lor – din resurse regenerabile, adică dintr-o materie primă care

poate fi refăcută permanent. O sursă permanentă de materie energetică o reprezintă plantele care

conţin glucide sau poliglucide care înmagazinează energie. O astfel de plantă este porumbul.

Orice crescător de animale ştie că porumbul conţine mult amidon, care este transformat de

animalul care îl consumă în energie, care, dacă depăşeşte necesităţile energetice ale organismului

este stocată sub formă de ţesut adipos. Amidonul poate fi transformat însă cu ajutorul enzimelor în

glucoză, care poate fi fermentată cu ajutorul microorganismelor în etanol. Iată, deci o altă modalitate

de a exploata energia înmagazinată în porumb, şi anume transformarea ei în etanol, care poate fi

amestecat cu benzina şi ars în motoare.

Pe lângă porumb, se mai folosesc şi alte produse vegetale pentru obţinerea de

biocombustibili: sfecla de zahăr, soia, rapiţa, sau chiar uleiurile rezultate de la restaurante după

prăjirea alimentelor.

Biocombustibilii şi depoluarea La nivel planetar, se “consumă” anual prin fotosinteză cca. 770x109 t de CO2, în timp ce sunt

emise în atmosferă cca. 797x109 t/an (Klass, 1998). Cantitatea totală de CO2 din atmosfera terestră

este de 2567x109 t. Astfel, se poate vedea că fotosinteza utilizează doar cca. 30 % din cantitatea de

CO2 şi deci că emisiile de CO2 exced consumul prin fotosinteză cu 27x109 t în fiecare an (cca. 1 %),

fapt ce conduce implicit (dacă nu se modifică nivelul absorbţiei) la dublarea concentraţiei de CO2 la

fiecare 100 de ani.

In acest moment, în ţara noastră utilizarea combustibililor de tip bio la motoarele

autovehiculelor rutiere este cu mult sub cerinţele impuse de asigurarea unui mediu mai curat.

Biomasa, materia primă pentru biocombustibili

Biomasa contribuie cu 14% la consumul mondial de energie primară, iar pentru trei sferturi

din populaţia globului care trăieşte în ţările în curs de dezvoltare aceasta reprezintă cea mai

importantă sursă de energie.

În prezent, în UE, 4% din necesarul de energie este asigurat din biomasă.

Folosită atât pentru obţinerea de curent electric, cât şi a agentului termic pentru locuinţe,

energia extrasă din biomasă ridică, mai nou, probleme de etică, întrucât în multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană, decât de combustibili.

Deşi folosirea biomasei în scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene,

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări. Motivele

scepticilor sunt două: poluarea şi lipsa de hrană.

Biomasa este ansamblul materiilor organice nonfosile, în care se înscriu: lemnul, pleava,

uleiurile şi deşeurile vegetale din sectorul forestier, agricol şi industrial, dar şi cerealele şi fructele,

din care se poate face etanol.

La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili, energia produsă din biomasă provine

din energia solară înmagazinată în plante, prin procesul de fotosinteză.

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea: combustibilii fosili nu

pot fi transformaţi în energie utilizabilă decât după mii de ani, în timp ce energia biomasei este

regenerabilă, putând fi folosită an de an.

Prima generatie de biocombustibili

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică probleme etice, cum ar fi concurenţa

între produsele alimentare şi carburanţi.

Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei obţinuţi din diverse culturi precum grâu, porumb,

sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din rapiţă, floarea-soarelui, arahide, palmier de ulei pentru

filiera biodiesel.

96

A doua generatie de biocombustibili

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase, din reziduuri

alimentare şi industriale. În acest sens, oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor din cea

de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic.

Ţări precum Germania, Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat sistemul de

biocarburanţi din cea de-a doua generaţie, dar costurile pentru construcţia unor astfel de biorafinării

sunt foarte mari.

Pe de altă parte, aceşti specialişti au sugerat că reîmpăduririle şi protejarea habitatelor

constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de gaze cu efect de seră. Ei susţin că pădurile

ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decât ar putea-o face utilizarea de biocarburanţi în aceeaşi

arie. Dimpotrivă, producerea de biocarburant ar duce la alte defrişări.

Întrucât dezvoltarea industriei de bioetanol din cereale a dus la creşterea preţului acestora, se

promovează cercetările pentru obţinerea de biocombustibili din biomasă lignocelulozică (paie,

coceni, plante nefurajere şi nealimentare etc) sau din dejecţii şi deşeuri (gunoi de grajd, ape uzate,

gunoaie orăşeneşti, deşeuri industriale etc).

Biocombustibilii solizi se obţin cel mai simplu, din biomasă vegetală nevaloroasă. Există

echipamente de producere a brichetelor (peleţilor), fixe, sau chiar şi mobile, care convertesc

deşeurile celulozice (rumeguş, paie, alte produse vegetale, care nu sunt valorificate în alt mod, sau

pur şi simplu sunt arse pe câmp fără a se folosi acea energie degajată) într-o marfă vandabilă.

Biocombustibilii lichizi sunt biodieselul şi bioetanolul.

Tipuri de biocombustibili:

Biocombustibil Ce este? Argumente Pro Argumente Contra

Eta

nol

din

bio

mas

ă

agri

col

ă

Alcool obţinut prin

fermentarea cerealelor,

plantelor tehnice şi altor surse

vegetale.

Combustibil cu cifră octanică

mare şi emisii reduse de gaze

cu efect de seră.

Dificultăţi în transportul prin

conducte, consumă cantităţi

mari de biomasă agricolă

alimentară sau furajeră.

Eta

nol

din

lign

oce

lul

oză

Alcool obţinut prin conversia

biomasei lignocelulozice la

glucide fermentescibile

urmată de fermentarea

acestora la etanol.

Combustibil cu cifră octanică

mare şi emisii reduse de gaze

cu efect de seră. Nu utilizează

materii prime alimentare sau

furajere.


conducte. Este mai scump

decât etanolul din cereale.

Bio

gaz

Amestec de gaze in care

predomină metanul, obţinut

prin fermentarea anaerobă a

gunoiului sau altor deşeuri

sau subproduse agricole,

menajere sau industrial.

Materia primă este

nevaloroasă, rol important în

managementul deşeurilor.

Poate fi o sursă de energie în

comunităţi rurale, sau zone

sărace ale globului.

Este greu de lichefiat şi de

aceea nu poate fi folosit în

transporturi. Comoziţia lui este

heterogenă, în funcţie de

materia primă şi tehnologie.

Bio

die

s

el Un carburant asemănător

motorinei, obţinut din uleiuri

vegetale.

Reduce emisiile şi este

lubrifiant pentru motoare.


conducte. Nu este agreat de toţi

constructorii de motoare şi

automobile.

Motorină

regen

erabilă

Un carburant asemănător

motorinei, obţinut din grăsimi

vegetale şi hidrocarburi.

Corespunde standardelor

pentru motorină cu conţinut

foarte scăzut de sulf, adaosul

de grăsimi animale

îmbunătăţeşte proprietăţile de

igniţie; poate fi transportat

prin conducte

Emisiile sunt mai ridicate ca în

cazul biodieselului.

Bio

b

uta

n

ol Combustibil alcoolic,

asemănător etanolului.

Mai uşor de transportat, mai

puţin coroziv în conducte

decât etanolul.

Nu se produce încă la

capacitate mare.

97

a) Etanol din biomasă agricolă

Etanolul din biomasă agricolă este un alcool obţinut prin fermentarea cerealelor, plantelor

tehnice şi altor surse vegetale.

Spre deosebire de biomasa forestieră, care este disponibilă pe toată perioada anului, biomasa

agricolă nu este, de obicei, disponibilă decât o dată pe an.

Intrări:

Cereale

Melasă

Coceni

Rumeguş

Borhot

Plante energetice

Deşeuri

Ieşiri:

Alcool

CO2

Glicerol

Sustanţe chimice

Subst. Solubile

Drojdie

Aditivi furajeri

Biorafinărie

b) Etanol din biomasa lignocelulozica

Subprodusele sau deşeurile rezultate din activităţi agricole sau industriale şi care conţin

celuloză (paie, coceni, hârtie etc) reprezintă o sursă importantă de energie nevalorificată

corespunzător.

Deşeurile celulozice pot fi hidrolizate la glucide simple, fermentescibile (glucoză, celobioză,

xiloză etc), care pot fi fermentate la etanol, butanol, sau alţi compuşi care pot fi carburanţi sau

materie primă pentru industria chimică.

Pentru a fi viabil din punct de vedere economic, costul de producţie a etanolului din biomasă

lignocelulozică, trebuie să fie competitiv cu ceilaţi biocombustibili.

Etanolul din lignoceluloză este un alcool obţinut prin conversia biomasei lignocelulozice la

glucide fermentescibile, urmată de fermentarea acestora la etanol.

c) Biogaz

Amestecul gazos format din metan (maximum 80%) şi dioxid de carbon (minimum 20%),

alături de care se întâlnesc cantităţi mici de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptan, vapori de apă,

precum şi urme de amoniac, azot, indol şi scatol constituie biogazul; se formează prin

descompunerea substanţelor organice în mediu umed şi lipsă de oxigen. Componentul de bază a

biogazului este metanul.

Primele descrieri a biogazului sunt efectuate de către fizicianul Volta la sfârşitul secolului al

XVII-lea. Volta a extras pentru prima dată metanul din gazele de mlaştină.

Ca materie primă pentru formarea biogazului serveşte biomasa, ce reprezintă materiale

vegetale reziduale. Celuloza este principalul component a materiei organice utilizate la formarea

biogazului. Conţinutul celulozei în materia organică este de circa 50%. Dintre componentele chimice

ale materiei organice, gradele cele mai ridicate de conversiune în biogaz au celulozele,

hemicelulozele şi grăsimile.

98

Procesul de formare a biogazului, fermentarea anaerobă, are loc la temperaturi între 20-45°C,

în prezenţa a două specii de bacterii:

Bacilus cellulosae methanicus, responsabil de formarea metanului

Bacilus cellulosae hidrogenicus, responsabil de formarea hidrogenului

Ulterior, aceste două specii au fost reunite sub denumirea comună de methano-bacterium.

Fermentarea anaerobă nu poate avea loc în prezenţa luminii şi oxigenului, în lipsa unui mediu

cu umiditate mare. La descompunerea materiei organice participă şi microorganisme fermentative

nespecializate: bacterii celulozice, lactice, acetice, sulfat-reductoare şi denitrificatoare, precum şi

numeroase specii de ciuperci şi unele drojdii. Microorganismele menţionate îşi petrec activitatea în

prima fază a fermentării.

Cel mai ridicat potenţial îl are procesul de fermentare anaerobă la temperaturi în jur de 40°C.

Prin fermentarea anaerobă, microorganismele descompun materia organică, eliberând o serie de

metaboliţi, în principal bioxid de carbon şi metan.

În functie de materia primă, cantitatea de metan în biogaz este de 35-80%. Cantitatea maximă

de metan se obţine la fermentarea resturilor animaliere, în special de la complexele avicole.

În prezent există circa şapte procedee de recuperare a energiei din reziduurile organice

agricole: fermentarea anaerobă la temperatura mediului ambiant, fermentarea anaerobă la temperaturi

ridicate, descompunere anaerobă termofilă, distilarea distinctivă, compostarea, incinerarea şi

transferul de căldură.

Biogazul necesită a fi prelucrat până la utilizare. De obicei este trecut prin separatoare

speciale, unde metanul este separat de restul gazelor.

Utilizarea biogazului brut (preseparat) poate duce la intoxicare, deoarece în componenta

acestuia se gasesc gaze toxice.

Metanul este componentul care conferă biogazului valoare energetică. În stare pură este un

gaz combustibil, lipsit de culoare, miros sau gust; mai uşor decât aerul (M=16); arde cu flacără

albăstruie; are o putere calorică de 97 MJ pe mililitru (puţin mai mult ca motorina).

Biogazul, comparativ cu metanul pur, are o putere de 25 MJ/ml, din cauza prezenţei în el a

bioxidului de carbon şi altor gaze. Metanul nu se lichefiază la temperatura mediului ambiant (de la -

20°C până la +40°C). Se păstrează la presiuni joase în containere cu volum mare sau presiuni ridi-

cate în volume mici.

Metanul se întrebuinţează ca agent energetic. Este un combustibil superior cărbunelui şi chiar

unor produse petroliere prin puterea calorică mai mare, cheltuieli de exploatare şi transport mai

redus. Poate fi utilizat la obţinerea hidrogenului prin descompunere sau prin oxidare, când se obţine

carbon, vapori de apă sau oxizi de carbon şi hydrogen.

Ca atare,biogazul este este termenul folosit pentru amestecul de gaze(metan, hidrogen și

bioxid de carbon etc.) de origine biogenă, care iau naștere prin procesele de fermentație sau

gazeificare a diferite substanțe organice.

Aceste gaze servind prin ardere ca sursă energetică (energie biogenă). Energia obținută din

acest lanț, biomasă→biogaz→curent electric și agent termic, se numește energie regenerabilă, pe

următorul considerent: dioxidul de carbon eliminat în atmosferă la arderea biogazului, reprezintă o

cantitate cel mult egală cu cu cantitatea asimilată de plantele sau nutrețurile consumate de animale,

în perioada lor vegetală.

În ideea protocolului de la Kyoto, biogazul reprezintă un circuit închis de dioxid de carbon,

spre deosebire de carburanții fosili (gaz metan, cărbune, țiței) la arderea cărora se degajă dioxid de

carbon care a fost asimilat cu multe mii de ani în urmă.

Biogazul provenind din bălegar poate încălzi locuinţele; purificat şi comprimat, el poate

alimenta maşinile agricole.

Utilizarea deşeurilor animaliere sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea,

minimizând problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie.

99

d) Biodiesel

Biodieselul este un biocombustibil sintetic lichid care se obţine din lipide naturale , ca uleiuri

vegetale sau grasimi animale, noi sau folosite, prin procese industriale de esterificare şi trans-

esterificare. Se poate folosi în substituirea totală sau parţială a petro-dieselului.

Biodieselul poate să se amestece cu motorină care provine din rafinarea petrolului în diferite

cantităţi. Se folosesc abrevieri potrivit procentajului de biodiesel din amestec: B100 în cazul folosirii

de 100% biodiesel, sau notaţii ca B5, B15 sau B30 unde numărul indică procentajul de volum

biodiesel din amestec.

Uleiul vegetal, ale cărui propietăţi pentru impulsarea motoarelor se cunosc de la inventarea

motorului Diesel datorită rezultatelor lui Rudolf Diesel. La începutul secolului XXI, în contextul

căutării de noi surse de enegie şi a îngrijorării privind încălzirea globală, s-a impulsat folosirea lor în

locul derivaţilor din petrol.

Biodieselul descompune cauciucul natural, de aceea este necesar substituirea prin elastomeri

sintetici în cazul folosirii de amestecuri cu un înalt conţinut de biodiesel.

Impactul ambiental si consecinţele sociale din previzibila producţie şi comercializare masivă,

în special în tările în curs de dezvoltare sau în lumea a treia, este obiectul între specialişti şi diferite

agenţi sociali, guvernamentali şi internaţionali.

Carburanţii biodiesel sunt o alternativă ecologică la motorină, fiind cu mult mai puţin

poluanţi, dar oferă şi avantajul ca pot fi produşi din mai multe surse regenerabile, principala

modalitate folosită fiind uleiurile vegetale.

Biodieselul are şi câteva dezavantaje, precum:

o durată de păstrare mai redusă decât a motorinei (circa opt luni)

putere mai mică a motoarelor alimentate cu biodiesel, faţă de cele alimentate cu motorină

punct de inflamabilitate mai ridicat decât al motorinei

o vâscozitate mai mare decât motorina, în anumite perioade ale anului, care pune unele

probleme motoarelor

Toate aceste deficienţe pot fi remediate prin diverse procedee tehnice, inclusiv prin adăugarea

de aditivi.

Biodieselul se descrie ca un compus organic din acizi graşi de lanţ lung sau scurt.

e) Motorină regenerabilă

Motorina regenerabila este un carburant asemănător motorinei, obţinut din grăsimi vegetale şi

hidrocarburi.

Aceasta corespunde standardelor pentru motorină cu conţinut foarte scăzut de sulf, adaosul de

grăsimi animale îmbunătăţeşte proprietăţile de igniţie. Poate fi transportat prin conducte.

Principalul dezavantaj constă în faptul că emisiile sunt mai ridicate ca în cazul biodieselului.

f) Biobutanol

Butanolul poate fi folosit ca un combustibil într-un motor cu ardere internă. Butanolul din

biomasă se numeşte biobutanolul. Acesta poate fi utilizat nemodificat, în motoarele care folosesc

benzină. Butanolul poate fi făcut din alge sau diatomee folosind numai energie solară. Acest tip de

combustibil are o densitate de energie cu 10% mai puţin decât benzina şi mai mare decât cea a

etanolului sau a metanolului . În majoritatea motoarelor pe benzină, butanolul poate fi folosit în loc

de benzină, fără nici o modificare.

În mai multe teste, consumul de butanol este similar cu cel de benzină, dar în amestec cu

benzina, oferă o performanţă mai bună şi rezistenţă la coroziune decât cea de etanol.

Şi deşeurile verzi rămase de la extracţia uleiului de alge poate fi folosit pentru a produce

butanol.

100

BIBLIOGRAFIE

1. Stela Axinte, Curs de Ecologie, Ed. I.P. Iaşi, 1994.

2. Berca, M., Ecologie generală şi protecţia mediului, Ed. Ceres, Bucureşti, 2000.

3. Stela Axinte, ş.a., Ecologie şi protecţia mediului, Ed. ECOZONE, Iaşi, 2003.

4. Leca A., Principii de management energetic, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1997.

5. Gătina, V.- Note de curs. Universitatea „Petru Maior” din Tg. Mureş, 2007.

6. Constantin Iulian – Utilizarea energiei valurilor. Editura tehnica, Bucuresti 1990

7. Articole:

Relicovschi, Adina – „Politici în managementul mediului”, Institutul European din

România, Bucureşti: 2000

Jehlicka, Petr -“Environmental Implications of Eastern Enlargement of the EU: The

End of Progressive Environmental Policy”, Robert Schuman Centre for Studies, European University

Institute: Florence, 2002.

KOK, Wim – „Enlarging the European Union: Achievements and Challenges ?”,

Robert Schuman Centre for Advanced Studies, European University Institute: Florence, 2003.

Rapoarte: 2002 Regular report on Romania’s progress towards accession –

2002)1409, Bruxelles, 2002.

“România curată – Program concret pentru sănătatea mediului”, Bucureşti: aprilie

2002 “Europe’s Environment: The Third Assesment” - Environmental Assesment Report, European

Environment Agency: Copenhagen, 2003.

“Raport asupra progreselor înregistrate în pregătirea pentru aderarea la Uniunea

Europeană în perioada septembrie 2002 - iunie 2003”, Guvernul României :iunie 2003.

Legislaţie: Communication from the Commission to the Council, the European and

the candidate countries in Central and Eastern Europe of 20 May 1998 on Accession strategies for

the environment:Page 41 meeting the challenge of enlargement with the candidate countries in

Central and Eastern Europe Communication from the Commission of 15 May 2001 - A sustainable

Europe for Better world: a European Union strategy for sustainable development (Commission's

proposal to the Gothenburg European Council).

Communication from the Commission to the European Parliament, the Council.

8. Adrese de web:

-http://www.euobserver.com/

-http://www.euractiv.com

-http://www.gefonline.org

-http://www.infoeuropa.ro

-http://www.mappm.ro

-http://www.mie.ro

-http://www.un.org/

-www.gvec.net

-www.evea.org

-http://ro.wikipedia.org/wiki/Val

-http://www.biocombustibil-

tm.ro/prezentare.html

-http://www.revista-ferma.ro/articole-actualitate/biomasa-

bioenergie-biocombustibili.html

-http://www.ecomagazin.ro/combustibilii-bio-nocivi-pentru-

mediu/

-http://www.ecomagazin.ro/biocombustibilii-mai-daunatori-

pentru-mediu-decat-combustibilii-fosili/

-http://www.ziare.com/mediu/energie-verde/biocombustibilul-

mai-periculos-pentru-mediu-decat-cel-fosil-1054244

-http://ro.wikipedia.org/wiki/Biodiesel

-http://ro.wikipedia.org/wiki/Biogaz

-http://spiridons.ecosapiens.ro/biogazul/

*** Publicaţia AGIR “ Univers Ingineresc”, nr. 15-18, din august-septembrie 2011.

*** Revista Biodiesel Magazin

90822093 Curs Final Mediul Si Energia La

Documents

Transcript of 90822093 Curs Final Mediul Si Energia La