Ce este hidroenergia?

Energia hidroelectrica, sau hidro electricitatea, reprezinta generarea de

electricitate cu ajutorul unor turbine angrenate de apa, si are aplicatii in tehnologii

mult mai vechi care au fost folosite timp de cateva secole pentru a transforma

energia apelor curgatoare (energia hidro) in alte forme de energie mult mai

accesibile si mai folositoare, de exemplu morile de apa. Energia hidroelectrica se

bazeaza pe faptul ca curgerea de apa are un debit regulat si adecvat, si o cadere

suficienta de inaltime).

Energia hidroelecrica este cu siguranta cea mai raspandita si cea mai matura

aplicatie a energiei regenerabile. 22% din productia mondiala de energie provine

de la hidro centrale, multe dintre ele sunt hidrocentrale de putere mica (SHP) care

produc mai putin de 10 MW; sunt mai mult de 17400 de astfel de hidrocentrale in

Europa.

Scurt istoric

Cea mai veche utilizare a energiei apelor este atestată în China şi în Egiptul Antic,unde au apărut roţile de apă. Vechii greci şi romanii utilizau mori de apă (cu roţi hidraulice) pentru măcinatul grânelor. În figura 1 este prezentată o moară de apă după descrierea lui Vitruvius, care include transmisii cu roţi dinţate.[1] Primele roţi de apă, cu ax orizontal, erau puse în mişcare de apa care curgea printr-un canal special amenajat.Mai târziu randamentul roţilor de apă a fost îmbunătăţit prin crearea de căderi artificiale folosind jghiaburi pentru aducerea apei la partea de sus a roţii. Roţile erau puse în mişcare de greutatea apei care umplea cupele de pe periferia roţii. Se obţineau randamente de până la 85%. Fig 1.Moara de apa romana[2]***

În evul mediu roţile de apă au fost frecvent utilizate de meşteşugari. Au apărut şi noi maşini hidraulice. În Norvegia, cea mai utilizată maşină era Kvernkallen,care era o roată hidraulică cu ax vertical. Rotorul era format din pale radiale la care apa ajungea printr-un jgheab înclinat. Dispunerea palelor era artizanală, iar randamentele rar depăşeau 50%.În perioada revoluţiei industriale energia hidraulică a jucat un rol important în dezvoltarea industriilor textile şi a pielăritului. Primele oraşe industriale au fost asociate energiei apelor. Au fost construite baraje şi canale, iar ori de câte ori căderea depăşea 5 m s-au instalat roţi hidraulice. Barajele mari şi lacurile de acumulare au apărut mult mai târziu şi ca urmare energia apei trebuia dublată de maşini cu abur pentru perioadele cînd debitele erau mici.Renaşterea energiei hidraulice s-a produs odată cu dezvoltarea electricităţii şi a generatoarelor. Prima uzină hidroelectrică s-a realizat în 1880 în Cragside, Northumberland. Construcţia de hidrocentrale a căpătat apoi avânt, s-au perfecţionat turbinele, au apărut lucrări hidrotehnice importante. La nivelul anului 1920, în StateleUnite ale Americii,40% din energia electric se producea pe cale hidro.

Ce este o hidrocentrala? Hidrocentralele sunt niste mecanisme folosite in uzinele electrice unde sunt învârtite de turbine sau motoare puternice şi care folosesc puterea apelor pentru producerea electricităţii.[3]

Capacitatea unei centrale hidroelectrice depinde de cantitatea de apă care trece pe secundă prin turbine, precum şi de înălţimea de cădere a apei (în general, nu este vorba de o cădere în sensul propriu-zis, ci de o curgere). În natură însă, de cele mai multe ori există fie cantităţi mari de apă (la fluvii), fie înălţimi mari de cădere (în regiuni muntoase).

După acest criteriu sunt hidrocentrale: 1.cu o cădere mică de apă – < 15 m, debit mare

2.cu o cădere mijlocie – 15–50 m, cu debit mijlociu

3.cu o cădere mare 50–2.000 m, cu un debit mic de apă

Fig 2.Componentele unei hidrocentralei [4]***

Din ce este formata o hidrocentrala?

1.Lacul de acumulare

Este lacul artificial creat în spatele barajului în scopul stocării (înmagazinării) volumelor mari de apă care vor folosi la producerea energiei electrice.

În afara de folosinţa energetică, lacul de acumulare poate folosi la irigaţii, alimentări cu apă, agrement,etc.[5]

2.Barajul

Barajul reprezintă obstacolul artificial construit pe albia naturală a cursului de apă în scopul obţinerii lacului de acumulare. El poate fi de mai multe feluri:de beton,de anrocamente,de pământ ecranat cu beton,etc.

3. Aducţiunea

Aducţiunea reprezintă galeria situată sub nivelul minim din lacul de acumulare prin care se preia apa din lac îi se transportă spre centrala electrică

Aducţiunea conţine galeria forţată şi conducta forţată.

Galeria forţată poate fi din beton sau din beton blindat cu blindaj metalic

Conducta forţată poate fi din beton ,sau conductă metalică .Conducta metalică se amplasează deobicei după nodul de presiune,din considerente de siguranţă.Ea se termină la peretele centralei cu un distribuitor cu un număr de ieşiri egal cu numărul turbinelor(minim două ieşiri)

4. Nodul de presiune

Nodul de presiune este compus din castelul de exchilibru şi casa de vane.

Castelul de echilibru este o construcţie de siguranţă a amenajării şi are rolul de a prelua fluctuaţiile majore de nivel din sistem şi de a le atenua atfel încât să nu ajungă să producă catastrofe sau pierderi ireparabile în instalaţiile amenajării.

Casa de vane are rol de siguranţă, reglaj şi întreţinere a aducţiunii şi este compusă dintr-o construcţie care conţine cel puţin două vane amplasate pe conducta de aducţiune.

Fig 3.Nodul de presiune[6]***

5.Centrala propriu-zisă

Centrala cuprinde următoarele:cladirea centralei,sala maşinilor, instalaţiile din centrală,maşinile de ridicat,camera de comandă.

Instalaţiile din centrală furnizează agenti necesari bunei fucncţionări a agregatelor :apă de răcire, ulei sub presiune,aer comprimat, sau asigură epuismentul (eliminarea apei),stingerea incendiilor,aer condiţionat.

Maşinile de ridicat sunt deobicei podul rulant şi diverse trolii de manevră.

Camera de comandă conţine panouri electrice şi automatizate pentru comenzile de la distanţă a închiderii-deschiderii diverselor echipamente , ridicarea-

coborârea stavilelor segment pentru deversare controlată,închiderea-deschiderea vanelor sferice,etc.

Din varietatea de componente dintr-o hidrocentrala, turbina este componenta de

baza in producerea de energie. Deoarece reprezinta o parte majora din costul

instalatiei si defineste recuperarea investitiei, turbina trebuie sa fie cat mai

eficienta in raport cu costul ei.[7]

Sunt tipice doua categorii de turbine, dar exista multe modificari si rafinamente in

cadrul acestor categorii.

• Turbinele cu cadere mare de apa sunt ideale pentru apele rapide.

• Turbinele cu cadere joasa de apa sunt ideale pentru apele lente, aproape de

orizontala.

Tehnologia pentru turbinele hidroelectrice mici este acum destul de matura, ca

rezultat al unor cercetari intensive si sistematice pentru optimizarea

echipamentelor specifice hidrocentralelor.

Proiectarea turbinelor hidroelectrice mici trebuie sa ind eplineasca trei cerinte:

• simplitate (costuri reduse)

• randament mare

• fiabilitate maxima (intretinere minima si usoara)

Fig 4.Sistemul de conducere al hidrocentralei Saseiori[8]***

Potentialul hidroenergetic mondial Potentialul hidroenergetic teoretic al Terrei este apreciat la 5,65 milioane MW, respectiv, cel tehnic amenajabil - la 3,96 milioane MW, iar cel economic amenajabil - la numai 1,24 milioane MW. Potentialul hidroenergetic economic amenajabil este acea parte a potentialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat in conditii de rentabilitate. Gradul de valorificare a potentialului economic amenajabil la nivel global este de doar 10-14%, fiind diferit pe continente si tari. De exemplu, in Japonia potentialul hidroenergetic este utilizat la 2/3 din total, in America de Nord anglo-saxona - la 3/5, in Europa (fara ex-U.R.S.S.) - la aproape 100%, in America Latina - la 1/10, in Asia - 11%, in Africa - doar 2% in unele tari posibilitatea de valorificare a potentialului hidroenergetic este practic extenuata iar in alte tari utilizarea lui abia de a inceput (de exemplu, in Turcia). Pe continente, in functie de relief, structura geologica, precipitatii, dar si de progresul tehnologic si economic, potentialul hidroenergetic economic amenajabil este repartizat astfel: Asia - 27,5%, Europa (inclusiv ex-U.R.S.S.) - 19,8%, America Latina - 19,5%, Africa - 16,2%, America de Nord - 16% si Oceania - sub 1%. Dintre marile fluvii ale lumii se remarca, printr-un potential tehnic amenajabil deosebit de ridicat, fluviul Zair (circa 700 miliarde kWh/an), urmat de Chang Jang si Brahmaputra (cu cate circa 500 miliarde kWh/an fiecare), Parana (174 miliarde kWh/an), Enisei (140 miliarde kWh/an), Columbia (92 miliarde kWh/an), Angara(84 miliarde kWh/an) etc. Pe tari, potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil pune in evidenta pe prim plan China, Federatia Rusa, urmata de Brazilia, Indonezia, Canada etc.(fig 5). Un sir de state cu suprafete relativ mici, ca Japonia,Norvegia, Chile, Turcia, Suedia, Franta, Finlanda s.a., se remarca prin considerabile resurse hidroenergetice cu atat mai mult ca acestea sunt sarace in zacaminte de combustibili minerali.[9]

Fig 5. Potentialul hidroenergetic si puterea instalata (1997), mii MW[10]***

In ansamblul lor, hidrocentralele participa cu 17,7% la productia mondiala de energie electrica, cu mari diferentieri de la o regiune la alta si de la o tara la alta. Lideri mondiali in productia de hidroenergie raman Europa, cu 29%, si America de Nord, cu 27,6%, la polul opus situandu-se Africa, cu 2%, Printre statele producatoare de energie electrica la hidrocentrale se evidentiaza Canada, S.U.A., Brazilia, Rusia etc. (fig 6). Din totalul hidrocentralelor care astazi functioneaza in lume, jumatate sunt concentrate in tarile dezvoltate. in prezent se construiesc baraje si hidrocentrale in cascada, in lungul unui rau, valorificandu-se mai bine potentialul hidroenergetic si formand un sistem hidroenergetic. America de Nord detine aproape 25% din capacitatea mondiala instalata in hidrocentrale. Cel mai important sistem hidroenergetic se afla pe fluviul Columbia - S.U.A. (87% - grad de valorificare), cu 11 centralece totalizeaza 22 000 MW (Grand Caulle 1, 2, 3 cu o putere instalata de 9 770 MW, situate atat pe teritoriul S.U.A., cat si pe cel al Canadei (Mica, Arow, Duncan). Al doilea sistem hidroenergetic din S.U.A. este Tennessee, care cuprinde 50 de hidrocentrale. Printre alte sisteme hidroenergetice importante mai pot fi amintite: Missouri, Colorado si California. in Canada se remarca sistemele hidroenergetice de pe Churshill si La Grande Riviere: hidrocentrala Churchill Falls - 5 225 MW si La Grande, cu patru amenajari ce insumeaza 11 449 MW. Prin linii de inalta tensiune energia electrica este transportata spre regiunea Quebec, precum si spre nord-estul S.U.A. De remarcat ca S.U.A. si Canada produc 25% din hidroenergia lumii (11% si respectiv 14%) (fig 6).

Fig 6. Primele 10 state in productia de hidroenergie (1950-2000), miliarde kWh[11]

Europa dispune de 30% din capacitatea mondiala instalata in hidrocentrale. Se remarca indeosebi Rusia, care dispune de mari sisteme hidroenergetice atat in partea europeana, cat si in partea asiatica. Mentionam sistemul hidroenergetic Volga-Kama, cu 7 centrale care insumeaza 14 000 MW. Cele mai importante hidrocentrale sunt cele de la Volgograd - 2 530 MW si Kuibasev - 2 300 MW. in zona asiatica s-a valorificat potentialul fluviului Enisei, cu 6 hidrocentrale (Saiano-Susensk -6 400 MW, Krasnoiarsk - 6 000 MW etc.) si Angara (Bratsk - 4 600 MW, Usti-Ilimsk - 4 300 MW, Boguciani - 4 000 MW). Amenajari mai importante sunt si pe Dunare (Portile de Fier 1, 2), pe Rhon-Durance (Franta), pe Rhin (Germania), pe Nipru (Ucraina). America Latina are un potential exploatabil foarte mare (locul III pe glob), dar puterea instalata reprezinta doar 15% din cea mondiala si participa cu 18% la productia totala. Cea mai importanta amenajare hidrotehnica este cea de pe fluviul Parana la Itaipu, situata la granita dintre Brazilia si Paraguay, cu o putere instalata de 12 600 MW, fiind cea mai mare din lume. Alte hidrocentrale mari se afla pe raul Rio Grande/Parana -Furnas, pe raul Paranapanema/Parana - Ilha Solteria si Jupia, pe fluviul Sao Francesco - Paolo Alfonso (Brazilia), pe raul Caroni/Orinoco - Guri (Venezuela), pe fluviul Paraguay - Corpus Posados (Argentina) etc. (fig 7).

Fig 7.Mari hidrocentrale ale lumii[12]

Asia este continentul cu cel mai mare potential hidroenergetic (locul I in lume) poseda 25% din puterea totala a hidrocentralelor si o productie de 18% din cea mondiala. Dintre cele mai importante amenajari hidroenergetice mentionam hidrocentralele din China de pe fluviul Chang Jiang (Sanmansia, Lukiania, Susiumjiang si Finman), pe Huang He (Linijoxio). Pe fluviul Chang Jiang, in zona marilor defileuri se afla in constructie cea mai mare hidrocentrala de pe glob "Shashi', cu o putere instalata de peste 20 milioane kW [1, p. 121]. De asemenea sunt importante hidrocentralele de la Nurek (pe raul Vahs din Tadjikistan) si de la Toktogul (pe raul Narin, Kirgizstan) din Asia Centrala. Africa, desi dispune de mari resurse hidroenergetice, poseda doar 3% din puterea instalata si 2% din productia mondiala. Cel mai important sistem hidroenergetic este cel de pe fluviul Nil, cu cea mai mare hidrocentrala de pe continent - Saad el Aali (Egipt) si cu cel mai mare lac de acumulare din lume. Se mai pot mentiona hidrocentralele de pe fluviul Zambezi - Cabora Bassa (Mozambik) si Kariba (Rhodezia), iar pe fluviulZair - hidrocentrala Inga (R.D.Congo). Oceania detine 2% din puterea totala a hidrocentralelor si tot atat din productia lor. Capacitati mai mari au Australia (7 000 MW) si Noua Zeelanda(5 000MW). in dezvoltarea hidroenergeticii actuale se contureaza urmatoarele patru tendinte de baza: - Constructia hidrocentralelor mari cu puterea instalata de peste 1 miliard kW. Acest tip de centrale necesita mari investitii si se construiesc intr-un timp indelungat (10-15 ani). in lume functioneaza 80 de astfel dehidrocentrale, dintre care 15 se afla pe teritoriul Braziliei. - Constructia microhidrocentralelor cu puterea instalata de la 2 pana la 5 000 kW, prin care se exploateaza potentialul valoros al raurilor mici ca debit. Astfel de hidrocentrale pot fi construite in toate tarile lumii. Cu ajutorul lor se poate asigura autonomia energetica a unor asezari omenesti izolate. in China, de exemplu, sunt in functiune peste 50 000 de astfel de centrale, toate cu puteri instalate sub 1 MW, in Germania - 5 000, in Franta - 2 000, in Portugalia - 1 600 etc. - Constructia hidrocentralelor cu acumulari prin pompare. Acest tip de centrale creeaza, prin reciclarea apei, posibilitatea acumularii periodice de energie, fapt ce permite de a obtine energie electrica in perioade de maxima cerere. Ele se construiesc numai in tarile industriale cu un consum mare de energie electrica. - Constructia hidrocentralelor de varf, destinate acoperirii varfurilor de consum, de dimineata, de seara sau din perioada mai rece a anului (uneori cu un timp de lucru de numai 2-3 ore pe zi, dar cu debite instalate de8-12 ori mai mari fata

de debitul mediu al raului) si supraechiparea unor hidrocentrale mai vechi pentru a face fata accentuarii inegalitatilor din graficul de consum.

Potentialul hidroenergetic al Romaniei În România resursele de apă datorate râurilor interioare sunt evaluate la

aproximativ 37 miliarde m3/an, dar în regim neamenajat se poate conta numai pe

aproximativ 19miliarde dem3/an, din cauza fluctuaţiilor de debite ale râurilor.

Aportul anual al Dunării, la intrarea în ţara noastră, este în medie de 170 miliarde

m3/an (de peste 4 orimai mult decât toate râurile interioare), dar România poate

beneficia numai de o cotă parte din acest stoc.Resursele de apă din interiorul ţării

se caracterizează printr-o mare variabilitate, atât în spaţiu, cât şi în timp. Astfel,

zone mari şi importante, cum ar fi Câmpia Română, podişul Moldovei şi Dobrogea,

sunt sărace în apă. De asemenea, apar variaţii mari în timp a debitelor, atât în

cursul unui an, cât şi de la an la an. În lunile de primăvară (martie-iunie) se scurge

peste 50% din stocul anual, atingându-se debite maxime de sute de ori mai mari

decât cele minime. Toate acestea impun ca necesară realizarea compensării

debitelor cu ajutorul lacurilor de acumulare.În ceea ce priveşte potenţialul

hidroenergetic al României se apreciază că potenţialul teoretic al precipitaţiilor

este de circa 230 TWh/an, potenţialul teoretic al apelor de scurgere de

aproximativ 90 TWh/an, iar potenţialul teoretic liniar al cursurilor de apă este de

70 TWh/an.[13]

În fig 8.se indică valorile potenţialului hidroenergetic de scurgere, procentul referitor la potenţialul din precipitaţii % E p, potenţialul teoretic liniar considerat la debitul mediu şi potenţialul tehnic amenajabil, pentru câteva din bazinele cursurilor de apă mai importante din România.Se observă că potenţialul teoretic liniar mediu al râurilor ţării, inclusiv partea ce revine României din potenţialul Dunării, se ridicăla 70 TWh/an, din care potenţialul tehnic amenajabil reprezintă 36 TWh/an (2/3 dat de râurile interioare şi 1/3 de Dunăre)

Fig 8.Potentialul hidroenergetic al Romaniei[14]***

Principalele hidrocentrale din Romania

Fig 9.Principalele hidrocentrale din Romania[15]***

Care sunt avantajele? Sistemele hidro-energetice prezinta urmatoarele beneficii:

Energia hidro-electrica este o sursa de energie electrica regenerabila

continua

Energia hidro-electrica nu polueaza (nu exista emisii de caldura si gaze

toxice)

Energia hidro-electrica nu are costuri de carburant si are costuri de operare

si intretinere mici

Tehnologia pentru producerea energiei hidro-electrice, este o tehnologie

care ofera o operare flexibila si sigura

Centralele hidro-electrice au o viata lunga si foarte multe dintre ele

functioneaza de mai bine de jumatate de secol si sunt inca foarte eficiente

Statiile hidro-electrice au un randament de peste 80%

Alte motive pentru folosirea hidro-energiei pico sunt:

La scara globala exista o piata foarte mare in tarile in curs de dezvoltare,

pentru sistemele hidro pico (pana la 5kW).

Echipamentele pico hidro sint mici si compacte. Ele pot fi transportate cu

usurinta in zone izolate si inaccesibile.

Este posibila producerea locala a componentelor. Principiile de design si

procesele de fabricatie pot fi invatate cu usurinta.

Numarul de case conectate la fiecare schema este de obicei mic, sub 100 de

case. Astfel este usor sa se stranga capitalul necear si sa se faca intretinerea

si colectarea de taxe.

Concepute cu multa atentie schemele pico hidro au un cost mai mic pe kW

decat cele solare sau eoliene. Generatorul diesel, desi initial mai ieftin, are

un cost pe kW mai mare in timpul vietii, deoarece acesta este asociat

costului de combustibil.[16]

Care sunt dezavantajele?

• potenţialul hidro-energetic nu este infinit;

• pentru România, potenţialul hidroenergetic total este de 70 miliarde KWh/an,

din care însă 36 miliarde constituie potenţialul tehnic amenajabil (din care 26,6 pe

râuri şi 11,4 pe Dunăre);

• potenţialul amenajabil economic este şi mai mic, 27miliarde KWh, în condiţiile

în care deja în 1977 necesarul de energie electric al României era de 62 miliarde

Kwh/an;

• amenaja tot acest potenţial presupune construirea a circa 850 hidrocentrale,

mari şi mici, cu o putere instalată totală de 13000 MW. Ceea ce nu e deloc simplu,

dacă ţinem seama de faptul că investiţia pentru o hidrocentrală este de 10-20 de

ori mai mare decât pentru o termocentrală de putere echivalentă.[17]

Fig 10.Avantajele(alb) si dezavantajele(gri) hidrocentralei[18]***

Bibliografie [1]Dan Stematiu,(2008),Amenajari hidroenergetice pag 20-22 [2] http://www.scribd.com/doc/59305722/amenajari-hidroenergetice [3] http://www.acuz.net/html/hidroenergia-referat-www.acuz.net.html [4] http://www.acuz.net/html/hidroenergia-referat-www.acuz.net.html [5] http://www.acuz.net/html/hidroenergia-referat-www.acuz.net.html [6] http://www.acuz.net/html/hidroenergia-referat-www.acuz.net.html [7] http://www.ames.ro/energii-regenerabile/hidroenergia.html [8]http://www.scribd.com/doc/75638535/L28 [9] http://www.scritube.com/geografie/ENERGETICA-MONDIALA93744.php [10]Efros Vasile(2001),Geografia economiei mondiale siprobleme globale p. 104. [11] Xope B. C(2002),L'etat du monde p. 80 [12] Negoescu B., Vlasceanu Gh.(2002),Geografie economica. Resursele Terrei p. 222 [13] Dan Stematiu,(2008),Amenajari hidroenergetice pag 30-32 [14] http://www.scribd.com/doc/59305722/amenajari-hidroenergetice [15] http://www.energie-gratis.ro/hidrocentrale.php [16] http://www.ames.ro/energii-regenerabile/hidroenergia.html [17] http://www.scritube.com/geografie/ENERGETICA-MONDIALA93744.php [18] http://www.scribd.com/doc/59305722/amenajari-hidroenergetice