Utilizarea Eficienta a Energiei Electrice

Curs 2 UEE-ITehnologii eficiente de utilizarea energiei si eficienta energiei electrice

1.Consideratii generaleUtilizarea raţ ională a energiei este impusă de cres terea costurilor purtătorilor de ene rg i e de t e rm ina t ă de e fo r t u l t o t ma i ma re pen t ru ex t r age re a su r s e l o r , da r s i de necesitatea limitării efectelor conexe energiei asupra mediului ambiant. Se pot pune înevidenţă trei modalităţi diferite de realizare a acesteia: - economisirea energiei – măsură care trebuie să constituie preocuparea oricărui bun manager; - folosirea eficientă a energiei - ansamblu de măsuri pe care le ia orice manager inteligent;- folosirea eficientă a energiei si dezvoltarea surselor regenerabile – preocupare permanentă a unui bun manager, inteligent si responsabil.P ro ce se l e de ex t r ac ţ i e , p r e lu c r a r e , t r ans po r t , t r an s f o rm ar e s i u t i l i z a r e f i na l ă a diferitelor forme de surse energetice sunt însoţite de importante efecte asupra mediului ambiant. Din această cauză, uti lizarea raţională a energiei trebuie să reprezinte un obiectiv importantă în special, pentru organismele cu responsabilităţi privind viitorul, în primul rând fiind guvernele.Utilizarea raţ ională a energiei reprezintă un proces de eva luare a necesarului de energie pentru realizarea unui produs sau unui serviciu si a metodelor pentru reducerea consumului, fără a afecta cal itatea produsului sau serviciului. În general, interesul operatorilor din domeniul energiei pentru o utilizarea raţională a acesteia este scăzut, în măsura în care are ca efect reducerea cant ităţii de energie necesară pieţii si, deci , la reducerea profitului. Pe de altă parte, numerosi consumatori sunt încă puţin interesaţi de aceasta deoarece costurile cu energia consumată au o pondere redusă în preţul produsului final.Utilizarea raţională a energiei electrice este corelată cu eforturile privind cresterea generală a eficienţei energetice în procesele utilizatorilor finali, având în vedere faptul că eficienţa energetică poate fi considerată ca cea mai usor disponibilă, cea mai puţin  poluantă si cea mai ieftină resursă, dintre toate resursele existente.E f i c i e n ţ a ene rg e t i c ă de f i ne s t e un co ncep t c a r e s e r e f e r ă l a p r e oc upă r i l e pe n t ru reducerea energiei folosite pentru realizarea unui produs, serviciu sau proces. În cele mai multe cazuri, eficienţa energetică poate fi cuantificată prin compararea consumurilor specifice de energie, pentru acelasi produs, serviciu sau proces, realizate în aceleasi cond iţii . Reducerea consumurilor, fără a afecta calitatea produsului, serviciului sau procesului, asigură cresterea eficienţei energetice.  Studiile privind cresterea eficienţei în procesele de utilizare a energiei au permis elaborarea unor soluţii care conduc la o reducere importantă a consumului de energie pentru acelasi efect final. Câteva dintre aceste soluţii sunt prezentate în continuare.

1

Utilizarea Eficienta a Energiei Electrice

2.1 Iluminat electricRealizarea lămpii cu incandescenţă de către Edison în anul 1879 a reprezentat un foarte important salt în progresul civilizaţiei umane. S-a realizat astfel o sursă de lumină artificială care a permis desfăsurarea eficientă a activităţilor si în lipsa luminii solare. În prezent, circa 5% din energia electrică generată este consumată în instalaţii de iluminat electric. Caracterizat de o eficienţă redusă, acest consumator are un important potenţial de economisire, oferit de introducerea tehnologiilor noi de realizare a luminii artificiale. Înace s t s e ns , s e con s i de ră c ă , până î n anu l 201 5 , e s t e pos ib i l ă o r ed uc e re cu 30% a consumului actual de energie electrică pentru iluminat, iar până în 2025 cu 50%, fără a scădea fluxul luminos necesar desfăsurării activităţilor în absenţa luminii naturale.E f i c i e n ţ a l u m i n o a s ă e x t r e m d e m i c ă a l ă m p i l o r c u i n c a n d e s c e n ţ ă ( 8 - 2 0 l m / W ) a  stimulat numeroase căutări pentru realizarea unor sisteme noi de iluminat artificial.Sursele actuale cu eficienţă ridicată (până la 120 lm/W) se bazează pe descărcareaelectrică la înaltă frecvenţă, în vapori metalici de joasă presiune (tuburi) fluorescente) sau de înaltă presiune (lămpi de înaltă presiune). Reproiectarea sistemelor de iluminat pe baze moderne, folosind surse eficiente si un management performant al sistemelor de iluminat, care poate conduce la reducerea consumului de energie electrică, fără a afecta confortul vizual (realizarea unui sistem de iluminat secţionat poate determina reduceri importante ale consumurilor de energie electrică); reducerea nivelului de luminanţă (iluminare) odată cu scăderea traficului este o soluţie care trebuie avută în vedere încă din faza de proiectare, astfel încât să se asigure condiţii acceptabile în cazul unui trafic redus.În concluzie, se poate considera că realizarea unui mediu luminos confortabil, cu un consum minim de energie, cu utilizarea cât mai intensă a iluminatului natural si cu o investiţie minimă reprezintă grila de apreciere a unui sistem de iluminat modern sieficient. Utilizarea eficientă a iluminatului natural este principalul mijloc prin care se poate face o importantă economie de energie electrică pentru iluminatul artificial.2.2 ElectrotermieEnergia termică, necesară în procese industriale, în agricultură si în domeniulsocial-gospodăresc, este obţinută, în cea mai mare parte, din energie electrică. În prezent, peste 35% din producţia de energie electrică este utilizată în procese industriale bazate pe transformarea energiei electrice în căldură.Procesele electrotermice sunt întâlnite în cele mai diverse domenii industriale: industria electronică pentru : - producerea semiconductoarelor; industria metalurgică  - opirea si la rafinarea metalelor, la încălzirea semifabricatelor; industria constructoare de masini - matriţare, forjare, uscare, călire, lipire, sudare; industria materialelor de construcţii, topirea si tratamentul sticlei; industria chimică, la încălzirea coloanelor si recipienţilor, - producerea si prelucrarea materialelor plastice, - accelerarea reacţiilor chimice; industriaex t r ac t i vă , l a r e duc e rea mi ne reu r i l o r ; i n du s t r i a l emnu l u i , - u sca r ea l e mn u lu i s i a îmbinărilor încleiate; - industria alimentară, la uscarea, prepararea si sterilizarea produselor etc.

2

Utilizarea Eficienta a Energiei Electrice

Utilizarea instalaţiilor electrotermice este caracterizată de avantaje importante faţă de instalaţiile de încălzire cu combustibil: - temperatura poate fi reglată cu precizie;- există posibilitatea dozării căldurii în funcţie de nec e s i t ă ţ i l e p r oce su lu i t ehn o log i c , p r e cu m s i a unu i con t r o l pe r ma nen t s i p r ec i s a l energiei electrice transformate în căldură; - se po t ob ţ i ne t e mp e ra tu r i de pe s t e 220 0 K ; un e l e p ro ce se t ehno log i ce d i n industria modernă necesită temperaturi de până la 20 000 K care pot fi obţinute numai în cuptoarele cu plasmă; - spaţiul de lucru fiind închis, prelucrarea termică se poate realiza si în atmosferă controlată, cu gaze de protecţie sau în vid; - se poate asigura funcţionarea intermitentă, instalaţia putând fi adusă repede în stare de funcţionare la parametrii nominali; Deoarece concentraţia de energie termică, în materialele supuse încălzirii, este relativ mare, funcţionarea instalaţiilor electrotermice se caracterizează prin valori reduse ale consumurilor specifice de energie;Prin introducerea calculatoarelor de proces există posibilitatea automatizării complete a funcţionării instalaţiilor electrotermice. Implementarea tehnologiilor moderne în cadrul proceselor electrotermice permite realizarea unor importante economii de energie electrică.3. Tehnologii electrochimiceUtilizarea industrială a proceselor electrochimice a devenit posibi lă odată cu apariţia electronicii de putere si a surselor statice de tensiune continuă de putere ridicată.În procesele electrochimice din industria modernă consumul energetic poate atinge 25-30% din energia electrică consumată. Principalele domenii de utilizarea în industrie a proceselor electrochimice sunt:- depunerea de straturi (pelicule) metalice pe suprafaţa unor corpuri;-  producerea metalelor (extragerea si rafinarea); -  prelucrarea dimensională; - obţinerea oxigenului, hidrogenului, clorului, sodiului, florului, unor sărurimetalice si nemetalice etc.; - tratarea suprafeţelor (decapare, polizare, degresare etc.); - sinteza electrochimică a unor substanţe organice si anorganice;- r e a l i z a r e a d e s u r s e c h i m i c e d e t e n s i u n e c o n t i n u ă ( e l e m e n t e g a l v a n i c e , acumulatoare electrice).Standardele de eficienţă energetică sunt proceduri şi reglementări ce prescriu performanţa energetică a produselor manufacturate; uneori, interzic vânzarea produselor ce sunt mai puţin eficiente decât norma minimă impusă de standard. Ele pot fi de trei tipuri:• standarde prescriptive: impun ca toate produsele noi să aibă o anumită caracteristică sau să conţină un anumit dispozitiv;• standarde de performanţă energetică minimă (MEPS): indică eficienţa minimă (sau consumul energetic maxim) pe care producătorii trebuie să le obţină pentru fiecare produs. Aceste standarde specifică performanţa energetică dar nu impun detalii tehnologice sau de proiectare pentru produsule respective;

3

Utilizarea Eficienta a Energiei Electrice

• standarde medii de clasă: specifică eficienţa medie a unui produs, permiţând fiecărui producător să aleagă nivelul de eficienţă pentru fiecare model, astfel încât media generală să fie obţinută.In continuare sunt prezentate o serie de exemple privind modul de implementare practică a schemelor discutate anterior.a) Eliminarea celor mai proaste produse de pe piaţăNumeroase standarde de eficienţă energetică, obligatorii sau voluntare, urmăresc eliminarea de pe piaţă a celor mai ineficiente produse, asigurând astfel îmbunătăţirea situaţiei economice a majorităţii consumatorilor, fără a limita însă posibilitatea de alegere a acestora.De exemplu, acţiunea europeană de desemnare a claselor de eficienţă energetică pentru motoarele de curent alternativ de joasă tensiune a început în anul 1999, fiind o colaborare între Comitetul European al Producătorilor de Maşini Electrice şi Electronică de Putere (CEMEP) şi Comisia Europeană. Conform acesteia, motoarele sunt împărţite în trei clase de eficienţă energetică:• Eff3: aceste motoare oferă o foarte redusă eficienţă, în paralel cu o investiţie neeconomică în majoritatea situaţiilor (de aceea, nu sunt recomandate);• Eff2: o reducere medie a pierderilor de energie de 20%;• Eff1: o reducere medie a pierderilor de 40%.Acţiunea urmăreşte eliminarea de pe piaţă a celor mai proaste produse (clasa Eff3) şi promovarea celor mai bune produse (clasa Eff1). Schema a avut ca rezultat creşterea semnificativă a utilizării motoarelor din clasa Eff2, dar motoarele Eff1 ocupă doar câteva procente din piaţă. Aceste rezultate nesatisfăcătoare demonstrează limitele standardelor voluntare.b) Promovarea celei mai bune tehnolobii disponibile (BAT)Ca un exemplu de promovare a BAT, Premium-Efficiency Motors Initiative urmăreşte promovarea produselor ce satisfac condiţiile impuse de noile standarde rezultate ca urmare a implementării Energy Policy Act (EPAct) din 1992. Conform acestui act, reglementările federale impun ca cele mai uzuale motoare electrice utilizate în industrie sau alte sectoare, produse sau importate în SUA după octombrie 1997, să satisfacă un nou standard de eficienţa energetică minimă, mai exigent decât standardele anterioare.Scopul iniţiativei este de a încuraja disponibilitatea pe scară largă a motoarelor ce depăşesc cerinţele acestui standard. National Electrical Manufacturers Association (NEMA) este un grup voluntar de producători de echipamente electrice, recunoscut ca autoritatea SUA în domeniul motoarelor electrice. Eticheta NEMA Premium poate fi utilizată cu acele produse care satisfac sau depăşesc cerinţele impuse de recomandările asociaţiei, producătorii de motoare putîndu-se asocia în mod voluntar programului. Pe baza datelor furnizate de Departamentul Energiei al SUA, se estimează ca acest program să economisească 5.800 GWh de energie electică în 10 ani şi să evite astfel generarea în atmosferă a aproximativ 80 milioane tone de CO2. Prevederile EPAct au condusm la noi standarde şi pentru transformatoarele electrice, aşa cum se evidenţiază în Figura 2.

4

Utilizarea Eficienta a Energiei Electrice

Figura 2. Reducerea pierderilor în transformatoare (în %) impusă de actualele standarde NEMA (TSL1) şi de noile standardePotenţialul oferit de transformatoarele cu miez amorf este exemplificat în Figura 3 care prezintă variaţia randamentului pentru diferite grade de încărcare. Se remarcă creşterea semnificativă a randamentului pentru domeniile de încărcare frecvent întâlnite în exploatarea curentă din sistemele energetice.

Figura 3. Prezentarea comparativă a performanţelor transformatoarelor cu miez convenţional (tablă laminată) şi cu miez amorf

5