SURSE DE ENERGIE REGENERABIL

Cuprins:

Tema 1: Parametrii de performanta a turbinelor eoliene3Tema 2: Parametrii de performanta ai colectoarelor solare6Tema 3: Parametrii de performanta ai pompelor de caldura7Tema 4: Necesarul de caldura pentru propria locuinta9Tema 5: Impactul asupra mediului al surselor de energie regenerabila17Tema 6: Utilizarea hidrogenului ca si combustibil regenerabil- pile de combustie19

Tema 1: Parametrii de performanta a turbinelor eoliene

Coeficientul de putere (de performan)CpEnergia vntului este n fapt, energia cinetic recuperabil a aerului, ce traverseaz suprafaaS. Puterea asociat acestei energii cinetice este:,n care este densitatea aerului.Totui, aceast putere nu poate fi recuperat n totalitate, deoarece o parte este necesar pentru evacuarea aerului care a efectuat lucru mecanic asupra palelor turbinei. Se introduce coeficientul de putere (de performan) al turbineCp, rezultnd puterea mecanic la arborele turbinei:,n carev- viteza vntului [m/s]; 1,25 kg/m, densitatea aerului, n condiii normale de temperatur i presiune, la nivelul mrii;S: suprafaa [m] acoperit de palele turbinei.CoeficientulCpcaracterizeaz randamentul turbinei eoliene. El poate fi exprimat i ca:

Tema 2: Parametrii de performanta ai colectoarelor solareSpre deosebire depanourile solarefotovoltaice, uncolector solar, (captator solar,panou solar termic) este o instalaie ce capteazenergia solarconinut n razelesolarei o transform nenergie termic. Deoarece aproape ntregspectrulradiaiei solareeste utilizat pentru producerea de energie termic, randamentul acestor colectoare este ridicat fiind n jur de 60% - 75% raportat la energia razelor solare incidente (200 - 1000W/m nEuropa, n funcie de latitudine, anotimp i vreme).Principu de functionare:Din punct de vedere funcional, componenta principal a colectorului solar este elementul absorbant care transform energia razelor solare n energie termic i o cedeaz unui agent termic (ap,antigel). Cu ajutorul acestui agent termic, energia este preluat de la colector i este fie stocat, fie utilizat direct (ex. ap cald de consum).Pentru a reduce pierderile termice inevitabile, este nevoie de o izolare termic a elementului absorbant de mediul nconjurtor. n funcie de tehnica utilizat n acest scop se deosebesc: colectoare ce utilizeaz materiale izolatoare obinuite; colectoare n care izolarea termic se realizeaz cu ajutorul vidului dar au o tehnologie de fabricaie costisitoare; colectoare ce se bazeaz pe tehnici simple i care se utilizeaz la nclzirea bazinelor de not.

Considerente economice: Colectoarele solare transform energia radiaiei solare n cldur atunci cnd aceasta cade pe suprafaa de absorbie Pentru a obine o temperatur de 40-60Cn rezervor, este necesar ca n colector s se ating cel puin 65C. Dac colectorul solar este montat n circuit doar pentru a prenclzi apa din rezervor, randamentul va fi mai mare deoarece nivelele de temperatur pot fi mai mici. Izolarea termic mpiedic schimbul de cldur ntre dou medii. Scopul i locul instalrii sunt importante din punct de vedere al gradului de exploatare, al eficienei n exploatare i ca urmare al economicitii instalaiei.Tema 3: Parametrii de performanta ai pompelor de calduraOpomp de cldureste o instalaie care, consumndlucru mecanic, transfercldurde la un mediu detemperaturmai joas (mai rece) la altul de temperatur mai nalt (mai cald). Cantitatea de cldur transmis mediului cald este mai mare dect lucrul mecanic consumat. Aceste instalaii se folosesc n general pentrunclzire. nRomnia, aproximativ 160 de sisteme de nclzire i rcire pe baz de pompe de cldur au fost comercializate n anul2008. Costul unui astfel de sistem de nclzire i rcire este de la circa 25.000 pn la 100.000 euro pentru o cas cu o suprafa de pn la 120-150 de metri ptrai.Pompa de caldur este un dispozitiv cu ajutorul cruia se poate transportacldurde la o locaie ("surs") la o alt locaie ("radiator" sau "schimbtor de cldur") folosindlucru mecanic, de obicei n sens invers direciei naturale de micare a cldurii. Majoritatea pompelor de cldur sunt folosite pentru a muta cldura de la o surs cu temperatur mai mic la un radiator cu temperatur mai mare.Cele mai comune exemple de astfel de pompe se regsesc n frigidere, congelatoare, aparate de aer condiionat i invertoare de cldur.Funcionarea pompelor de cldur se bazeaz pe proprietile unui fluid la schimbarea strii de agregare, mai precis la lichefiere si evaporare. Cel mai adesea pompele de cldur extrag cldura din aer sau pmnt, motiv pentru care unele din ele nu mai lucreaz eficient cnd temperatura mediului scade sub -5C.Tipuri de pompe de caldura:Cele dou tipuri principale de pompe de cldur sunt pompe de cldur cu compresie i pompe de de cldur cu absorbie. Pompe de cldur cu compresie ntotdeauna funcioneaz pe energie mecanic (prin energie electric), n timp ce pompele de cldur cu absorbie pot rula i pe cldur ca surs de energie (prin intermediul de energie electric sau combustibili). O serie de surse au fost folosite ca surse de cldur pentru nclzirea cldirilor private i administrative: pompe de cldur pe surs de aer (extrag cldura din aerul exterior) pompe de cldur aer-aer (transfer energie termic aerului din interior) pompe de cldur aer-ap (transfer energie termic unui rezervor de ap) pompe de cldur geotermale (extrag cldura din sol sau din surse similare) pompe de cldur geotermale-aer (transfer de energie termic ctre aerul din interior) pompe de cldur sol-aer de (solul este surs de cldur) pompe de cldur roc-aer de (roca este surs de cldur) pompe de cldur ap-aer (corp de ap ca surs de cldur) pompe de cldur geotermale-apa (transfer caldur unui rezervor de ap) pompe de cldur sol-ap (solul este surs de cldur) pompe de cldur roca-ap (roca este surs de cldur) pompe de cldur ap-ap (corp de ap ca surs de cldur)

Tema 4: Necesarul de caldura pentru propria locuintatemp_int = 22temp_ext = 26.6temp_sol = 10temp_subsol = 15temp_apa_ext = 15temp_apa_calda = 64timp_acm = 13vol_acm = 25nr_pers = 7perimetru = 45inaltime = 2.5supraf_podea = 253.0beci_suprafata = 4.95temp_acoperis = 26.6perete_stru_rez = 0.9perete_grosime_strat_rezist = 25perete_grosime_strat_izol = 10perete_mat_izol = 0.04podea_stru_rez = 1.45podea_grosime_strat_rezist = 15podea_grosime_strat_izol = 5podea_mat_izol = 0.041tavan_stru_rez = 1.45tavan_grosime_strat_rezist = 20tavan_grosime_strat_izol = 10tavan_mat_izol = 0.041geam_suprafata = 25geam_rama = 0geam_sticla = 2

transf_vol_acm = 0.025transf_timp_acm = 46800perete_rezist_grosime = 0.25podea_rezist_grosime = 0.15tavan_rezist_grosime = 0.2perete_izol_grosime = 0.1podea_izol_grosime = 0.05tavan_izol_grosime = 0.1coeficient_termic_geam = 2coeficient_termic_perete = 0.34272658035034coeficient_termic_podea = 0.70276021041433coeficient_termic_tavan = 0.36805903803174pierderi_tavan = -428.34710846133pierderi_podea = 2116.1866836101pierderi_perete = -137.94744859101pierderi_geam = -230flux_pierderi_transmisie = 1319.8921265578procent_pierderi_perete = -10.451418401197procent_pierderi_podea = 160.3302755604procent_pierderi_tavan = -32.453190669334procent_pierderi_geam = -17.425666489869flux_aer_ventilat = 1319.8921265578flux_apa_calda = 766.98611111111flux_total = 3406.7703642267

The heat losses through windowWindow typeGlobal transfer coefficient(W/m2K)The heat losses throughwindow (W)The relative heat lossesthrough transmision (%)

Triple-pane Kr insulated glass0.5-58-4

Triple-pane insulated glass0.8-92-6

Low-E insulated glass1.1-127-9

Single-pane insulated glass1.4-161-12

Double Glass2-230-17

Simple Glass2.5-288-23

The heat losses through window (W) vs. window type (W/m2K)

The relative heat losses through transmission (%) vs. window type (W/m2K)

The heat losses through walls

Main structure materialConcrete1.45

Brick0.9

Autoclaved Celular Concrete0.4

Plated wood0.1

Beech/oak wood0.37

Pine/fir wood0.28

Stone2.9

Insulation materialPolyurethane0.018

Extruded polystyrene0.035

Expanded polystyrene0.04

Mineral wool0.041

Cork0.045

Autoclaved Celular Concrete0.4

R_Ct = Main structure thermal conductivity (W/mK)R_Gs = Main structure layer's thicknesses (cm)I_Ct = Insulation thermal conductivity (W/mK)I_Gs = Insulation layer's thicknesses (cm)Q_p = The heat losses through walls (W)

Top of Form

The dependences between heat losses through wall and thickness and type of the main structure and insulation layers

R_CtR_GsI_CtI_GsQ_p

Graphic

X Axis:Y Axis:Z min:Z max:Colors:Points:

Bottom of FormGlobal heat losses through transmission according with choused type of main structure material

Material rezistenConcrete1.45

Brick0.9

Autoclaved Celular Concrete0.4

Plated wood0.1

Beech/oak wood0.37

Pine/fir wood0.28

Stone2.9

R_p = Type of the main structure layer (W/mK)R_t = Type of the ceiling structure layer (W/mK)R_s = Type of the main floor layer (W/mK)Q_t = Total heat losses through transmission (W)

Top of Form

The dependence between flows of the heat losses through transmission and the choused type of the main structure material

R_pR_tR_sQ_t

Graphic

X Axis:Y Axis:Z min:Z max:Colors:Points:

Bottom of FormThe heat flow necessary to warm up the water

n = Number of personst = The temperature of the water (C)V = The volume of the hot water necessary per person (l)Q_acm = The heat flow necessary for warming up the water (%)

Top of Form

The dependence between flow of the heat losses necessary to warm up the water accordingwith the number of persons, and the temperature and the volume of hot water

ntVQ_acm

Graphic

X Axis:Y Axis:Z min:Z max:Colors:Points:

Bottom of Form

Tema 5: Impactul asupra mediului al surselor de energie regenerabila

Impactul asupra mediului cauzat de sursele de energie care a atras n mod special atenia n ultimii ani, este cel asupra atmosferei: ploile acide i nclzirea global, efecte ce provin din folosirea pe scar larg a combustibililor fosili. Este avut n vedere i impactul asupra apei, solului i peisajului, efect care se manifest mai mult la nivel local. Hidrocentralele, n aparen uniti nepoluatoare, afecteaz i ele factorii de mediu. Hidrocentralele modific peisajul, ecosistemele, varietatea i numrul de specii, calitatea apei (prin concentrarea n sruri). Prin construcia unei hidrocentrale se eliberareaz suprafee mari de teren, se fac defriri masive, se deplaseaz populaia spre alte zone. Datorit excesului de umiditate atmosferic n zon se pot produce perturbaii climatice. Comparativ cu sectorul producerii de energie prin arderea combustibililor fosili, producerea de energie n hidrocentrale are un impact redus asupra mediului, aducnd n plus o serie de beneficii, care constau in principal din: asigurarea de debite suplimentare pentru alimentarea cu ap a localitilor i obiectivelor industriale i economice; servicii de gospodrirea apelor prin aprarea mpotriva inundaiilor a localitilor, obiectivelor economice i cilor de comunicaii; contribuie la depoluarea apelor prin decantarea i sedimentarea suspensiilor transportate de ruri, posibilitatea de reinere a anumitor deeuri, produse petroliere etc. Centrala nuclearo-electric de la Cernavod polueaz mediul prin debitul mare de ap necesar n sistemul de rcire i prin coninutul n radionuclizi al gazelor, lichidelor i materialelor solide evacuate. Reducerea impactului sistemelor energetice asupra mediului i implementarea normelor prevzute n acest domeniu impuse de reglementrile Uniunii Europene urmeaz s se realizeze prin: lucrri de reabilitare i modernizare, ecologizarea haldelor de zgur i cenu, monitorizarea continu a calitii mediului n zona marilor obiective energetice, reabilitarea solurilor poluate i reintroducerea acestora n circuitul agricol, reducerea emisiilor de poluani la rafinrii i minimizarea pierderilor, refacerea ecologic a unor zone petrolifere prin reducerea riscului n operare PRODUCIA DE ENERGIE ELECTRIC

Sistemul energetic din Romnia este reprezentat de un numr mare de centrale de cogenerare a energiei pentru furnizarea cldurii i a apei calde ctre consumatori. Energia produs de centrale, este de dou tipuri: termic i electric. Producia de energie electric n perioada 2000 2006 este prezentat n tabelul nr..1.

Tabelul nr. 1. Producia de energie electric n perioada 2000 - 2006Producia de energie electric

2000200120022003200420052006

Total (milioane kWh)51.93553.86654.93556.64556.48259.41362.696

Termoelectric37.15738.94338.88943.38639.96939.20644.341

Hidroelectric14.77814.92316.04613.25916.51320.20718.355

Pe locuitor (kWh)2.3152.4042.5212.6062.6062.7482.905

Sursa: Anuarul Statistic al Romniei, 2007

Tema 6: Utilizarea hidrogenului ca si combustibil regenerabil- pile de combustieProblemele cauzate de combustibilii fosili. Avantajele utilizrii hidrogenului.Metode de producere a hidrogenului Pila de combustie este un dispozitiv electrochimic care folosete hidrogenul i oxigenul din aer pentru a produce electricitate, cldur i ap. Pilele de combustie funcioneaz fr ardere, deci sunt practic nepoluante. Deoarece combustibilul este transformat direct n electricitate, pila de combustie lucreaz cu randamente mult mai mari dect motoarele cu combustie intern. Pila de combustie nu are pri n micare, deci este o surs de energie silenioas i fiabil. Are un randament ridicat n producerea energiei electrice datorit unei conversii directe, fr procese intermediare n care s participe energia termic sau mecanic, existnd posibilitatea utilizrii cldurii reziduale. Pe parcursul funcionrii se produce o emisie slab de oxizi de azot (nocivi). Gazul natural este unul dintre numeroii combustibili care pot fi utilizai ntr-o pil de combustie. Principiul de funcionare al pilei(sursei) electrice cu combustie se bazeaz pe un fenomen invers celui de electroliz. Se introduc dou gaze n spaii diferite, separate printr-un electrolit. Interaciunea dintre electrolit i hidrogen are drept rezultat disocierea acestuia, adic separarea electronului din atomul de hidrogen i atragerea acestuia ctre anod. Ionul pozitiv de hidrogen rmas migreaz prin electrolit i se combin cu oxigenul de la catod, formnd apa. Deoarece aceasta ap are un deficit de un electron, acesta este preluat de la catod. Ca urmare, ntre catod i anod se stabilete o diferen de potenial; dac la cei doi electrozi se leag un consumator electric, tensiunea electromotoare creat va genera un curent electric. Se obine n acest mod un curent continuu, iar pentru obinerea unui curent alternativ trebuie utilizat un invertor. Celulele de combustie lucreaz fr zgomot i sunt independente de alimentarea cu aer; aceste caracteristici fac din celulele de combustie urmaul ideal pentru propulsia dieselelectric pe submarinele clasice.

2