ENERGIA RECUPERABILA
BerezaGianina
I.S.B. Gr. 744
Resurse neconventionale de energie
Introducere
De ce anume acum a aparut intrebarea: ce asteapta omenirea - foamea energetica sau belsugul energetic? De pe paginile ziarelor si jurnalelor nu dispar articolele despre criza energetica. De la petrol izbucnesc razboaie, infloresc si saracesc state, se schimba guverne. Comunicarile despre lansarea noilor instalatii si noilor inventii in domeniul energeticii au devenit sensatii ziaristice. Se proiecteaza programe energetice mari, realizarea carora necesita eforturi enorme si cheltuieli colosale.Necesitatile omului cresc cum timpul, insa si numarul populatiei creste.
Savantii si inventatorii demult au prelucrat diferite mijloace de producere a energiei, in primul rind a celei electrice. Ar trebui de construit cit mai multe centrale electrice, si energie va fi atit cit e necesar! Legile riguroase ale naturii afirma ca se poate primi energie folositoare doar prin schimbarea ei din alte forme. Perpetuum-mobile, producatoare de energie obtinuta din nimic, cu parere de rau, sint imposibile. Dar structura energeticii mondiale la ziua de azi s-a stabilit asa, fiecare 4 din 5 kilowati sint obtinuti in principiu prin aceeasi metoda, prin care omul primitiv se incalzea, adica prin arderea de combustibili, sau prin folosirea energiei chimice a lor.
Desigur, felurile de ardere a combustibilelor au devenit mult mai complicate si perfecte.
Factorii noi - cresterea pretului la petrol, dezvoltarea rapida a energiei atomice, necesitatile crescinde pentru protectia mediului inconjurator - au cerut o noua parere despre energetica.
La prelucrarea Programei Energetice au participat cei mai de vaza savanti din domeniul dat, specialisti a diferitor ministere si departamente. Cu ajutorul noilor computere matematice s-au calculat citeva sute de variante ale structurii balansului energetic mondial. Chiar daca la baza energeticii in viitorul apropiat sta energia termica folosind resurse epuizabile, structura ei se va schimba. Va trebui sa se micsoreze folosirea petrolului. Va creste esential productia energiei electrice la centrale atomice. Se va incepe folosirea, pina cind neatinselor, rezerve gigantice de carbune ieftin, de exemplu, in bazinele Kuznetk, Kansk-Acinsk, Akibastuzk. Se va folosi pe larg si gazul natural. Acesta prezinta, in linii generale, Programa Energetica la inceputul secolului
Dar savantii privesc si in viitor, dupa limitele srocului, prevazut de Programa Energetica, ei isi dau bine seama de realitatea mileniului trei. Din pacate, rezervele de petrol, gaz natural, carbune nu sint inepuizabile. Naturii, pentru a crea aceste rezerve i-au trebuit milioane de ani, pentru a fi irosite de om intr-o suta. Astazi in lume au inceput serios sa se gindeasca la necesitatea pastrarii bogatiilor subpamintene si protectiei lor in fata hotilor. Ca numai asa aceste rezerve de combustibil pot ajunge pe 2-3 veacuri. Cu parere de rau, multe tari extactoare de petrol traiesc cu ziua de azi. Ei consuma necrutator rezervele petroliere daruite de natura-mama. In prezent aceste tari, mai ales cele din Golful Persic, se scalda in bani, negindindu-se, ca peste citeva decenii din aceste rezerve nu va ramine nimic. Ce se va intimpla, dar acesta va avea loc mai devreme sau mai tirziu, atunci cind rezervele de petrol si gaz vor seca? Cresterea curenta a preturilorla petrol, necesar nu numai energeticii, dar si transportului, si industriei chimice, a dus la cercetarea altor feluri de combustibili, necesari pentru inlocuirea petrolului si gazelor. Cel mai mult s-au pus pe ginduri acele tari care nu au resurse proprii de petrol si gaze naturale pe care ei sint nevoiti sa-l cumpere. Dar in lume tot mai multi savanti se ocupa cu cautarea noilor surse de energie netraditionala, care vor lua asupra lor unele griji de asigurare a omenirii cu energie. Solutia acestei probleme cercetatorii o cauta pe cai diferite. Cele mai preferate metode sint folosirea resurselor energetice a apei curgatoare si a vintului, a fluxului si refluxului, a caldurii subterane, a soarelui. Multa atentie se acorda dezvoltarii energeticii atomice, savantii cauta metode de reproducere pe Pamint a proceselor ce au loc pe suprafata stelelor si le aprovizioneaza
In societatea noastra industriala de energie depinde totul. Cu ajutorul ei se misca automobilele, zboara rachetele in cosmos. Cu ajutorul ei se poate praji piine, incalzi o incapere si pune in functiune conditionerele, lumina strazile, scoate in larg corabiile. Cineva poate spune ca energie este si petrolul si gazele naturale. Dar nu este asa. Pentru a scoate energia din ele, ele trebuiesc arse,
Dupa formula L=F*d, lucrul mecanic este egal cu produsul dintre forta si distanta cu care s-a miscat corpul sub influenta fortei. Cu alte cuvinte, lucrul este energia in actiune. Nu o data am observat, cum sare capacul ceainicului in care fierbe apa, cum se dau saniile din deal la vale, cum un val ridica o pluta. Toate acestea sint exemple de lucru mecanic, energie in actiune, ce actioneaza asupra corpurilor inconjuratoare. Salturile capacului ceainicului sint conditionate de presiunea vaporilor de apa, formati la fierberea apei. Saniile merg deoarece, exista fortele gravitationale. Energia valurilor a cauzat miscarea plutei. In lumea noastra energia este baza vietii, fara ea nu se va efectua nici un lucru pe Pamint. Daca un obiect poseda energie care poate fi folosita, atunci el poate savirsi un lucru mecanic, sau creator sau daunator
Industrializarea timpurie din unele state vest-europene, s-a bazat pe puterea aburului, prin inlocuirea pentru prima oara in istorie a lemnului, cu carbunii de pamant, prefatand astfel civilizatia celui de-al doilea val. Astfel, in Europa apar preocupari de ordin stiintific privind realizarea lanturilor energetice, cauzalitatii si legile energeticii, folosirea si economia acestor variate resurse.
Un sir de mari inventatori se vor ilustra in acest domeniu al cunoasterii umane, de la A. Lavoisier si D. Laplace (caldura rezultat al miscarii moleculare), pana la descoperirea si perfectionarea masinii cu aburi datorate lui Th. Newcomb, J. Watt si B. Rumford, de la E. Darwin si J. Dalton (corespondenta dintre caldura si lucru mecanic), pana la R. Mayer,
L. Colding, J. Joule ori H. Helmholtz. Desigur si alte nume prestigioase au marcat progresul cunoasterii si valorificarii resurselor energetice: H. Poincaré, W. Thomson-Kelvin, J.TH. Sielberman, W. Siemens, G. Westinghouse, N. Tesla
Preocuparile privind resursele regenerabile de energie s-au amplificat mai ales dupa cel de-al doilea razboi mondial, cand omenirea a fost confruntata cu primele crize majore energetice, indeosebi criza petrolului din a doua jumatate a secolului XX.
Cele doua mari surse de energie in Univers sunt: fuziunea atomilor usori din Soare (stele) si gravitatia universala. Toate celelalte forme de energie decurg din aceste surse majore de energie.
Principalele resurse de energie externa sunt: radiatia solara, energia solara la suprafata pamantului, influenta gravitationala a Soarelui si a Lunii. Sursele de energie interna se afla la originea caldurii interne a Pamantului (vulcani, cutremure, izvoare fierbinti).
Energia se afla in diferite forme in natura, iar prin conversie fenomenele energetice trec dintr-un sistem in altul. Iata de pilda unul dintre cele mai avantajoase lanturi energetice: energia - combustibili - caldura - electricitate - lucru mecanic. Alte exemple clasice in energetica sunt procesele care se produc in Soare (fuziune si fisiune), sau energia chimica din lemn si transformarea ei in energie termica si mecanica. In ceea ce priveste randamentul transformarilor de energie primara in energie electrica, pentru combustibilii conventionali este de 32 - 34 %, in centrale termoelectrice 28 - 30 %, in centralele atomoelectrice 70%; in ansamblu randamentul energetic mediu este de 35 - 38 %.
O alta forma de clasificare dupa criteriul termodinamic arata existenta energiilor potentiale (energia chimica stocata in combustibili, energia hidraulica, potentialul radioactiv al unor elemente chimice) si energiile actuale (cinetice).
Dupa gradul de integrare a resurselor energetice in consumul economic actual, clasificarea devenita clasica este urmatoarea:
- resurse clasice (resursele energetice conventionale, lemnul, carbunii, hidrocarburile, energia hidraulica si combustibilii nucleari);
- resurse neclasice (surse neconventionale inepuizabile dar cu o pondere inca redusa in balanta energetica: radiatia solara, energia eoliana, energia geotermica, energia oceanelor s.a.);
- alte resurse energetice (aflate in stadii de laborator, pe baza unor tehnologii fizice si chimice promitatoare).
Prima forma de energie folosita de omul preistoric a fost forta lui fizica, prin care a reusit sa supravietuiasca civilizatiei primului val, de la culegator si vanator, la agricultor si mestesugar. Prin aparitia si folosirea cu indemanare a uneltelor si a primelor arme, si-a multiplicat forta lui fizica, pana la aparitia focului si descoperirea rotii.
In mod cert, din preistorie pana in a doua jumatate a secolului al XVIII-lea, lemnul a fost principalul combustibil, impactul folosirii lemnului se reflecta in evolutia fondului forestier, in marile probleme de impact global care se resimt in prezent.
Carbunii de pamant devin principala sursa de energie timp de aproape doua secole, pana in pragul secolului al XX-lea, cand hidrocarburile devin predominante si vor fi principala sursa de energie cel putin in primele decenii ale secolului al XXI-lea.
Scenariul energetic trebuie completat in prezent de cresterea interesului pentru carbuni (noi tehnologii, uriase rezerve), combustibilii nucleari si de fuziunea nucleara.
In evolutia consumului de energie, se estimeaza ca omul preistoric folosea intre 2 - 5 kWh/zi, in timp ce omul modern utilizeaza intre 270 - 300 kWh/zi (in statele superindustrializate). Aceasta evolutie se identifica cu evolutia omenirii de la societatea agricola, la societatea informationala.
Unele dintre resursele de energie neclasice (neconventionale) sunt folosite de omenire inca din antichitate, altele in ultimele doua secole, altele vor fi folosite probabil in urmatoarele decenii.
Aceste resurse neclasice prezinta un urias potential energetic, sunt de o mare complexitate, necesita investitii deosebite si tehnologii foarte avansate, sunt nepoluante, unele continue, altele regenerabile.
In acelasi timp, resursele energetice neconventionale constituie o mare sfidare, dar si o promisiune pentru omenirea mereu mai devoratoare de surse de energie.
Energia solara
-constituie izvorul tuturor energiilor utilizate de omenire. Potentialul heliotermic echivaleaza cu peste 12.000.000 miliarde t combustibil conventional pe secunda. Din aceasta 80%, se consuma pentru evaporarea apei, 16% in fotosinteza, iar restul de 4% ar putea asigura inlocuirea intregului consum de combustibil.
Problema care trebuie rezolvata este captarea si transformarea in forme de energie utilizabile. Actualele obstacole in calea folosirii energiei solare sunt date de conversia radiatiei in caldura sau electricitate care se face cu pierderi de 80-90%. Captarea si reflectarea razelor solare, cu actualele mijloace, necesita suprafete vaste. Deoarece radiatia difera, in functie de latitudine, apare necesitatea stocarii si adaptarii la consum.
Cea mai frecventa utilizare a energiei solare o intalnim la incalzirea apei si a locuintelor. Sunt numeroase tarile (Franta, S.U.A., Japonia, Israel etc.) care au trecut la captarea si folosirea energiei solare.
In Franta au fost construite peste 1000 case solare si mai mult de 40.000 statii pentru apa calda. Exista proiecte dar si realizari experimentale de producere a electricitatii prin conversia fotoelectrica directa, cu celulele de siliciu sau fotopile, sau in centrale, pornind de la vaporii de apa obtinuti cu ajutorul caldurii solare. De pilda, la Odeillo, in Pirineii Orientali, uzina solara capteaza razele prin 63 de oglinzi, pe care le reflecta pe o oglinda parabolica, ce le concentreaza asupra unui cazan unde se produc vapori de apa la temperaturi inalte. O alta centrala mai puternica a fost construita la Torgassonne in Pirineii Occidentali, iar alta se afla in constructie in Corsica.
Se preconizeaza realizarea unor centrale spatiale, alcatuite din sateliti geostationari ce vor capta energia razelor solare, dirijand-o spre Pamant.
Din 1975, cand satelitul american Vanguard a folosit pentru prima data baterii solare, prin care energia luminoasa a fost transformata in energie electrica si pana la actualele proiecte, au fost facuti pasi importanti in vederea valorificarii energiei solare.
Energia geotermala
-constituie rezultatul cresterii temperaturii in interiorul scoartei cu circa 3 grade C la 100 m (gradient termic), sau cu 1 grad C la 33 m (treapta geotermica).
Ca urmare, apa calda sau vaporii cu temperaturi ridicate pot fi utilizate pentru producerea de electricitate. Forajele de adancime permit vaporizarea apei injectate si recuperarea vaporilor sub presiune in vederea productiei de energie electrica.
Pana acum experientele facute sunt incurajatoare. Ramane pe viitor posibilitatea de a capta uriasele energii ale vulcanilor, deocamdata trecandu-se la utilizarea gheizerelor si apelor termale.Importante amenajari geotermice s-au facut in Italia (Toscana), S.U.A. (California), Rusia (pen. Kamceatka), Islanda, Japonia, Noua Zelanda si Ungaria.
In Italia la Carderello, inca din 1904, a fost data in exploatare prima centrala geotermica din lume, unde temperatura inalta si presiunea vaporilor de apa emanati de soffioni, au fost intrebuintate ca sursa de productie a energiei electrice.
Energia mareomotrica.
Mareele sunt generate de atractia universala, utilizarea lor in producerea de energie electrica devine rentabila, daca amplitudinea este in jur de 10 m.
Pana in prezent, doar Franta si Rusia au construit centrale mareomotrice importante.
Franta a construit o uzina in estuarul raului Rance in Bretagne, unde mareele ating amplitudini de 13,5 m. Uzina are o putere instalata de 240 MW.
Rusia a dat in exploatare uzina Kislaia Guba (320 MW) in apropiere de Murmansk - golful Kola, unde amplitudinea este de l4m.
Conditiile favorabile de utilizare ale mareelor in scopuri energetice exista si in golfurile Brest si Mont Saint Michel din Franta, tarmul Marii Ohotsk in Rusia, estuarul Severn din Marea Britanie, ca si pe tarmurile Indiei si Indoneziei. Totusi cea mai mare uzina mareomotrica care a fost proiectata, se va realiza pe litoralul sud-estic la Canadei, unde mareele ating 20 m.
Energia eoliana
Vantul reprezinta o alta forma de energie solara ce provine din incalzirea inegala a suprafetei terestre si a atmosferei. In mod teoretic, vanturile dispun de o energie care este de 200 de ori mai mare decat consumul mondial actual.
Energia eoliana este pusa in valoare in Crimeea, in S.U.A. (la Rutland) si Marea Britanie la Kararvon, cu ajutorul unor centrale mici cuprinse intre 0,1 - 2,5 MW. Desi mici, aceste centrale sunt utile deoarece pot satisface nevoile unor constructii izolate (ferme, cabane, statii de pompare in regiuni aride etc.).
Regiunile favorabile valorificarii energiei eoliene sunt cele care au vanturi permanente cu viteze si intensitati mari (campii, culmi montane, zone litorale), sau cu un climat favorabil (cu vanturi permanente sau periodice).
Curentii maritimi
-dispun de rezerve potentiale energetice foarte mari. Totusi, pana in prezent, nu au fost avansate solutii tehnice viabile pentru captarea si utilizarea acestei resurse energetice inepuizabile. Departarea de tarmuri, poluarea mediului marin, dificultatile amplasarii si transportului curentului sunt obstacole dificile de depasit.
Hidrogenul
-are o mare capacitate energetica, in prezent se obtine din hidrocarburi. O sursa inepuizabila o constituie apa, din care se poate separa prin electroliza. Energia obtinuta prin transformarea hidrogenului in heliu este foarte mare, incat l kg hidrogen ar putea inlocui pana la 20.000 t carbune conventional.Hidrogenul poate constitui combustibilul viitorului, deoarece se gaseste din abundenta si este nepoluant, poate fi stocat si este reciclabil.
Metanolul si amoniacul
-se pot obtine prin sinteza din hidrogen. Metanolul arde complet, este nepoluant si poate inlocui eficient benzina.
Energia biomasei
-sau energia verde, furnizeaza caldura obtinuta prin transformarea materiei vegetale. S.U.A., Japonia, Franta au inregistrat progrese notabile in acest domeniu.
Energia nucleara
-este una dintre cele mai folosite noi surse de energie la acest final de secol. Energia nucleara poate fi produsa in doua moduri: prin fisiune si prin fuziune.Prin fisiune sunt folositi atomi grei cum ar fi Uraniul care se dezintegreaza si genereaza o mare cantitate de energie. Insa reactia este instabila si se produce o mare cantitate de radiatii. Rezidiurile ramase in urma reactiilor sunt radioactive, nocive si trebuie depozitate in conditii speciale.Prin fuziune se folosesc atomi usori cum ar fi hidrogenul. Sunt folositi izotopii hidrogenului deuteriul si tritiul. Prin unirea atomilor se elibereaza o mare cantitate de energie. Insa si aceasta reactie este foarte instabila. Avantajul este faptul ca hidrogenul este prezent in cantitati mari, nu este poluant, este reciclabil si poate fi stocat.Nu se poate concepe existenta umanitatii in afara energiei. Definitia elementara a energiei poate fi exprimata prin capacitatea unui sistem oarecare de a produce lucru mecanic, asa cum arata oricare dictionar sau tratat. Impactulr resurselor energetice asupra omenirii a fost mult mai evident in ultimele secole, cand s-au incetatenit expresii diverse, de la lucru mecanic si energie mecanica, la energie termica, energie luminoasa, energie vitala, forta vie, energie fiziologica, energie electrica si magnetica, energie hidrodinamica, energie solara, gravitationala sau mai recent energie nucleara.
