ENERGIA APELOR
Energia apelor curgătoare a fost exploatată încă din cele mai vechi timpuri pentru a produce energie mecanică care era utilizată în cele mai diverse scopuri de la a pune în mişcare mori de apă până la sisteme de irigaţie şi exploatări miniere.
Modalităţi de exploatare
Roţile hidraulice
Roţile hidraulice folosesc energia apelor curgătoare pentru a produce lucru mecanic. Pe cursuri de apă cu debite mici se exploatează în special energia potenţială, în acest scop fiind utilizate roți pe care sunt montate cupe, iar aducţiunea apei se face în partea superioară a roții umplând astfel cupele. Greutatea apei din cupe pune roata în mişcare; în acest caz căderea corespunde diferenţei de nivel între punctele în care apa este admisă şi respectiv evacuată din cupe şi este cu atât mai mare cu cât diametrul roții este mai mare. Pe cursurile de apă cu debite mari se exploatează în special energia cinetică a apei, în acest scop fiind utilizate roți pe care sunt montate palete, iar aducţiunea apei se face în partea inferioară a roții împingând paletele. Pentru a obţine momente cât mai mari raza roții trebuie să fie cât mai mare. De multe ori, pentru a accelera curgerea apei în dreptul roţii, înainte de aceasta se construieşte un stăvilar deversor care ridică nivelul apei şi transformă energia potenţială a căderii de apă care se formează în energie cinetică suplimentară, viteza rezultată din deversare adăugându-se vitezei normale de curgere a cursului de apă.
Hidrocentralele
Hidrocentralele utilizează amenajări ale râurilor sub formă de baraje pentru a produce energie electrică. Potenţialul unei exploatări hidroelectrice este dependent atât de căderea cât şi de debitul de apă disponibil; cu cât acestea sunt mai mari cu atât se poate obţine mai multă energie electrică. Într-o hidrocentrală energia hidraulică este captată de turbine care acţionează generatoare electrice.
Microcentrale şi picocentrale hidraulice
O microcentrală hidraulică este o hidrocentrală a cărei putere instalată nu depăşeşte 100 kW(5 – 100kW), iar o picocentrala hidraulică este o hidrocentrală a cărei putere instalată nu depăşeşte 5 kW(1-5kW).
Microcentralele şi picocentralele hidraulice pot fi construite pe cursuri de apă mici şi constituie o soluţie pentru asigurarea energiei electrice în aşezările mici şi izolate.
Centrale mareomotrice
O centrală mareomotrică recuperează energia mareelor. În zonele cu maree, acestea se petrec de două ori pe zi, producând ridicarea, respectiv scăderea nivelului apei. Există două moduri de exploatare a energiei mareelor:
- Centrale fără baraj, care utilizează numai energia cinetică a apei, similar cum morile de vânt utilizează energia eoliană
- Centrale cu baraj, care exploatează energia potențială a apei, obținută prin ridicarea nivelului ca urmare a mareei.
Deoarece mareea în Marea Neagră este de doar câțiva centimetri, România nu are potențial pentru astfel de centrale.
Instalații care recuperează energia valurilor
Pentru recuperarea energiei valurilor se pot folosi scheme similare cu cele de la centralele mareomotrice cu baraj, însă, datorită perioadei scurte a valurilor aceste scheme sunt puțin eficiente. Un obiect care plutește pe valuri execută o mișcare cu o traiectorie eliptică. Cea mai simplă formă de valorificare a acestei mișcări pentru recuperarea energiei valurilor sunt pontoanele articulate. O construcție modernă este cea de tip Pelamis formată din mai mulți cilindri articulați, care, sub acțiunea valurilor au mișcări relative care acționează niște pistoane. Pistoanele pompează ulei sub presiune prin motoare hidraulice care acționează generatoare electrice.
ENERGIA EOLIANĂ
Vântul este o formă reală a energiei solare, deoarece el este creat de acțiunea soarelui. Radiația solară nu încălzește uniform suprafața Pământului. Nisipul, apa, piatra, pământul absorb energia termică a soarelui, o stochează și o reflectă în mod diferit la diferite intervale de timp. Pământul se încălzește în timpul zilei și devine mai rece pe timp de noapte. Ca urmare, aerul de deasupra suprafeței Pământului se încălzește și se răcește cu viteze diferite. Aerul cald se ridică în sus, reducând astfel presiunea atmosferică pe suprafața Pământului, iar aerul rece intră în zonele evacuate. Această mișcare a aerului este ceea ce noi o numim vânt. Când aerul se mișcă, producând energia eoliană, se formează energia cinetică a vântului, care ca oricare alta poate fi transformată în alte forme de energie, în special, în energie electrică sau mecanică. De exemplu, cele mai vechi mori de vânt din Persia, China și Europa au folosit puterea vântului pentru a pompa apă sau a măcina cereale.
În cartea sa „Mașini: utilizarea forțelor naturii și a științei” , Marx a descris așa-numitele „mori pe capre” răspândite pe o scară largă în Germania, cunoscute până la mijlocul secolului al XVI-lea. Furtunile puternice ar putea răsturna o astfel de moară împreună cu baza ei. La mijlocul secolului al XVI-lea un flamand a găsit o cale prin care moara nu se răstoarnă – la moară, el a lăsat doar acoperișul deplasabil, iar pentru a întoarce aripile în direcţia vântului, a fost doar suficient de a mişca carcasa morii, în timp ce structura ei a fost fixată pe pământ. În secolul al XVI-lea în orașele din Europa au început să se construiască stații de pompare a apei cu folosirea motorului hidraulic și morii de vânt. Toledo – 1526, Gloucester – 1542, Londra – 1582, Paris – 1608, etc. În Țările de Jos numeroasele mori de vânt au pompat apa de pe terenurile îngrădite cu diguri. În regiunile aride din Europa morile de vânt au fost folosite pentru irigare.
În Rusia, anii 50 au fost o nouă etapă în dezvoltarea utilizării energiei eoliene. În august 1954, Consiliul de Miniștri al URSS a adoptat o hotărâre detaliată cu privire la dezvoltarea ulterioară a energiei eoliene și utilizarea crescută a resurselor eoliene, au fost definite sarcinile cu privire la organizarea cercetărilor, dezvoltarea noilor structuri de turbine eoliene, fabricarea și punerea lor în aplicare în economia națională, precum şi îmbunătățirea funcționării acestora.
Turbinele eoliene electrice actuale utilizează energia eoliană pentru a genera energia electrică curată regenerabilă. Energia eoliană ar trebui să fie considerată o componentă importantă a strategii energetice pe termen lung, pentru că ea foloseşte resursele naturale și practic inepuizabile, fără a se baza pe combustibilii fosili și fără a polua aerul, solul și apa cu orice emisii sau deșeuri.
Utilizarea generatoarelor eoliene
Gama de aplicare a turbinelor eoliene este destul de largă. Desigur, puteți utiliza un generator eolian în scopuri pur decorative. Pe moară s-au instalat elice şi s-au atașat un mecanism cu clichet – este interesant şi distractiv. S-a menționat că cu ajutorul morilor de vânt s-au măcinat cereale. Este puțin probabil că există o nevoie acum, dar acest aparat este capabil să pompeze apă. O turbină eoliană mică la o viteză mică a vântului poate ridica din fântână sau sondă 30-50 de litri de apă pe oră. În ultimii 100 de ani turbinele eoliene sunt folosite pentru a genera energia electrică. Este cea mai bună utilizare alternativă a generatoarelor eoliene.
Tipuri de turbine eoliene
- Carusel – axa de rotație verticală.
- Palete – axa de rotație orizontală.
Generatoare eoliene carusel, desigur, au avantajele lor proprii. Ele câștigă rapid tracțiunea cu creșterea forței de vânt, iar apoi viteza de rotație rămâne aproape neschimbată. Instalaţia singură ține evidența „de unde bate vântul”, prin urmare, aceasta nu are nevoie de nici un fel de echipament suplimentar. Turbinele eoliene carusel sunt de mișcare lentă, ceea ce permite utilizarea schemelor electrice simple pentru a capta energia, în special, generatoarele asincrone. În același timp viteza lentă limitează utilizarea turbinelor eoliene verticale (carusel), de aceea constructorii sunt nevoiţi să folosească reductoare cu o viteză în creştere – multiplicatori care au o eficiență foarte scăzută. Fără multiplicator utilizarea unei astfel de instalaţii este problematică; generatoarele cu multipoli de o viteză redusă nu sunt atât de răspândite, cel puțin ele nu sunt în vânzare.
Generatoarele de vânt cu aripi au o viteză mai mare. Datorită acestui fapt, ele pot fi conectate direct la un generator, fără multiplicatori. Paletele la un generator eolian cu aripi ar trebui să fie plasate vertical – perpendicular la fluxul de aer. Pentru a realiza acest lucru se foloseşte un dispozitiv special – un stabilizator. Noile turbine eoliene cu palete au un coeficient de utilizare a energiei eoliene mult mai mare. În același timp viteza lor de rotaţie este invers proporțională la numărul de aripi. În consecință, instalaţiile cu un număr mai mare de trei a paletelor practic nu sunt folosite. Viteza de rotație și ușurința de fabricație au provocat utilizarea pe scară largă a turbinelor eoliene cu palete. Pentru a selecta unitatea, este necesar de a determina cu exactitate direcția preferată și viteza medie a vântului în punctul în care se presupune instalarea unui generator eolian. Trebuie să ţinem minte că viteza inițială a paletelor turbinelor eoliene este egală cu 2 m / s, iar viteza la care generatorul funcționează cu o eficiență maximă – 9-12 m / s.. Puterea turbinei eoliene depinde de viteza vântului și de diametrul elicei. În literatura de specialitate există mai multe formule de calcul pentru puterea turbinei eoliene. Dacă puterea nu ne convine, atunci trebuie să găsim o altă sursă de energie sau să instalăm mai multe turbine eoliene.
