Resurse energetice - energia solara si eoliana

Categoria: Referat Fizica

Descriere:

Combustibilii fosili nu sunt surse de energie nelimitate sau uÅŸor regenerabile, dar sunt extrase mult mai repede decât se pot forma alte zăcăminte. Pe viitor se prevede o scădere continuă a acestor resurse ajungâdu-se până la epuizarea totală a zăcămintelor. În anii ’90 experÅ£ii prevedeau că petrolul, în cantităţile în care se exploatează în zilele noastre, va mai alimenta consumul mondial încă 43 de ani....

Resurse energetice

         Energia este folosită pentru a alimenta maşini industriale şi vehicole, pentru a încălzi şi răcori birouri şi cămine şi pentru consumul casnic. Cea mai des întâlnită formă de energie înainte de “Revoluţia Industrială” din sec al XVIII-lea era energia termică, a cărei sursă principală era lemnul. În ţările în curs de dezvoltare lemnul uscat este încă o importantă sursă de energie termică. Odată cu dezvoltarea ţărilor sărace, locul lemnului este luat de cărbuni, petrol şi gazele naturale substanţe cunoscute sub numele de combustibili fosili.

           În sec. al XIX-lea cărbunele a devenit sursa principală de energie în ţările aflate în curs de industrializare. Trenurile, vapoarele erau alimentate cu cărbune şi cocs, obţinut prin arderea cărbunelui la temperaturi foarte ridicate, fiind folosit şi în prelucrarea fierului şi a oţelului. Datorită problemelor ridicate de transportul cărbunilor în primii ani ai revoluţiei industriale, oraşele industriale se dezvoltau mai ales în jurul bazinelor carbonifere, cum ar fi: Selby şi Cardiff din Ţara Galilor. Odată cu apariţia petrolului şi a gazelor naturale,

 care erau mai uşor de transportat industria se putea dezvolta oriunde. Actualmente 90% din energia destinată populaţiei este furnizată de combustibilii fosili, restul fiind acoperit de energia nucleară şi energia produsă de hidrocentrale.       

Cărbunele este încă folosit în industria prelucrătoare de oţel şi pentru producerea de energie electrică în toate statele lumii. Deoarece este foarte poluant, producând ploi acide şi efect de seră folosirea sa în unele ţări ale lumii tinde să fie înlocuită cu gazul natural, care este mai ieftin şi mai puţin poluant. După anul 1990 producţia de cărbune a început să crească din nou datorită apriţiei filtrelor care reduc poluarea. Mai importantă este dezvoltarea ţărilor, mai ales a celor din America Latină, şi din Asia, ceea ce a dus la o continuă creştere a cererii de cărbune. Spre exemplu Japonia este cel mai mare importator de cărbune din lume şi China este lider mondial atât în producerea câr şi în consumu de cărbune.

          În anii 1990 cărbunele furniza aproximativ 28% din energia mondială, gazele naturale 21% şi petrolul 40%. Aproape jumătate din producţia mondială de petrol era folosită în transporturi, rafinăriile furnizând 97% din combustibilul folosit în transport.

          Combustibilii fosili nu sunt surse de energie nelimitate sau uşor regenerabile, dar sunt extrase mult mai repede decât se pot forma alte zăcăminte. Pe viitor se prevede o scădere continuă a acestor resurse ajungâdu-se până la epuizarea totală a zăcămintelor. În anii ’90 experţii prevedeau că petrolul, în cantităţile în care se exploatează în zilele noastre, va mai alimenta consumul mondial încă 43 de ani. Rezervele de gaze naturale vor fi suficiente pentru încă 66 de ani, iar cele de cărbune pentru încă 236 de ani, dacă extracţiile se menţin la cotele actuale. Aceste previziuni sunt relative deoarece ratele de extracţie sunt variabile şi mereu se descoperă noi şi noi zăcăminte. Odată cu diminuarea resurselor energetice inepuizabile, costul lor va creşte şi astfel se recurge la noi surse de energie, cum ar fi energia produsă de hidrocentrale, energia nucleară şi alte surse asupra cărora se mai efectueză încă cercetări.

          Aproximativ 18% din enrgia mondială este produsă de hidrocentrale. Energia apelor este folosită încă din antichitate fiind transformată de strămoşii noştri cu ajutorul unor roţi în energie cinetică. Centralele hidroenergetice moderne se folosesc baraje şi rezervoare mari care pot vi constuite în ţările în care există cursuri de ape ce trec prin pante abrupte. Barajul Aswan din Egipt adună apa fluviului Nil în lacul Nasser, unul dintre cele mai mari lacuri de acumulare din lume, în timp ce amenajarea terminată în 1972 din munţii “Snowy” este situată într-o zonă din cel mai înalt punct din Australia.

                  Apa este o sursă foarte ieftină şi continuă de energie. Este o sursă nepoluantă de energie, chiar dacă se crede că vegetaţia de pe fundul lacurilor de acumulare produce o mare cantitate de gaze ce contribuie la sporirea efectului de seră. Constuirea de baraje duce de multe ori la distrugerea unor ecosisteme aşa cum este cazul barajului Three Gorges de pe fluviul Yangzi din China care va duce la mutarea a peste un milion de oameni până la terminarea acestuia în 2009.

          O barcă se mişcă pe lacul de acumulare de la Three Gorges, situat pe fluviul Yangzi, al treilea din lume ca lungime 6300 de kilometri. Acesta împarte China în două regiuni: una în Nord,unde se cultivă porumbul şi una în Sud în care se cultivă în principal orezul.

          Folosindu-se de cercetările asupra bombei atomice din 1945 multe ţări şi-au dezvoltat centrale nuceare, care furnizeză o cantitate uriaşă de energie dintr-o cantitate mică de combustibil. Astăzi energia nucleară constituie 17% din totalul de enrgie electrică la nivel mondial. În 1996 un raport constata că existau 437 de reactoare în 31 de ţări. Acestea acopereau consumul intern de energie în proporţie de 87% in Lituania, 78% în Franţa, 58% în Belgia şi 53% în Suedia. Centralele nucleare au şi dezavantaje cum ar fi faptul că au nevoie de peste 10 ani pentru a fi construite, costurile de construcţie şi de producere a energiei, deşi variabile de la o ţară la alta sunt foarte mari, şi produc o serie de deşeuri radioactive foarte nocive pentru mediul înconjurător şi pentru oameni. Accidentul nuclear de la Cernobâl din 1986 a umbrit industria producătoare de energie nucleară,provocând proteste în masă, care au dus la închiderea unor astfel de centrale. Un referendum în Suedia din 1980 se pronunţa pentru renunţarea totală la energia nucleară până în 2010.

          Cercetările se axează pe descoperirea şi exploatarea altor surse inepuizabile de energie, cât mai puţin poluante şi cât mai puţin costisitoare, cum ar fi energia solară, eoliană, energia geotermală, etc.

          Relativa nerentabilita-te a acestor surse de energie este dată pe moment de costurile relativ mari, dar scăderea drastică a combustibililor fosili va duce la o mai intensă valorificare pe viitor a acestor tipuri de energie.

          Energia solară este folosită în unele state cum ar fi Africa, Statele Unite ale Americii pentru alimentarea cu energie electrică a unor locuiţe, dar pe scară mică deocamdată. Ea mai este folosită pentru alimentarea steliţilor artificiali, a staţiilor cosmice, a calculatoarelor, ceasurilor, etc. . Un  număr de companii s-au unit după anii ’70 într-o asociaţie multinaţională, ce sprijină valorificarea energiei solare, dar în unele cazuri ajută la plantarea de păduri pentru a încuraja şi folosirea raţională a lemnului ca sursă de energie termică.

                                  Energia solara

   Soarele este una dintre miliardele de stele, dar este sursa de energie a tuturor fiinţelor vii de pe întregul Pamant. Energia solara care ajunge pe Pamant in 40 de minute ar fi de ajuns pentru a acoperi nevoia de energie a întregii  omeniri.

   Omul utilizeza intr-o aşa măsura  combustibilul pe baza de materie fosiliazata (petrol si cărbune) încât rezervele se vor epuiza in adoua parte a secolului următor. Mai demult s-a crezut ca centrala atomica este o soluţie alternativa, dar gradul sau de periculozitate este demonstrat de catastrofa nucleara de la Cernobal, din 1986. S-a demonstrat ca dinte sursele de energie care ar putea înlocui combustibilul fosil, este energia solara, aceasta  oferă siguranţa si acurateţea cea mai mare.

RADIATIA SOLARA

   Atmosfera  reflecta aproximativ 30% si absoarbe 20% din radiaţia solara; astfel, pe suprafaţa solului ajung doar 50% din ea. Chiar si aşa aceasta cantitate este de 170 de milioana de ori mai mare decât productivitatea  celor mai mari centrale.

   In zonele tropicale aceasta cauzează arderea tufişurilor, focul izbucnit datorita focalizării razelor solare prin picăturile de rouă, care se comporta ca nişte lentile optice. Grecii au utilizat energia solara inca din 400 i.e.n pentru aprinderea focului, folosind goburi de sticla pline cu apa. In 200 i.e.n ei si chinezii foloseau oglinzi concave in acest scop.

   In cuptorul solar modern, lumina solara este folosita pentru a găti , o oglinda concava (reflectorul) focalizează razele soarelui pe mâncare sau pe vas. In unele cuptoare solare in loc de oglinda solara se foloseşte un sistem de oglinzi plate  pentru a direcţiona razele soarelui pe alimente. Pe aceeaşi idee se bazează si funcţionarea furnalului solar. In Mont Luis, Franta, s-a construit o clădire cu mai multe nivele, ce are o latura acoperita cu oglinzi, astfel încât totalitatea lor sa formeza o  uriaşa oglinda concava. Camera de încălzire din focar se poate încălzi pana la 3000 de grade C-la acesta temperatura se topesc majoritatea metalelor-.

CLADIRI INCALZITE DE SOARE

  Intr-o oarecare măsura fiecare casa este încălzita de Soare dar unele dintre ele sunt proiectate pt. a folosi cat mai bine aceasta sursa de energie gratuita. Aceste case au ferestre mari pe partea unde cad razele soarelui la miza ,iar pe partea răcoroasa mii mici.

  In multe gospodarii, energia solara se foloseşte pentru încălzirea apei. Lumina soarelui incalzeste apa rece care curge prin panourile plate , închise, numite colectoare. Acestea functioneaza ca nişte radiatoare inverse, absorb căldura pt. a încălzi apa. De obicei se montează pe acoperişul caselor, sub un unghi care sa permită absorbirea unei cantitati cat mai mari de energie.

BATERIILE SOLARE

  Bateriile solare sunt nişte instrumente elctronice, care utilizează fenomenul  fotoelectric pt. producerea energiei electrice. Modulul de baterie solara este compus dintr-un număr foarte mare de fotocelule. Intr-o fotocelula se generează o tensiune mica, de aceea trebuie legate mai multe astfel de celule in serie, pt. ca bateria solara sa se poată folosi ca sursa de energie. Fotocelulele sunt nişte placi subţiri  din materie semiconductoare, de obicei siliciu. Unele sunt făcute din galiu, arseniu, care sunt tot semiconductoare. Astfel de celule au un randament mai scăzut, dar sunt funcţionale si la temperaturi mult mai ridicate. De aceea se folosesc pt. alimentarea  energie a sateliţilor, mai expuşi radiaţiilor solare. Cei mai mulţi sateliţi artificiali functioneaza cu ajutorul panourilor solare, asemenea calculatoarelor si a majoritarii ceasurilor cu quartz.

  Avionul Solar Challenger a zburat peste Canalul Mânecii având ca singura sursa de energie lumina soarelui. Panourile solare care ii acopereau aripile generau suficient curent pentru a roti cu o turaţie corespunzătoare elicea

CURENT FARA RETEA DE TRANSPORT LA DISTANTA

In locurile mai greu accesibile , mai izolate  de lume, cea mai mare parte a curentului necesar unei gospodarii este furnizata de panourile solare. O parte din curentul astfel generat este folosita pt. încărcarea unor acumulatori, astfel alimentarea cu energie electrica nu se inrerupe odată cu lăsarea serii.

  Pt. a genera  curent  fotocelulele  necesita  lumina, nu căldura, de aceea poate poare funcţiona farul de 360 KW al unei piste de aterizare in mijlocul unei pustietati inghetate din Alaska.Inca din anii '60, sateliţii, artificiali de comunicare sunt alimentaţi cu ajutorul unor panouri solare enorme. Varianta cea mai avansata este staţia cosmica Freedom, care va fi lansata pe orbita in jurul Pamantului probabil la sfarsitul secolului. Aceasta va fi echipata cu 8 panouri solare, asemănătoare unor aripi, care vor transforma lumina solara intr-o putere electrica de 75KW.

  Daca se va realiza proiectul maret al inginerului american dr. Peter Glaser, in sec. XXI un sistem de centrale cosmice va furniza cantitatea de energie electrica necesara omenirii. După concepţia Doctorului Glaser, in jurul Pamantului s-ar roti o flota de 40 de sateliţi (SPS), centrale solare generatoare de energie din radiaţia solara. Energia generata in fotocelule va fi transformata in microunde iar acestea ar fi transmise spre staţii de recepţie terestre. Aici s-ar realiza transformarea microundelor in energie electrica. Potrivit Biroului European pt. Navigaţie Cosmica, 40 de SPS-uri ar acoperi 1/4 din necesarul energiei electrice al Uniunii Europene in jurul anului 2040.

  Exista insa o problema: aceasta radiaţie, de microunde, de putere mare ar arde orice pasare sau om intilnit in cale, care nu s-ar afla intr-o aeronava din metal. Cu toate acestea mulţi savanţi sunt extrem de convinşi ca o  mare parte a energiei va fi furnizata in viitor de centralele cosmice.

Energia eoliana

Energia eoliana este energia continuta de forta vantului ce bate
pe suprafata pamantului. Exploatata, ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei, de exemplu, sau macinarea graului, la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului. Prin conectarea unui rotor la un generator electric, turbinele de vant moderne transforma energia eoliana, ce invarte rotorul, in energie electrica.

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au navigat pe Nil in amonte, in jurul secolului IV i.Hr. Peste secole vasele cu panze aveau sa domine marile si oceanele lumii, servind in principal transportului comercial, dar si in scopuri militare si stiintifice. Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina marile. Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa, insa sunt construite cu echipamente moderne. Utilizarea lor este, insa, cu totul alta - fie ca vase sportive, fie ca ambarcatiuni de agrement.
Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in vechea Persie in secolul VII. De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului, pomparea apei, taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica. Insa exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX, odata cu aparitia “morilor de vant” moderne – turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de kilovati.
            Pentru ca vantul este o sursa de energie curata si interminabila, turbinele de vant sunt instalate in tarile dezvoltate si acolo unde intensitatea vantului permite puterii eoliane sa poata fi exploatata, pentru a suplini sursele traditionale de energie electrica, precum caldura degajata de arderea carbunilor.
Imbunatatirile aduse rotoarelor si elicelor, combinate cu o crestere a numarului de turbine instalate, a dus la o marire a puterii energiei eoliene cu circa 150% din 1990. In 1997, de exemplu, piata mondiala a energiei eoliene manipula in jur de 3 miliarde de dolari.

Energia eoliana e o sursa de putere electrica promitatoare in viitor datorita ecologitatii si infinitatii sale. Totusi, pentru ca viteza vantului variaza in timpul zilei, sezonului sau anilor energia generata de vant e o resursa intermitenta. In zonele de pe glob cu actiune puternica a vantului turbinele actioneaza in jur de 60% din timpul anului. Chiar si asa vantul poate fi insuficient pentru ca turbinele sa functioneze la capacitate maxima. Cu toate acestea tehnologia a reusit sa-si adapteze creatiile imbunatatindu-le si producand si alte ce folosesc acest tip de energie.

Compunerea sistemului:
1. Pale
- Forma si conceptia lor este esentiala pentru a asigura forta de rotatie necesara. Acest design este propriu fiecarui tip de generator electric.
2. Nacela
- Contine generatorul electric asigurand si o protectie mecanica
3. Pilon
- Asigura strucura de sustinere si rezistenta a ansamblului superior.
4. Fundatie
- Asigura rezistenta mecanica a generatorului eolian.

Functionarea sistemului eolian:

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu. Vantul pune in miscare palele care la randul lor actioneaza generatorul electric. Sistemul mecanic are in componenta si un multiplicator de viteza care actioneza direct axul central al generatorului electric.
Curentul electric obtinut este, fie transmis spre imagazinare in baterii si folosit apoi cu ajutorul unui invertor DC-AC in cazul turbinelor de mica capacitate , fie livrat direct retelei de curent alternativ ( AC) spre distribuitori.

Energia eoliana.

Conform analistului Axel Eunhoff de la Banca de Investitii Bear Stearns International, in Europa energia provenita din centrale eoliene va ajunge la 65.000 MW, iar sumele necesare investitiilor vor fi 60-70 mld. euro.
In urmatorii 8 ani va fi instalata o putere de 110.000 MW in centralele eoliene. Daca acestea s-au dezvoltat pe zonele de coasta, in prezent tendinta este de a construi unitati in interior pentru a furniza energie pentru mii de gospodarii, ferme, mici intreprinderi.
Cea mai dezvoltata zona eoliana in Germania este Westfalia - regiunea Sintfeld, unde sunt montate 65 de instalatii cu o capacitate de 180 milioane kWh pe an (adica suficient pentru 50.000 gospodarii).
Cel mai mare producator mondial de turbine eoliene este firma Flender GmbH, care livreaza 40% din toate centralele eoliene instalate in lume (Europa, SUA si China).
O intreaga industrie s-a dezvoltat pentru fabricarea componentelor, pentru servicii de montaj, intretinere, exploatare.
Centralele eoliene actuale au puteri standardizate, incepand de la 100 kW la 5 MW/unitate. Unde este posibil, unitatile sunt cuplate in baterii pentru a obtine puteri mai mari.
Industria romaneasca ar putea sa se implice intr-o piata de 60-70 mld.euro (estimata pe 8 ani), putand produce o serie de componente cum ar fi: motoare si generatoare electrice, componente mecanice - arbori grei, stalpi de sustinere, carcase, reductoare, confectii metalice, pe baza de avantaje comparative si competitive.