Eficienta energetica. Mediul. Economia moderna

PREFATA

In prezent, tendinta generala de evolutie a societatii are drept catalizator revolutia tehnologica. Prin intermediul dezvoltarii continue a capacitatilor de analiza si sinteza a informatiilor prin tehnologii de tip cloud computing, a capacitatilor de manufacturare prin intermediul imprimarii 3D, precum si prin posibilitatile de generare si stocare locala a energiei, industria cunoaste un salt urias pe multiple planuri.

De asemenea, la nivel social se face simtita tot mai pregnant nevoia de imbunatatire a starii mediului inconjurator, ca o conditie sine qua non a cresterii calitatii vietii. Aceasta presiune a generat mecanisme de control a surselor de poluare, sectorul energetic fiind unul dintre principalii actori in acest sens. Astfel, se poate afirma faptul ca eficienta energetica reprezinta un resort vital de protectie a mediului.

Eficienta energetica, a dobandit o semnificatie majora in conceperea si implementarea proiectelor nationale si trans-nationale, datorita importantei conceptelor si masurilor ce decurg din analiza specifica a proceselor energetice. Din perspectiva protectiei mediului inconjurator, este esentiala analogia conform careia fiecare kWh econsumat conduce la reducerea amprentei de carbon cu aproximativ 1 kg CO2. De asemenea, se intalneste din ce in ce mai des conceptul de „negajouli” ca fiind masura cresterii eficientei energetice definita prin masurarea energiei neconsumate.

Avansul tehnologic al economiei, analizata la nivel national, european sau international, conduce pentru prima data de la inceputul revolutiei industriale la despartirea tendintelor de crestere economica si crestere a nivelului de consum energetic. Astfel, spedialistii din domeniul energetic trebuie sa abordeze diferit proiectiile de crestere economica, tehnologiile proprii fiecarui sector economic continand intrinsec mecanisme de imbunatatire a eficientei energetice. Rolul inginerilor energeticieni s-a modificat, orientandu-se catre sctivitati specifice mai degraba managementului energetic global, decat investigarii unitare a elementelor componente ale sistemului analizat.

Perspectivele de fluidizare a proceselor industriale, accelerate de emergenta sistemelor inteligente de comanda si control, de posibilitatea adaptarii la cerere in timp real si continue a echipamentelor si proceselor comandate de ingineri prin intermediul internetului, conduc la distributia resurselor de productie si transformarea fundamentala a proceselor industriale dintr-unele statice, bazate pe o arhitectura clasica de logistica, catre unele dinamice, produse de internet (made by internet). Aceasta mutatie va contribui in viitor, in mod accelerat, la identificarea si utilizarea celor mai eficiente lanturi de productie in vederea obtinerii unor produse finite ieftine, fiabile si cu o amprenta de carbon redusa.

Cresterea dramatica a numarului echipamentelor capabile de dialog cu utilizatorii, precum si unele cu celelalte, care se circumscrie adoptarii pe scara larga a paradigmei Internetul Lucrurilor, conduce la mutatii semnificative ale activitatilor umane. Astfel, vor avea loc modificari ale profilurilor caracteristice de consum energetic la nivel rezidential, prin reducerea consumurilor energetice specifice si eliminarea pierderilor energetice cauzate de lipsa managementului la cerere.

In volumul de fata, autorii au realizat o imagine a stadiului actual al proceselor de transformare a energiei, precum si o analiza individuala asupra elementelor componente ale acestor procese. Au fost evaluate sistemele de producere, transport, distributie si utilizare a energiei electrice, sistemele de transport, de management si de standardizare in domeniul electro-energetic.

Lucrarea de fata se constituie intr-un material util pentru specialistii energeticieni aflati in cautarea unor solutii de imbunatatire a eficintei energetice a instalatiilor si sistemelor complexe, precum si pentru tinerii ingineri aflati in perioada de formare si care doresc sa identifice aspecte moderne privind abordarea si solutionarea problemelor punctuale de eficienta energetica, constituindu-se din acest punct de vedere intr-un manual fundamental in omeniul eficientei energetice.

CUPRINS

Prefata 5
Cuprins 7
1. Introducere 13
1.1 Aspecte generale 13
1.2 Utilizarea eficienta a energiei 16
1.3 Economisirea energiei si utilizarea eficienta a energiei 23
1.4 Importanta firmelor de consultanta 24
1.5 Programe DSM 25
Bibliografie 28

2. Indicatori privind utilizarea eficienta a energiei 29
2.1 Aspecte generale 29
2.2 Intensitatea energetica 32
2.3 Indicatori ODEX 34
2.4 Indicatori de eficienta energetica la nivel national 36
2.5 Indicatori de eficienta energetica pentru sectorul rezidential 37
2.5.1 Indicatori la nivel agregat 37
2.5.2 Indicatori la nivelul receptoarelor 40
2.5.3 Determinarea energiei economisite in sectorul rezidential 42
2.6 Indicatori de eficienta energetica pentru sectorul servicii 47
2.6.1 Determinarea energiei economisite intr-un subsector pe baza indicatorului P6 47
2.6.2 Determinarea energiei economisite intr-un subsector pe baza indicatorului P7 48
2.6.3 Determinarea energiei economisite intr-un subsector pe baza indicatorului M3 48
2.6.4 Determinarea energiei economisite intr-un subsector pe baza indicatorului M4 49
2.6.5 Calculul energiei totale economisite 49
2.7 Indicatori de eficienta energetica pentru sectorul transporturi 50
2.7.1 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P8 50
2.7.2 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P8-A1 51
2.7.3 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P8-A2 52
2.7.4 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P9 52
2.7.5 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P9-A2 53
2.7.6 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P10 54
2.7.7 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P11 54
2.7.8 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P12 55
2.7.9 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P13 56
2.7.10 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului M5 56
2.7.11 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului M6 57
2.7.12 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului M7 58
2.7.13 Calculul energiei totale economisite in sectorul transporturi 58
2.8 Indicatori de eficienta energetica pentru sectorul industrial 59
2.8.1 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului P14 59
2.8.2 Determinarea energiei economisite pe baza indicatorului M8 60
2.8.3 Indicatori de eficienta energetica la nivelul unui utilizator 61
Bibliografie 61

3. Eficienta energetica si mediul ambiant 63
3.1 Aspecte generale 63
3.2 Generarea de CO2 in procese industriale 65
3.3 Evaluarea unui produs 72
3.4 Tehnologii cu amprenta redusa de carbon 72
Bibliografie 74

4. Auditul energetic 75
4.1 Aspecte generale 75
4.2 Desfasurarea auditului energetic 76
4.3 Bilantul energetic 80
4.4 Echipamente utilizate pentru efectuarea determinarilor practice 81
4.5 Servicii energetice 84
4.6 Receptoare analizate 85
4.7 Evaluarea surselor de energie reziduala 86
4.8 Raportul final de audit 87
4.9 Auditorul energetic 87
4.10 Evaluarea economica a masurilor de crestere a eficientei energetice 88
4.10.1 Venitul net actualizat (VNA) 88
4.10.2 Rata interna de rentabilitate (RIR) 89
4.10.3 Cheltuieli totale actualizate (CTA) 89
4.10.4 Durata actualizata de recuperare (Tr) 89
Bibliografie 90

5. Eficienta sistemelor de iluminat electric 91
5.1 Aspecte generale 91
5.2 Masuri de eficienta energetica in sistemele de iluminat 95
5.2.1 Masuri organizatorice 96
5.2.2 Masuri de eficienta energetica cu caracter tehnic 100
5.3 Surse electrice de lumina 101
5.3.1 Lampi electrice 101
5.3.2 Corpuri de iluminat 109
5.3.3 Parametri caracteristici ai corpurilor de iluminat 111
5.3.4 Studiu de caz 114
5.3.5 Eficienta luminoasa a corpurilor de iluminat cu LED-uri 115
5.3.6 Sistemele de iluminat cu LED-uri si mediul ambiant 117
5.4 Masuri conceptuale privind eficienta sistemelor de iluminat 118
5.4.1 Consideratii privind costurile unei instalatii de iluminat 118
5.4.2 Controlul si managementul sistemelor de iluminat 120
5.5 Sisteme de iluminat interior 126
5.6 Sisteme de iluminat exterior 132
5.7 Alimentarea cu energie electrica a surselor de lumina 139
5.7.1 Alimentarea cu energie electrica a instalatiilor interioare 140
5.7.2 Alimentarea cu energie electrica a instalatiilor exterioare 142
5.7.3 Calitatea energiei electrice si eficienta sistemelor electrice de iluminat 143
5.8 Bariere la cresterea eficientei sistemelor de iluminat 144
Bibliografie 145

6. Eficienta energetica in industrie 147
6.1 Aspecte generale 147
6.2 Utilizarea eficienta a instalatiilor cu aer comprimat 150
6.3 Utilizarea eficienta a pompelor si ventilatoarelor 157
6.4 Eficienta energetica in industria cimentului 161
6.5 Utilizarea eficienta a energiei in procese electrochimice 165
6.5.1 Extragerea aluminiului prin electroliza 166
6.5.2 Electroliza solutiilor lichide 172
6.5.3 Alimentarea cu energie electrica a instalatiilor de electroliza 173
6.6 Eficienta energetica in instalatiile cu incalzire rezistiva 175
6.6.1 Instalatii cu incalzire directa 177
6.6.2 Instalatii cu incalzire indirecta 179
6.6.3. Reglarea temperaturii in cuptoarele electrice cu rezistoare 183
6.7 Eficienta energetica in industria metalurgica 188
6.7.1 Functionarea cuptorului cu inductie electromagnetica 188
6.7.2 Functionarea cuptorului cu controlul frecventei 191
6.8 Eficienta energetica la topirea cu arc electric 194
6.8.1 Cuptoare cu arc electric la tensiune alternativa 194
6.8.2 Compensarea puterii reactive la cuptoarele cu arc electric 201
6.8.3 Cuptoare cu arc electric la tensiune continua 205
6.8.4 Masuri pentru cresterea eficientei la cuptoare cu arc electric 208
6.9 Eficienta energetica in procese de sudare electrica 210
6.9.1 Procese de sudare electrica 210
6.9.2 Parametri energetici in procesele de sudare cu arc electric 215
6.9.3 Parametrii energetici in procesele de sudare prin topire utilizand efectul Joule 221
6.10 Eficienta energetica la incalzirea materialelor dielectrice 223
6.10.1 Incalzirea capacitiva 224
6.10.2 Incalzirea cu microunde 227
Bibliografie 229

7. Eficienta energetica in sistemele de actionare electrica 231
7.1 Aspecte generale 231
7.2 Motorul asincron de actionare 232
7.3 Eficienta motoarelor electrice de actionare 234
7.4 Masuri pentru eficientizarea sistemelor de actionare cu motoare asincrone 240
7.5 Cresterea eficientei sistemului de actionare prin reglarea adaptiva a vitezei de rotatie a motorului asincron 242
7.6 Sisteme de reglare a frecventei tensiunii de alimentare 246
7.7 Eficienta sistemului de actionare cu convertor de frecventa 255
7.8 Pornirea motoarelor asincrone cu Soft Starter 256
7.9 Perturbatii electromagnetice determinate de sistemele de reglare cu frecventa variabila 257
Bibliografie 261

8. Eficienta energetica in sistemele de transport si de distributie 263
8.1 Aspecte generale 263
8.2 Eficienta transformatoarelor din reteaua de transport si de distributie 264
8.3 Eficienta transferului de energie pe linii electrice 269
8.3.1 Pierderi prin efect Joule 269
8.3.2 Pierderi prin descarcarea corona 271
8.3.3 Reconductorarea liniilor electrice 273
8.3.4 Pierderi in conductoarele retelelor electrice in regimuri perturbate 274
8.3.5 Utilizarea materialelor supraconductoare 281
8.4 Limitarea congestiilor 283
8.5 Utilizarea liniilor de transport la tensiune continua 284
8.6 Controlul regimurilor de functionare 287
8.6.1 Utilizarea dispozitivelor FACTS 287
8.6.2 Utilizarea sistemelor de stocare a energiei electrice 290
8.7 Eficienta sistemelor de distributie in prezenta surselor regenerabile de energie 292
8.8 Solutii pentru cresterea eficientei sistemelor de transport electric si de distributie 294
8.8.1 Reconfigurarea retelelor de distributie 296
8.8.2 Imbunatatirea factorului de putere 297
8.8.3 Dezvoltarea retelelor „inteligente” 300
Bibliografie 301

9. Eficienta energetica in zone rezidentiale 303
9.1 Aspecte generale 303
9.2 Economia de energie in sectorul rezidential 307
9.2.1 Frigidere si congelatoare 309
9.2.2 Masini de spalat vase 310
9.2.3 Masini de spalat rufe 311
9.2.4 Echipamente pentru pregatirea hranei 313
9.2.5 Aparate de aer conditionat 315
9.2.6 Echipamente electrice de incalzit 317
9.2.7 Echipamente pentru incalzirea electrica a apei 319
9.2.8 Echipamente pentru igiena personala 319
9.2.9 Echipamente electrice cu utilizare in gospodarii 319
9.2.10 Sisteme in asteptare (standby) 320
9.3 Perturbatii electromagnetice determinate de echipamente electrocasnice 320
9.4 Managementul energiei electrice in cladiri 323
Bibliografie 324

10. Eficienta energetica in sectorul transporturi electrice urbane si interurbane 325
10.1 Aspecte generale 325
10.2 Sisteme de tractiune electrica 327
10.2.1 Sisteme de tractiune urbana 328
10.2.2 Sisteme de tractiune electrica interurbana 329
10.2.3 Sisteme de franare a vehiculelor electrice 331
10.3 Alimentarea cu energie a statiilor de tractiune electrica 331
10.3.1 Alimentarea cu energie electrica a sistemului de tractiune urbana 331
10.3.2 Alimentarea cu energie electrica a sistemului de tractiune interurbana 333
10.4 Solutii pentru cresterea eficientei energetice 335
10.4.1 Sistemul urban de transport 336
10.4.2 Sistemul interurban de transport 337
10.5 Recuperarea energiei de franare 339
10.6 Utilizarea transformatoarelor electronice 342
10.7 Perturbatii generate de sistemele de tractiune electrica 342
10.7.1 Perturbatii determinate de sistemul de tractiune interurbana 342
10.7.2 Perturbatii determinate de sistemul de tractiune urbana 345
10.7.3 Limitarea perturbatiilor determinate de tractiunea electrica 347
10.8 Automobile electrice 358
10.9 Conectarea in reteaua de distributie a statiilor de incarcare a automobilelor electrice 360
Bibliografie 363

11. Eficienta energetica in procesele de generare a energiei electrice 365
11.1 Aspecte generale 365
11.2 Receptoare in cadrul serviciilor proprii ale centralelor electrice 368
11.3 Pierderi in circuitele de servicii proprii 371
11.3.1 Alegerea schemei de alimentare a serviciilor proprii 371
11.3.2 Pierderi datorate lipsei calitatii energiei electrice 373
11.4 Solutii pentru reducerea pierderilor in circuitele electrice ale serviciilor proprii 376
11.4.1 Pompe si ventilatoare 376
11.4.2 Imbunatatirea managementului centralei 377
11.5 Centrale cu limitarea amprentei de carbon 378
11.6 Masuri de crestere a eficientei energetice in etapa de proiectare 379
11.7 Eficienta producerii energiei electrice din surse regenerabile 380
Bibliografie 382

12. Monitorizarea energiei electrice utilizate 383
12.1 Aspecte generale 383
12.2 Masurarea energiei electrice 385
12.2.1 Conditii generale pentru sistemele de masurare 385
12.2.2 Transformatoare de masurare de tensiune 387
12.2.3 Transformatoare de masurare de curent electric 391
12.3 Contorizarea energiei electrice 393
12.4 Achizitia datelor 394
12.5 Monitorizarea calitatii serviciului de alimentare 396
12.6 Monitorizarea si managementul energiei 398
Bibliografie 399

13. Managementul energetic 401
13.1 Aspecte generale 401
13.2 Programe de eficienta energetica 402
13.3 Standard de management energetic 402
13.4 Proiecte de management 404
13.5 Manager energetic 405
13.6 Masuri generale pentru cresterea eficientei energetice 407
13.7 Bariere in calea cresterii eficientei energetice 411
13.8 Strategii pentru managementul energiei in industrie 413
13.9 Managementul energiei in microretele 413
13.10 Studii de caz 415
13.10.1 Pierderi nesustenabile datorita golurilor si intreruperilor de tensiune 415
13.10.2 Pierderi active nesustenabile intr-o retea rurala 417
13.10.3 Prezenta unui utilizator perturbator in reteaua de inalta tensiune 418
Bibliografie 420

14. Definitii, standarde, abrevieri 421
14.1 Definitii 421
14.2 Standarde 427
14.3 Abrevieri 429
14.4 Notatii 432
14.5 Notatii cu litere grecesti 443
14.6 Formule chimice 444

DESPRE AUTORI

Cornel TOADER, nascut la data de 17 iulie 1945, a absolvit Institutul Politehnic din Bucuresti -UPB, Sectia Electroenergetica in anul 1968, iar in anul 1989 a obtinut titlul de doctor in specialitatea Electroenergetica. Incepand din anul 1968 a activat in invatamantul superior parcurgand toate treptele didactice. In prezent este profesor in domeniul Sisteme Electroenergetice. Pe durata celor 49 de ani de activitate didactica a avut o colaborare stransa cu specialistii din sistemul electroenergetic, participand la numeroase studii si cercetari din domeniile utilizarii eficiente a energiei electrice, calitatii energiei electrice si generarii distribuite. Cele peste 80 lucrari publicate in reviste de specialitate din tara si din strainatate, 1 brevet, 15 indrumare si manuale privind aspecte tehnico-economice ale proiectelor energetice si proiectarea si exploatarea instalatiilor electrice de distributie si utilizare a energiei electrice . Este referent stiintific al UPB-Scientific Bulletin, Series C: Electrical Engineering. De asemenea, este titular al cursurilor: Audit electroenergetic, Electrosecuritate si izolatia retelelor electrice, Utilizarea Energiei, Utilizarea Eficienta a Energiei Electrice, Monitorizarea Calitatii Energiei Electrice.

GOLOVANOV NICOLAE, profesor emerit dr.ing., la Universitatea Politehnica din Bucuresti, specialist in domeniul utilizarii eficiente a energiei electrice si in domeniul calitatii energiei electrice. Are o bogata activitate in domeniul publicatiilor de specialitate, fiind autor, prim autor sau coautor la un numar de peste 30 carti sau tratate. Impreuna cu specialisti europeni recunoscuti a publicat primul Handbook (editura Willey&Sons) din Europa privind Calitatea energiei electrice. A obtinut premiul Constantin Budeanu al Academiei Romane in anul 1995 pentru lucrarea Poluarea cu armonici a sistemelor electroenergetice functionand in regim permanent simetric, iar in anul 2000 lucrarea „Electrotemie si Electrotehnologii”, la care este prim autor, a fost premiata de Academia Romana. A condus, cu deosebita competenta, un mare numar de doctoranzi, din tara si din strainatate (Elvetia, Grecia). Are peste 130 lucrari stiintifice publicate in reviste de specialitate din tara si strainatate, fiind o prezenta activa la cele mai importante manifestari stiintifice internationale din domeniu. 18 dintre lucrarile realizate sunt citate ICI iar 4 sunt citate INSPEC. A desfasurat si desfasoara o intensa activitate de cercetare in cadrul unor importante contracte stiintifice din tara si din strainatate. Desfasoara o ampla activitate de consultanta in cadrul organismelor de specialitate din domeniul energiei.

Prof. dr. ing. NICOLAE MOGOREANU - Universitatea Tehnica din R. Moldova - Licentiat al Facultatii de Energetica - Universitatea Tehnica a Republicii Moldova-, promotia 1969, prof.dr.ing. Nicolae Mogoreanu si-a dedicat intreaga cariera profesionala invatamantului superior. Dupa absolvirea facultatii a ramas in invatamant parcurgand toate etapele stiintifice: asistent universitar, sef de lucrari, conferentiar, profesor, sef al Departamentului de Cercetare al Universitatii Tehnice din Republica Moldova. In anul 1989 a fost numit decanul Facultatii de Energetica. Este doctor in stiinte tehnice din anul 1976. In prezent este profesor la Universitatea Tehnica din R.Moldova, fiind in paralel presedintele Asociatiei Consumatorilor de Energie din R. Moldova, membru in Consiliul Consultativ al Ministerului Economiei, in Grupul de Lucru al Comisiei de Stat pentru Supravegherea Activitatii de Intreprinzator si in Consiliul Confederatiei Nationale a Patronatelor din R. Moldova, precum si membru onorific al Acociatiei CNR-CME, din Romania. Cu specializari in Rusia, Cehoslovacia, Germania, Franta, Canada, SUA, Romania pe teme privind “utilizarea energiei electrice, echipamente electrice, sisteme si echipamente electroenergetice, iluminatul electric,” profesorul Nicolae Mogoreanu este autorul a peste 95 de lucrari si articole prezentate si publicate in tara si in strainatate, a trei brevete de inventator si a 11 carti tehnice in domeniile: metode electrice de tratare a materialelor, principii ale managementului energetic, procese industrial tehnologice, elaborarea mecanismelor de stimulare pentru utilizarea eficienta a resurselor energetice etc”. La data de 21 noiembrie, 2014, profesorul Nicolae Mogoreanu i-a fost conferit ordinul “Gloria Muncii” de catre Presedintele Republicii Moldova, Nicolae Timofti, in semn de inalta apreciere a meritelor sale deosebite fata de stat, pentru munca indelungata si prodigioasa in domeniul sau de activitate si pentru inalta maiestrie profesionala. Prin felul sau special de a fi, domnul profesor Nicolae Mogoreanu a reusit sa-si faca multi prieteni printre colegii din Romania, care il apreciaza in mod deosebit pentru pregatirea sa, pentru colegialitate si omenie.

Radu PORUMB, nascut la data de 5 septembrie 1977 in Bucuresti, a absolvit Universitatea Politehnica din Bucuresti - UPB, Sectia Electroenergetica in anul 2001, iar in anul 2005 a obtinut titlul de doctor in specialitatea Inginerie Electrica, la Politecnico di Torino, Italia. Incepand din anul 2001 a activat in invatamantul superior parcurgand toate treptele didactice. In prezent este conferentiar in domeniul Sisteme Electroenergetice. Pe durata celor 16 de ani de activitate didactica a avut o colaborare stransa cu specialistii din sistemul electroenergetic, participand la numeroase studii si cercetari din domeniile utilizarii eficiente a energiei electrice, calitatii energiei electrice si generarii distribuite. Cele peste 90 lucrari publicate in reviste de specialitate din tara si din strainatate precum, cele 6 carti de specialitate adresate studentilor dar si profesionistilor din sistemul electroenergetic contin informatii necesare pentru pregatirea specialistilor in domeniu. Activitatea sa de cercetare a cuprins peste 50 de proiecte nationale si internationale, fiind coordonatorul UPB pentru proiectul FP7 - SiNGULAR. Este coordonatorul Laboratorului de Utilizarea si Calitatea Energiei Electrice, Departamentul de Sisteme Electroenergetice din cadrul Facultatii de Energetica. Are contributii importante in analiza teoretica si experimentala a problematicii ridicate de eficienta energetica si calitatea energiei electrice.