PROIECTELE DE AZI – ENERGIA DE MAINE
Data: 1-15 septembrie 2007
INSTALATIE DE TESTARE
A PRODUCERII DE ABUR DIRECT
IN COLECTOARE SOLARE PARABOLICE
Colectoarele parabolice reprezinta una dintre cele mai avansate tehnologii pentru producerea de energie electrica din energia solara pe scara larga, asa cum o demonstreaza instalatia de 354 MWe ce opereaza de un deceniu in California. Aceste sisteme utilizeaza ulei termic pentru transferul caldurii de la colectori, prin schimbatoare de caldura corespunzatoare, la o centrala electrica cu turbine cu abur.
Reduceri semnificative de cost, imbunatatirea performantei si beneficii legate de mediu se asteapta a se obtine din generarea directa a aburului (direct steam generation – DSG) in tuburile de absorbtie, evitandu-se astfel folosirea schimbatoarelor intermediare de caldura, eliminandu-se limitarile de temperatura impuse de stabilitatea termica a uleiului si reducandu-se consumul de energie pentru pompare. In timpul derularii proiectelor DISS si Inditep s-a dovedit fezabilitatea tehnica a procesului DSG si s-au realizat instrumentele si componentele de baza pentru proiectarea si construirea unei prime instalatii DSG demonstrative. Mai sunt inca multe de facut pentru imbunatatirea semnificativa a componentelor si a proceselor de operare si intretinere legate de instalatiile DSG. Toate acestea implica existenta unei instalatii test DSG, unde ele sa poata fi testate in conditii solare. O astfel de facilitate este astazi disponibila la Platforma Solar de Almería detinuta de Spanish Ciemat si reprezinta rezultatul a 7 ani de cercetare si dezvoltare. Ea este asa-numita „PSA DISS test facility“.
Companiile si/sau centrele de cercetare cu activitati legate de procesele DSG pot utiliza aceste facilitati de testare pentru a-si verifica realizarile si produsele in conditii solare reale.
BOILER ELECTRIC
CU INCALZIRE INSTANTANEE
Un inventator italian a realizat un boiler electric pentru producerea instantanee a apei calde. Boilerul este foarte mic si se instaleaza cu usurinta. Echipamentul este comandat de un circuit electronic care permite o operare automata, sigura si eficienta.
Noul tip de boiler electric poate produce apa calda intr-un ciclu continuu, la cerere si foarte rapid (dupa 30 de secunde). Produce apa calda pentru utilizari sanitare fara a consuma energie electrica in mod inutil.
Apa este incalzita in timp ce curge, iar echipamentul se porneste si se opreste in mod automat in functie de aceasta curgere (deschis/inchis). Utilizatorul stabileste temperatura apei prin reglarea cantitatii ce curge. Noul boiler este foarte mic si poate fi usor instalat direct pe teava de apa.
Echipamentul este dotat cu un circuit electronic de siguranta care il blocheaza daca apare o defectiune sau o dispersie a tensiunii retelei de 220V (conform instructiunilor Comitetului Electrotehnic Italian, Legea nr. 46/1990).
Boilerul este comparabil cu unul cu gaz in ceea ce priveste aspectul dinamic de lucru. Puterea electrica a prototipului este egala cu 2,2 kW, dar echipamentul poate fi modificat in functie de marimea boilerului si de rezistenta utilizata si poate fi folosit oriunde este necesara producerea rapida a apei calde.
Boilerele electrice din comert, in care apa trebuie sa stea ore intregi, trebuie sa fie tinute sub tensiune in mod constant si deci, evident, apare intotdeauna o dispersie naturala a caldurii in mediul inconjurator si in consecinta un consum inutil de energie electrica. Cantitatea de apa calda livrata este limitata de dimensiunile boilerului, daca a fost pus in functiune la timp. Apoi, daca presiunea apei de alimentare (apa rece) nu este suficienta pentru a depasi rezistenta supapei de siguranta, este necesara instalarea unei autoclave autonome. Boilerul propus depaseste toate aceste restrictii.
Principalele avantaje:
• cantitate nelimitata de apa calda la orice ora;
• consum foarte mic de energie electrica;
• dimensiuni reduse (intra intr-o cutie de pantofi);
• usor de instalat;
• in boiler nu se depun sedimente;
• cost mic.
Inventatorul cauta un partener interesat in industrializarea prototipului si lansarea ulterioara pe piata.
REDUCEREA EMISIILOR
DE BIOXID DE CARBON
LA ALTITUDINE
Orice planuri de combatere a modificarilor climatice trebuie sa includa reducerea emisiilor de bioxid de carbon si de alte gaze cu efect de sera provenite de la nave aeriene. Din fericire, un nou instrument de simulare a sudurii s-a dovedit vital in producerea de componente pentru motoarele de nave aeriene mai curate.
Traficul aerian este sursa de emisii de bioxid de carbon cu dezvoltarea cea mai rapida. Acest fapt a crescut presiunea asupra acestei industrii de a zbura mai „curat“. Aceasta se reflecta in proiectul Growth intitulat Motoare de avion eficiente si prietenoase din punct de vedere al mediului (Efficient and environmentally friendly aircraft engine – EEFAE). O asemenea tinta nu poate fi atinsa printr-o singura organizatie. Din acest motiv a fost creat consortiul EEFAE, alcatuit din 19 parteneri din noua tari.
Volvo Aero este unul dintre parteneri, aceasta companie fiind foarte experimentata in fabricarea turbinelor de presiune redusa (low- pressure turbines – LPT), folosite la aeronavele moderne. Inginerii acestei organizatii sunt familiarizati cu folosirea instrumentelor analizei cu elemente finite pentru facilitarea fazei de proiectare si reducerea costurilor. In cadrul EEFAE, ei au colaborat cu Universitatea de Tehnologie Lulea din Suedia pentru a realiza un instrument de simulare a sudurii bazat pe analiza prin elemente finite.
Instrumentul calculeaza stresul si eforturile la care sunt supuse componentele in timpul procesului de sudura. Poate fi utilizat pentru reducerea deformatiei totale. Mai poate fi folosit si pentru identificarea celei mai bune secvente de sudura. Volvo Aero a subliniat valoarea folosirii unui astfel de instrument la confectionarea unei componente reale. S-au obtinut informatii importante referitoare la elaborarea si folosirea unor astfel de instrumente.
In cursul EEFAE, instrumentul de simulare a sudurii a fost folosit la proiectarea si producerea unei noi carcase de LPT. El a facilitat crearea unei carcase cu caracteristici de performanta avantajoase, care vor contribui la reducerea emisiilor poluante in atmosfera.
Volvo Aero mai doreste, de asemenea, sa sublinieze ca aplicabilitatea instrumentului de simulare a sudurii nu este limitata numai la industria aerospatiala; el poate fi utilizat in orice problema de sudura.
ZINC PENTRU STOCAREA ENERGIEI SOLARE
Partenerii proiectului Solzinc si-au propus sa realizeze un proces termo-chimic pentru stocarea si transportul energiei solare sub forma de combustibil chimic. Beneficiile pe termen lung ale acestei metode revolutionare, bazata pe producerea de zinc pur, includ o cale mai curata, mai sigura si mai ieftina de producere de hidrogen si electricitate.
Reducerea oxidului de zinc (ZnO) cu ajutorul unui material carbonic prin folosirea radiatiei solare concentrate ca sursa de energie reprezinta un concept inovator pentru stocarea energiei in zinc sub forma de „combustibil solar“. Energia continuta in zinc poate fi ulterior recuperata sub forma de electricitate in celule de combustie Zn-aer sau zincul poate fi folosit la producerea hidrogenului de puritate ridicata prin reactia cu vapori de apa. In ambele procese se formeaza ZnO, care poate fi reprocesat in reactorul solar pentru a se obtine din nou zinc, cu reduceri drastice ale emisiilor de CO2 comparativ cu metodele clasice de obtinere a zincului, bazate pe combustibili conventionali.
Pentru a evalua experimental procesul de reducere carbotermica a ZnO in faza pilot, in proiectul Solzinc, finantat de UE, s-a realizat un reactor solar original cu doua cavitati. Un amestec de oxid de zinc combinat cu carbune, cox sau biomasa cu carbon se pune in cavitatea inferioara, bine izolata, camera reactorului. Un sistem de oglinzi ce se orienteaza dupa soare reflecta razele de lumina pe verticala la un al doilea dispozitiv de concentrare spre reactorul solar plasat la nivelul solului.
Radiatia solara incalzeste cavitatea superioara printr-o fereastra de cuart, care apoi incalzeste in mod indirect cavitatea inferioara. La temperaturi de peste 1000 °C, ZnO si carbonul reactioneaza, producand zinc si oxizi de carbon sub forma de gaze. Produsele gazoase sunt indepartate printr-o conducta conectata la un racitor pentru condensarea zincului, generandu-se o pulbere fina de zinc care poate fi manipulata si transportata in siguranta. Monoxidul de carbon poate fi utilizat pentru a produce energie.
Dupa nenumarate incercari cu diferite prototipuri de dimensiuni de laborator, s-a construit un reactor chimic pilot cu o putere la iesire ce atinge 1 MW, care a fost integrat instalatiei solare a Institutului de Stiinte Weitzman din Israel. Primele incercari au fost incununate de succes prin utilizarea a 30% din energia solara disponibila pentru reactia chimica si obtinandu-se 45 kg de zinc pe ora, conform celor prevazute in proiect. Cantitati mult mai mari pot fi extrase cu o instalatie industriala utilizand procese similare. Procesul poate functiona cu carbuni fosili sau cu biomasa, de exemplu sub forma de mangal. Daca se utilizeaza acesta din urma, intregul proces este neutru din punct de vedere al CO2.
POTENTIALUL LEMNULUI ENERGETIC
Sarcina generala a proiectului Echaine, finantat de UE, este de a oferi o privire generala, precum si o analiza de detaliu asupra productiei de lemn utilizat in scopul de a produce energie, precum si a modului de transformare a sa in energie in Europa. Unul dintre scopurile proiectului este estimarea cantitatii disponibile de energie a lemnului energetic intr-un orizont mediu de timp (aproximativ 10 ani) si discutarea aspectelor care influenteaza potentialul intr-o perspectiva pe termen lung (aproape 50 de ani).
Biomasa lemnoasa si culturile energetice contribuie deja in mod substantial la acoperirea cererilor de energie in multe parti ale globului, inclusiv in Europa. Biomasa este utilizata pentru a inlocui combustibilii fosili, de exemplu la generarea de caldura sau de electricitate. In prezent, utilizarea acestor materiale este redusa in comparatie cu potentialul estimat. Un motiv pentru aceasta stare de lucruri este existenta a diferite bariere tehnice si netehnice.
Echipa de cercetatori a descoperit ca potentialul total al diferitilor combustibili proveniti din biomasa in Europa este de aproximativ 9 exajouli pe an (EJ/an), in timp ce in prezent se utilizeaza numai 2 EJ/an. Aceasta inseamna ca astazi se utilizeaza numai 20% din aceasta resursa. Cantitatea de biomasa combustibila disponibila practic in prezent in Europa este de 5 EJ/an.
Conform Cartii Albe Energie pentru Viitor – Energy for the Future publicate de Comisia Europeana, tinta finala este dublarea proportiei de energie regenerabila de la 6 la 12 % din intreaga energie consumata in UE pana in 2010. O parte majora a energiei regenerabile suplimentare necesare pentru indeplinirea acestei sarcini ar putea proveni din biomasa.
Aceasta inseamna ca, suplimentar, peste 160 milioane de m3 de biomasa lemnoasa pe an (1 EJ/an) ar putea fi utilizata pentru energie in UE. In prezent, biomasa acopera aproximativ 14 % din consumul mondial final de energie si 6,8 % din consumul final de energie din UE (25 de state membre). Ponderea corespunzatoare pentru toate resursele regenerabile este de aproximativ 10,3 % in cele 25 de state membre. Proportia lemnului in oferta de energie (lemnul drept combustibil in gospodarii si drept combustibil in industrie si centrale electrice) in cele 25 de state membre este de aproximativ 50% din toate resursele regenerabile. Aceasta inseamna ca proportia lemnului in sistemul de energie din UE este de aproximativ 5,3%.
In legatura cu rezultatele cercetarii, estimarea cantitatilor de lemn pentru energie s-a dovedit un proces delicat, necesitand informatii referitoare la paduri, productia de masa lemnoasa, terenul proprice pentru paduri etc. Aceste informatii sunt disponibile in multe cazuri in statisticile nationale referitoare la paduri. Estimarea cantitatilor de lemn disponibil pentru energie practic s-a dovedit mult mai problematica, deoarece este dependenta de informatiile referitoare la restrictiile ecologice, tehnice si economice existente pe lantul sistemului de procurare. Mai exista, de asemenea, o lipsa de informatii referitoare la dispozitia spatiala a padurilor.
Concluzia studiului este ca, in timp ce este posibil in mod obisnuit de a estima cantitatea totala de biomasa, cantitatea practic disponibila este mai dificil de evaluat.
Este de asteptat ca utilizarea mai mare a lemnului drept combustibil sa aduca o serie de beneficii:
• Beneficiul global al inlocuirii combustibililor fosili cu combustibili moderni pe baza de lemn este clar, analizele ciclului de viata aratand ca sistemele de furnizare a energiei pe baza de lemn sunt aproape neutre din punct de vedere al gazelor cu efect de sera, in special bioxid de carbon (CO2) in atmosfera;
• Concluzia generala a principalelor rezultate este aceea ca exista un numar de factori care au influenta pozitiva asupra ofertei potentiale de lemn pentru energie in viitor;
• Lemnul utilizat pentru energie va deveni un important produs complementar al industriei forestiere in viitor;
• Lemnul utilizat drept combustibil va furniza o buna parte din energia necesara realizarii unei societati durabile in viitor.
Rezultatele acestei parti a proiectului au fost diseminate in mai multe feluri, inclusiv pe pagina web a proiectului Echaine, prezentari la doua workshopuri (Bulgaria si Rusia), prezentari la seminarii si conferinte nationale si internationale si publicatii stiintifice.
INSTALATIE DE DESALINIZARE BAZATA NUMAI PE RESURSE ENERGETICE REGENERABILE
O companie italiana de mici dimensiuni, fondata la Milano in 1878, produce o gama de instrumente si dispozitive pentru masurarea temperaturii si presiunii. In asociatie cu un institut de cercetare a studiat modul in care poate fi realizata o uzina de desalinizare prin utilizarea de resurse energetice regenerabile. Proiectul prevede producerea a circa 4 000 de litri de apa potabila pe ora, 8 ore pe zi, 320 de zile pe an. Tehnologia de desalinizare aplicata se bazeaza pe osmoza inversa prin membrane semipermeabile.
Cercetatorii s-au concentrat pe economisirea energiei in timpul producerii apei, prin utilizarea simultana atat a energiei termice, cat si a efectului fotovoltaic. Intr-adevar, datorita acestei metode experimentale, instalatia consuma cu 25% mai putina energie decat instalatiile traditionale de desalinizare.
Pentru a depasi problema energiilor regenerabile utilizate nelucrand la intreaga capacitate tot timpul, cercetatorii au elaborat diferite solutii tehnice care permit instalatiei sa se adapteze la variatiile energetice fara a opri productia. Mai mult, ei au reusit sa reduca dispersia energetica printr-un echipament spe-cific, recuperand astfel inca 5% din energie.
Durata de viata a produsului este de 15 – 20 de ani. Costul apei potabile produse este de 4 euro/1000 de litri. Au fost identificate materialele de constructie, a fost realizat cate un plan de lucru pentru fiecare faza, au fost efectuate mai multe teste pentru fiecare faza critica si a fost elaborat planul general de realizare a uzinei de desalinizare.
Compania respectiva cauta parteneri pentru a colabora in etapele urmatoare.
(Traduceri si adaptari dupa revistele CORDIS focus
si EUROABSTRACTS, 2006 – 2007)