CONVERSIA ENERGIEI COGENERAREA

1. CONVERSIA ENERGIEI - O VIZIUNE ASUPRA VIITORULUI

In ceea ce priveste modul de abordare a problemelor energiei, in lume se constata doua abordari net diferite. Astfel, multe dintre companiile existente pe piata energiei lasa viitorul sa vina la ele si apoi reactioneaza - este si cazul Romaniei - in timp ce altele isi creeaza propriul viitor recunoscand si exploatand fortele socio-economice si tendintele in dezvoltarea tehnologiilor si materialelor. In ceea ce priveste cei doi factori amintiti mai sus, fortele socio-economice determina cerintele viitoare ale clientului, in timp ce tendintele tehnologice furnizeaza o privire interioara si caile prin care se pot rezolva aceste cerinte ale clientilor.
Companiile care au capacitatea de a recunoaste si de a prevedea aceste tendinte vor fi capabile sa-si evalueze pozitia, sa-si modeleze viitorul facand schimbarile necesare pentru ca servciile lor sa se adapteze la noile conditii impuse de economia in permanenta evolutie. Pentru a realiza acest deziderat, aceste companii vor trebui ca, in primul rand, sa recunoasca unde se situeaza ele vis-a-vis de aceste probleme, inainte de a-si putea fixa si modela tendintele si sensul viitoarelor afaceri.
In conditiile actuale in care insusi statutul industriei este pus in discutie vis-a-vis de tendintele tehnologice si cele socio-economice, se impune o viziune distincta si complet noua asupra viitorului energiei in general, tendintele tehnologice si cerintele clientului devenind deosebit de importante in aceasta evaluare.
In Romania la nivelul anului 1990 erau 251 de localitati in care functionau sisteme centralizate de producere a energiei termice si a apei calde; in anul 2004 numarul localitatilor in care mai functionau sisteme de incalzire centralizata s-a redus la 129. Din aceste sisteme doar 60% functioneaza in sistem cogenerativ - producerea energiei termice si energiei electrice - dar folosind cazane de abur cu o vechime de 30-70 de ani.
In ultimii 5 ani un numar de 850.000 de apartamente s-au debransat de la sistemul de incalzire centralizata, fie din incapacitate de plata, fie pentru a-si instala surse individuale de incalzire.

2. OPORTUNITATEA CREARII UNOR SISTEME DE COGENERARE

Argumentele in favoarea cogenerarii sunt imparabile: aceasta este tehnologia care permite astazi producerea unui kWh electric la cele mai mici preturi (cu exceptia celui hidraulic). Centralele termice clasice cu combustie externa obtin randamente electrice de ordinul a 30 la 35 %, oricare ar fi combustibilul utilizat (lichid, carbune, gaz). In solutia cu ciclu combinat (asocierea combustiei interne si externe), randamentele trec de 50 – 55 %. In cogenerare (productia de electricitate in ciclu simplu sau dublu cu producere de caldura), randamentul global atinge 80 – 90 %. Oricare ar fi mijlocul de productie utilizat, gazul permite obtinerea celor mai bune bilanturi energetice si ecologice. Exista totusi o frana naturala in calea dezvoltarii cogenerarii, si anume piata de caldura: utilizatorii avand nevoi importante si continue sunt relativ putini. Situatia cogenerarii in economiile dezvoltate este prezentata in tabelul 1.
Romania, gratie marii raspandiri a retelelor de caldura pentru habitatul colectiv, reprezinta o piata potentiala foarte importanta. Industria hartiei, textila, chimia, rafinariile, metalurgia si toate industriile mari consumatoare de caldura, existente in numar mare in tara noastra, sunt de asemenea cele mai adecvate dezvoltarii aplicarii acestui sistem. Dar dezvoltarea cogenerarii cere de asemenea adoptarea de reglementari favorabile, in special in ceea ce priveste cumpararea electricitatii produse prin cogenerare.
Cogenerarea consta in producerea simultana, intr-o instalatie unica, de energie mecanica, cel mai adesea convertita in electricitate, si energie termica, putand ea insasi genera caldura si/sau frig, cu randamente ridicate, permitand economii de energie primara si reducerea emisiilor poluante.
Asa cum am afirmat, unul din principalele interese ale cogenerarii rezida in economia de energie primara pe care o realizeaza, asa cum se observa din figurile 1 si 2.
Cea mai simpla si mai veche schema a unui sistem de cogenerare este constituita dintr-un cazan ai carui vapori trec intr-o turbina cu compresie care antreneaza un alternator. O alta schema, cea mai utilizata pentru noile instalatii, o constituie motoarele cu gaz sau turbinele cu gaz, cuplate cu un alternator si asociate cu un cazan de recuperare.
Motorul cu gaz, cu puteri care merg de la cateva zeci de kW pana la cativa MW, este utilizat in general pentru aplicatii mai mici producand apa calda.
Turbina cu gaz, cu puteri care ating mai multe zeci de MW, este utilizata in general pentru producerea de vapori.
In tabelul 2 sunt redate ordinele de marime ale principalilor parametri pentru cele doua tehnologii: motorul si turbina cu gaz.

3. PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

Dupa cum am aratat mai sus, cogenerarea poate fi descrisa ca productia simultana de energie electrica sau mecanica si energie termica de catre un singur sistem de conversie energetica. Producerea de putere electrica sau mecanica este in mod normal realizata de trei tipuri de motoare: motorul cu piston, turbina cu aburi si turbina cu gaz. Energia termica utilizabila este obtinuta din caldura extrasa din motorul primar intr-un sistem cu ciclu simplu.
Fiecare sistem de cogenerare prezinta avantaje specifice pentru aceasta aplicatie particulara. Selectia sistemului este de obicei bazata pe marimea raportului energiei termice transmise la puterea ceruta, tipul de energie termica necesara si fiabilitatea economica a motorului primar selectat. Daca este ceruta o energie termica joasa si daca se poate utiliza o presiune joasa a aburilor si a apei calde, de obicei sunt preferate sistemele de cogenerare cu piston sau turbinele cu gaz. Daca este ceruta o energie termica ridicata, in mod normal se utilizeaza sistemele de turbine cu aburi de joasa presiune.
Un sistem de cogenerare poate fi operat la/sau aproape de eficienta sa maxima tot timpul, iar capacitatea sa de a raspunde cu promptitudine la cerintele utilizarii a promovat o reevaluare a necesitatilor energetice industriale. Datorita disponibilitatii de a vinde surplusul de putere catre utilitatile cerute, sistemele de cogenerare bazate pe motoarele primare ale turbinelor cu gaz s-au dezvoltat ca o sursa flexibila si de baza a energiei termice si a transmisiei de putere electrica. Cu tehnici ca aprindere suplimentara, sarcina termica refolosibila si sisteme cu ciclu combinat, turbinele cu gaz pot fi folosite in aproape orice aplicatie, indiferent de raportul de transmisie dintre energie si putere. In continuare vom incerca sa demonstram flexibilitatea unui sistem de cogenerare bazat pe o turbina cu gaz - figura 3 - si vom evidentia cateva tipuri de echipamente necesare unui astfel de sistem.
O turbina cu gaz consta dintr-o sectiune de aspiratie a aerului, un compresor, o camera de combustie, o turbina de expansiune si un sistem de evacuare. Deoarece motorul turbinei este in rotatie, aerul este aspirat prin sistemul de aspiratie in compresor, se amesteca cu combustibilul si se aprinde. Gazele rezultate, cu o mare energie, trec prin turbina de expansiune, unde aceasta energie a lor este transformata, de catre sectiunea in miscare a compresorului, in energie mecanica si electrica. Temperatura sectiunii turbinei de expansiune este mentinuta constanta prin controlarea arderii, respectiv prin controlul aerului de combustie. Cele mai multe turbine industriale cu gaz utilizeaza de 3 – 4 ori mai mult aer decat este necesar pentru a aprinde combustibilul, in asa fel incat temperatura ridicata a gazelor sa nu depaseasca limitele admise de sectiunea respectiva a turbinei. O parte a aerului in exces este de obicei utilizata pentru racirea componentelor sectiunii cu temperatura de lucru mare. Gazele eliminate printr-o turbina, la sarcina maxima, au temperaturi cuprinse intre 425 si 535 ºC si contin intre 15 si 18% oxigen pe unitatea de volum.
Este de remarcat ca atunci cand temperatura gazelor evacuate se apropie de 535 ºC, avem la indemana o cantitate apreciabila de energie pe care o putem utiliza intr-un sistem de cogenerare.

4. CONCLUZII

In concluzie, putem afirma ca viitorul nu este o extrapolare liniara a prezentului sau a trecutului apropiat. El este o tesatura complexa de scenarii din trecut. Cateva dintre acestea pot fi prezise in termeni generali de fortele socio-economice de astazi, precum si din perspectiva tendintelor tehnologice care ar putea fi prevazute. A preciza care din aceste scenarii se va realiza este greu, daca nu chiar imposibil de prevazut; totusi, se poate ingusta aria posibilitatilor, prin elaborarea a trei sau patru scenarii mai probabile. Pe termen lung, de exemplu, industria turbinelor cu gaze pentru sistemele cu cogenerare va trebui sa faca fata provocarii lansate de o tehnologie bazata pe celulele de combustie. Pe termen mai scurt, mai putine provocari vor veni de la derivatele motoarelor de racheta, produse de competitorii industriali.
Prin cele mai bune descrieri, sistemele de cogenerare care utilizeaza turbina industriala de gaz sunt considerate astazi o afacere perfect matura care poate raspunde dezideratelor expuse mai sus. Tehnologia a fost si ramane inca destul de variata, cu furnizori incercand sa-si diferentieze produsele prin investitii majore care vizeaza procesele de fabricatie si imbunatatirea tehnologiilor, concomitent cu eliminarea riscurilor in exploatare.
In Romania, lipsa unei strategii energetice a determinat distrugerea a peste 70 de sisteme de incalzire centralizata, alte cca 100 fiind in curs de desfiintare, aceste sisteme fiind inlocuite cu surse individuale pentru incalzire si prepararea de apa calda, cu costuri net superioare sistemelor de incalzire centralizata functionand pe principiul cogenerarii.
Evolutia tehnologica a sistemelor de cogenerare a determinat aparitia unor instalatii in “miniatura” care pot furniza un complex general de utilitati (energie electrica, apa calda si energie termica) unei singure cladiri, sistemul prezentand fezabilitate financiara comparativ cu centralele individuale de apartament. De asemenea, s-au pus la punct sisteme tehnice care permit distributia orizontala a energiei termice, contorizata la nivelul fiecarui apartament (energie termica si apa calda) si cu posibilitatea de debransare a apartamentelor cu probleme, fara sa afecteze cu nimic celelalte apartamente.

BIBLIOGRAFIE
?1] N. Simescu, “Perspectiva dezvoltarii industriei gaziere din Romania in contextul resurse-productie-transport-inmagazinare-distributie gaze naturale, intre anii 2000-2010-2020”, Ed. Universitatii “Lucian Blaga”, Sibiu, 1998
?2] *** “Cogenerare”, Institutul National de Cercetare-Dezvoltare TURBOMOTOARE-COMOTI
[3] Simescu N., Chisalita D., “Cresterea eficientei energetice. Recuperarea energiei secundare, cogenerare, trigenerare”, Buletinul “ACTA UNIVERSITATIS CIBINIENSIS, vol I, XLIV, Seria Tehnica, Universitatea "Lucian Blaga" Sibiu, volum omagial dedicat implinirii a 25 de ani de invatamant tehnic superior in Sibiu, 1976 - 2001, pag. 63 – 72, aprilie 2001