90822093 Curs Final Mediul Si Energia La
-
Upload
paulapanait -
Category
Documents
-
view
132 -
download
0
description
Transcript of 90822093 Curs Final Mediul Si Energia La
CUPRINS
INTRODUCERE. VIAŢĂ - ENERGIE – MEDIU ...................................................................................................... 3
CAPITOLUL 1. NOŢIUNI GENERALE DESPRE MEDIU ........................................................................................ 6
1.1. Mediul general de nivel global .................................................................................................................. 6
1.2. Principalele componenete ale mediului înconjurător ............................................................................... 7
1.3. Structura verticală a atmosferei. .............................................................................................................11
1.4. Subdiviziunile de mediu,tipuri de mediu .................................................................................................17
1.5. Factorii ecologici (de mediu) şi legile lor de acţiune. ..............................................................................18
CAPITOLUL 2. POLITICA DE MEDIU ................................................................................................................. 21
2.1. Politica de mediu în Uniunea Europeană ................................................................................................21
2.2. Politica de mediu în România ..................................................................................................................32
CAPITOLUL 3. RESURSE ENERGETICE EPUIZABILE ŞI REGENERABILE .................................................... 39
3.1. Energia într-o lume în schimbare ............................................................................................................39
3.2. Energia primară şi modul ei de transformare .........................................................................................41
3.3. Resurse energetice epuizabile şi regenerabile ........................................................................................42
CAPITOLUL 4. ENERGIA SOLARĂ - FORMĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ .................................................... 50
4.1. Generalităţi ..............................................................................................................................................50
4.2. Aplicaţii ale energiei solare......................................................................................................................51
4.3. Centrale electrice solare ..........................................................................................................................60
4.4. Conversia energiei solare în energie termică destinată încălzirii ............................................................61
4.5. Utilizarea pe scară largă a sistemelor solare combinate. ........................................................................62
4.6. Energia solară fotovoltaică ......................................................................................................................67
CAPITOLUL 5. ENERGIA APEI (HIDRAULICĂ ŞI A MAREELOR) ..................................................................... 69
5.1. Energia hidraulică ....................................................................................................................................69
5.2. Energia mareelor .....................................................................................................................................72
5.3. Centrale hidroelectrice - clasificare, funcţionare ....................................................................................75
CAPITOLUL 6. ENERGIA GEOTERMALĂ .......................................................................................................... 77
6.1. Generalităţi ..............................................................................................................................................77
6.2. Centrale geotermale ................................................................................................................................79
CAPITOLUL 7. ENERGIA EOLIANĂ ................................................................................................................... 81
7.1. Energia eoliană - sursă de energie nepoluantă .......................................................................................81
7.2. Energia eoliană la nivel global .................................................................................................................82
7.3. Avantaje şi dezavantaje privind utilizarea sistemelor eoliene ................................................................83
2
7.4. Stocarea energiei eoliene ........................................................................................................................84
7.5. Tipuri de turbine eoliene .........................................................................................................................86
7.6. Alcătuirea şi funcţionarea unei turbine eoliene ......................................................................................88
7.7. Energia eoliană în România .....................................................................................................................90
CAPITOLUL 8. BIOMASA - SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ ..................................................................... 92
8.1. Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanţi) .................................................................92
8.2. Biocombustibilii .......................................................................................................................................94
BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................................................. 100
ANEXE
3
INTRODUCERE.
VIAŢĂ - ENERGIE – MEDIU
În Agenda 21 adoptată la Rio de Janeiro în 1992, în cadrul Conferinţei Naţiunilor Unite
privind Mediul şi Dezvoltarea se afirmă că energia este esenţa dezvoltării sociale şi economice, a
îmbunătăţirii calităţii vieţii, dar toate sursele de energie trebuie folosite în modalităţi care să respecte
atmosfera, sănătatea umană şi mediul ca un întreg.
Ca atare, societatea umană trebuie să-şi îmbunătăţească relaţia sa cu natura şi mediul
înconjurător, recunoscând, în acelaşi timp, importanţa pe care o au resursele naturale asupra
dezvoltării economice, evoluţiei societăţii şi a economiilor, în general.
Una dintre problemele principale, de a cărei soluţionare depinde dezvoltarea civilizaţiei
noastre, problema care a revenit pe primul plan al preocupărilor oamenilor de ştiinţă, este asigurarea
cu energia necesară dezvoltării activităţilor de bază, care condiţionează evoluţia progresivă a
nivelului de trai al populaţiei globului terestru.
Creşterea nivelului de trai nu poate avea loc fără o creştere corespunzătoare a consumului de
energie. De aceea, atunci când vrem să analizăm necesarul consumului de energie este util să trecem
în revistă evoluţia istorică a acestuia. Consumul minim de energie necesar unui om este cantitatea de
energie obţinută din hrana necesară pentru a trăi. În urmă cu un milion de ani, ca de altfel şi astăzi,
în unele regiuni de pe glob, oamenii trăiau/trăiesc cu hrană ce conţine circa 1800 calorii pe zi de
fiecare om sau, dacă am măsura energia în unităţile cu care ne-am obişnuit, doi kilowaţi-oră/ zi/ om.
Această energie era şi este consumată în două scopuri: asigurarea unei temperaturi constante a
corpului şi asigurarea energiei mecanice necesară pentru mişcările cu care omul îşi procură hrana şi
în diferite deplasări.
Transformarea energiei chimice din alimente în energie termică, căldura necesară menţinerii
temperaturii corpului, cât şi în energia mecanică a muşchilor, se realizează prin procedee biologice
incomplet cunoscute. Sursa principală de energie acum un milion de ani, ca de altfel până la
descoperirea energiei nucleare era energia solară care, prin procesul de fotosinteză, producea
hidrocarburile necesare hranei.
Cu aproximativ o sută de mii de ani în urmă s-a facut un salt important, prin utilizarea
controlată a focului.
Energia solară, transpusă prin fotosinteză în lemn, este prima sursă de energie pe care omul o
transformă, prin mijloace externe, în formele de energie necesare lui, în primul rând în căldură.
Lemnul devine primul combustibil care, printr-un proces chimic, combinarea carbonului cu oxigenul
din aer, se transformă în energie termică. Energia termică astfel produsă este utilizată pentru
prepararea hranei, încălzirea şi iluminarea locuinţei. Totodată, ea îi permite omului să prelungească
ziua şi să sperie animalele periculoase în cursul nopţii, când acestea devin periculoase.
Un salt simţitor, care a deschis o nouă eră în economia energetică, s-a făcut cu circa 7000 de
ani înaintea erei noastre, când omul a învăţat să domesticească animalele şi să facă agricultură. În
societatea agricolă, hrana este produsă prin cultivarea pământului şi omul nu numai că poate mânca
mai mult, consumând circa 4 kWh pe zi, dar are un surplus cu care poate să hrănească animalele
domesticite, care îi folosesc pentru a produce energia mecanică necesară în transport şi în cultivarea
pământului.
Dezvoltarea agriculturii a condus la o despădurire accentuată a suprafeţelor terestre, pentru a
se obţine terenurile necesare cultivării plantelor agricole. Astfel, în regiunile populate, a început o
despădurire intensă. Întrucât prin despădurire această sursă începe să se micşoreze, era de aşteptat ca,
în timp, să se ivească o problemă a resurselor de energie termică.
Energia solară se manifestă la suprafaţa Pământului şi sub formă de energie mecanică a
vânturilor şi a apelor. Deşi aceste surse au fost folosite cu câteva sute de ani înaintea erei noastre,
4
totuşi, utilizarea lor intensivă începe abia în jurul anului 1400 al erei noastre, când se extinde
utilizarea energiei apei şi a vântului. Aceasta introduce o producţie suplimentară de energie şi atrage
după sine un consum industrial de energie.
Dispariţia treptată a pădurilor şi creşterea consumului casnic şi industrial împing oamenii
către introducerea în circuitul energetic a combustibililor fosili: cărbune, petrol şi gaze naturale, care,
în raport cu lemnul, au o putere calorifică mult mai mare pe unitatea de masă sau volum.
După anul 1800, cărbunele începe să fie utilizat intens, odată cu introducerea în circuitul
industrial al maşinilor cu abur. Apoi, odată cu apariţia motoarelor cu explozie, începe exploatarea tot
mai intensă a petrolului.
În secolul al XIX- lea structura cosumului de energie începe să reflecte aspectele societăţii
industriale. Consumul pentru hrană creşte la 8 kWh/zi/om, consumul casnic este mult mai mare, de
36 kWh/zi/om, consumul industrial devine 27 kWh/zi/om, iar consumul pentru transport creşte
apreciabil, la 16 kWh/zi/om.
Secolul XX introduce ca noutate posibilitatea transformării energiei termice şi a energiei
mecanice în energie electrică. Energia electrică se substituie din ce în ce mai mult altor forme de
energie, datorită uşurinţei cu care este transportată la distanţă şi a posibilităţii de a o transforma în
alte forme de energie utilă ca: energie mecanică, lumină, căldură, energie chimică. Acest lucru a
făcut ca astăzi, din totalul energiei consumate, peste 30 % să fie energie electrică.
Actualmente, repartiţia cosumului de energie pe cele patru categorii (hrană, casnic, industrial
şi transport) se caracterizează printr-o creştere de 4 -5 ori faţă de secolul trecut.
Deci, cele patru cicluri energetice prin care a trecut omenirea sunt:
omul izolat, cu posibilităţile de conversie biologică a energiei chimice, având un
consum de 2 kWh/zi/om;
societatea de vânători, care utiliza arderea lemnului ca o posibilitate de conversie
externă a energiei regenerative înmagazinate prin fotosinteză, cu un consum de 5 kWh/zi/om;
societatea agricolă, care conduce la distrugerea pădurilor, a sursei de energie
regenerativă, cu un consum de 8 kWh/zi/om ;
societatea industrială modernă, caracterizată prin utilizarea energiei regenerabile, a
combustibililor fosili şi nucleari şi prin posibilităţi de conversie a energiei dintr-o formă în alta, cu un
consum în continuă creştere.
Creşterea consumului de energie reflectă o creştere a nivelului de trai. Un aspect, deloc
neglijabil, al creşterii nivelului de trai îl constituie posibilitatea de izolare a omului de mediul nociv
extern şi crearea unor condiţii care să-i asigure o viaţă sănătoasă, un număr cât mai mare de ani.
Viaţa medie creşte odată cu nivelul de trai şi cu consumul specific de energie.
Unica sursă de energie, care a alimentat civilizaţia noastră până în acest secol, a fost energia
solară înmagazinată sub formă de energie chimică, prin procesul de fotosinteză, în surse regenerative
(lemnul, apele, vântul) sau în combustibili fosili (cărbune, petrol, gaze naturale), a căror constantă de
formare este de ordinul milioanelor de ani.
O analiză sumară a obiectivelor pentru care este necesar să consumăm energie în vederea
menţinerii unui nivel de trai adecvat, evidenţiază că acestea sunt:
asigurarea apei potabile;
asigurarea hranei;
asigurarea metalelor, a fibrelor şi materialelor de construcţie;
asigurarea unui mediu înconjurător tolerabil.
Aceste obiective constituie elementele necesare civilizaţiei umane pentru a trăi. Apa este
necesară direct pentru menţinerea vieţii, dar şi indirect, pentru asigurarea fertilităţii terenurilor
utilizate pentru agricultură. Din nefericire, apa potabilă nu este distribuită uniform pe suprafaţa
Pământului şi există regiuni întinse în care, pentru fertilizarea solului este nevoie să se utilizeze apa
de mare. Aceasta trebuie însă distilată, acest proces necesitând un consum de energie. Producerea
apei potabile prin desalinizarea apei de mare nu este economică.
5
Asigurarea hranei pentru societatea noastră ridică, în primul rând, problema conversiei de
energie în fertilizanţi, prin fixarea azotului, prin producerea de săruri de potasiu şi superfosfaţi.
Elementele necesare pentru asigurarea ciclului hranei sunt: energia solară, dioxidul de carbon, apa şi
azotul, care, prin intermediul solului, produc elemente nutritive pentru plantele agricole. Aceştia, la
rândul lor, constituie, fie hrană pentru om, fie pentru animale, a căror carne devine hrană.
Metalele sunt absolut necesare pentru a asigura menţinerea şi dezvoltarea civilizaţiei noastre.
În natură, ele se găsesc sub formă de oxizi. Pentru a le extrage şi prelucra este necesar un consum de
energie.
6
CAPITOLUL 1. NOŢIUNI GENERALE DESPRE MEDIU
1.1. MEDIUL GENERAL DE NIVEL GLOBAL
În sens larg, general, prin mediu înţelegem ambianţa rezultată din interacţiunea ansamblului
de energii şi substanţe care influenţează direct sau indirect, pozitiv sau negativ, viaţa unui organism
viu (mediu eficient sau individual). Substanţele, ca şi energiile, fiecare prin natura şi concentraţia sa,
reprezintă forţe care determină schimburi în viaţa organismului viu, schimbări a căror intensitate,
amploare şi direcţie depinde de interacţiunea dintre ele, adică de mediul – ambianţa - pe care o
formează împreună.
Totodată, natura, concentraţia, ca şi efectul fiecărei substanţe şi energii - parametrii ambianţei
mediului individual - suferă schimbări în viitor, provocate de prezenţa şi actualitatea vitală a
organismului viu implicat.
La nivel planetar funcţionează mediul general de nivel planetar, ambianţa rezultată de
interacţiunea tuturor substanţelor şi energiilor care se întrepătrund spaţial şi interacţionează la
suprafaţa planetei noastre, în limitele orizontale şi verticale în care este răspândită viaţa, de care
depinde însăşi răspândirea, concentraţia substanţei organice vii şi diversitatea sa genetică şi
ecologică.
Mediul, indiferent de scara de reprezentare, funcţionează ca un sistem unitar, caracterizat prin
integralitate, adică acea trăsătură fundamentală a sistemelor, care le permite să-şi păstreze funcţiile
chiar dacă, în timp, se schimbă şi îşi modifică parametrii funcţionali şi structurali, datorită
caracterului deschis.
Funcţiile mediului sunt sumar exprimate prin serviciile aduse vieţii, iar cuantumul de servicii
şi calitatea lor depind de starea (“sănătatea”) mediului.
Mediul, deşi pare lipsit de consistenţă este un sistem complex, practic infinit, care are, însă o
structură şi organizare interioară bine definită, coerentă şi concretă.
Componentele mediului, pot fi clasificate după originea şi natura lor, pe planuri de structură
ale mediului; se deosebesc nouă planuri de structură, din care opt naturale şi unul antropic:
a. mediul cosmic sau planul cosmic, în care sunt grupaţi toţi factorii de mediu care
provin de la alte planete.
b. mediul geofizic cuprinde aşa numitele forţe tehnice, care îşi au originea în geosferele
profunde ale planetei, energii şi substanţe care se propagă lent sau ajung brusc la suprafaţa planetei.
c. mediul geochimic care cuprinde ansamblul combinaţiilor chimice organice din
învelişul extern al planetei.
d. mediul orografic, adică ansamblul formelor de relief terestru şi subacvatic, precum şi
toate caracteristicile acestuia.
e. mediul hidrografic, cuprinde apa de pe planetă în toate cele trei stări fizice.
f. mediul edafic, configurat în spaţiul terestru prin prezenţa, răspândirea, tipologia,
proprietăţile şi starea solurilor sau pământurilor fertile.
g. mediul biocenotic, cuprinzând toate biocenozele terestre şi acvatice, sistemele lor
(fitocenoze si zoocenoze), componentele acestora( populaţii de plante si animale), care îşi formează
şi modelează mediul propriu şi funcţionează ca factori ai mediului general şi individual pentru
întreaga lume vie.
h. mediul biochimic, alcătuit din ansamblul substanţelor eliminate în mediul geochimic
de către organismele vii, ca produşi reziduali ai metabolismului, numiţi şi metaboliţi sau ergoni.
Fiecare metabolit eliminat reprezintă un factor de mediu şi un mijloc de transformare a mediului
geochimic iniţial în unul nou, biogeochimic, cu o altă configuraţie.
7
i. mediul antropic este unul complex, alcătuit atât din populaţia umană a
planetei(efectivul,răspândirea,obiceiurile sale,modul său de locuire şi viaţă), cât şi din structurile
tehnice sau create de om în biosferă, activitatea sa economică, socială şi culturală.
Factorii, din toate planurile de structură se întrepătrund spaţial pe toată suprafaţa planetei, în
raporturi şi concentraţii diferite şi interacţionează; rezultanta acestei interacţiuni complexe este
mediul – ambianţa de nivel global.
Caracterul, ca şi particularităţile informaţionale ale mediului, imprimate de structurile biotice,
îi imprimă capacitate de reglare şi autoreglare, limitate, însă, de caracterul limitat al planetei.
1.2. PRINCIPALELE COMPONENTE ALE MEDIULUI
INCONJURĂTOR
În concepţia multor ecologi, mediul înconjurător natural reprezintă acea parte a ecosferei sau
biosferei a cărei existenţă nu este condiţionată de activităţile omului. Caracteristicile principale ale
acestui mediu înconjurător natural sunt:
înalta sa capacitate de autoreglare;
multiplele sale posibilităţi de autoîntreţinere şi autoreglare.
Mediul înconjurător natural este format din elemente ale litosferei, hidrosferei, atmosferei şi
biosferei. Acestea au în comun două grupuri distincte de factori:
factorii din mediul abiotic- reprezentaţi de multitudinea factorilor anorganici necesari
traiului vieţuitoarelor. Aceştia pot fi factori de ordin fizic şi factori de ordin chimic. Din prima
categorie fac parte: temperatura aerului, solului şi apei, presiunea atmosferică, presiunea apei din
lacuri, mări , oceane, viteza curenţilor marini, viteza vântului, radiaţiile electromagnetice, ionizante,
undele sonore şi seismice, etc, iar din cea de a doua categorie amintim: compoziţia în gaze a aerului,
compuşi organici şi anorganici dizolvati în apele dulci şi marine, compuşii chimici prezenţi în roci,
subsol şi sol.
factori din mediul biotic- reprezentaţi de mulţimea indivizilor diferitelor specii care îşi
exercită influenţa asupra organismelor din propria specie , dar şi asupra organismelor din alte specii.
Toţi factorii din mediul abiotic, fizici şi chimici acţionează asupra organismelor,asociaţi în
proporţii diferite, respectând legea minimului. Prin acţiunea factorilor biotici, mediul abiotic se poate
adapta, în timp şi între anumite limite, condiţiilor impuse de biosferă. Baza reală a acţiunii factorilor
biotici asupra oricărui organism o constituie geneza şi existenţa multiplelor relaţii dintre specii
(figura 1.1.)
Fig 1.1. Interdependenţa dintre factorii din mediul biotic, abiotic şi acţiunea antropogenă.
Ca atare, ştiinţa mediului înconjurător sau după denumirea actuală , în sens mai larg, stiinţa
mediului este ştiinţa interacţiunilor complexe care se produc între sistemele componente ale
Pamântului (atmosferă, mediul acvatic, geosferă, biosferă şi antrosferă) şi mediul înconjurător,
interacţiuni care pot afecta lumea vie. Evident, că ştiinţa mediului include părţi din majoritatea
disciplinelor(biologie, chimie, sociologie, ecologie, etc ), care guvernează , care influenţează sau
descriu aceste interacţiuni. Ca atare, ştiinţa mediului poate fi definită simplu, ca fiind ştiinţa care
8
studiază pământul, aerul, apa şi viaţa (sub aspectul interacţiunilor ce se stabilesc între factori), dar şi
efectele tehnologiilor asupra acestora.
Apa şi hidrosfera
Apa, aerul, pământul şi tehnologiile se găsesc în interdependenţă strânsă aşa cum este
prezentat în figura 1.2.
Apa, împreună cu aerul şi solul reprezintă factorii mediului indispensabili vieţii pe pământ.
Hidrosfera conţine apa Pământului, apă care se află în permanentă mişcare realizând circuitul general
al apei în natură.
Apa acoperă în jur de 70 % din suprafaţa Pământului, jucând un rol cheie în numeroase
segmente ale antrosferei.
Fig 1.2. Interelaţiile dintre aer, apă şi mediul înconjurător, una cu cealaltă şi cu sistemele vii, ca şi ale acestora cu
tehnologiile(antrosfera)
Peste 97 % din apa Pământului este reprezentată de oceane, iar din rest o bună parte este
prezentă sub formă de gheaţă.
Din această cauză numai un procent mic din totalul apei de pe Pământ este implicat în
procesele terestre, atmosferice li biologice.
Excluzând apa mărilor, circulaţia apei în mediu (figura 1.3) se produce datorită evaporării
sale şi atracţiei gravitaţionale ceea ce implică un lanţ de procese ce se produc în atmosferă (în nori),
la suprafaţa solului şi în subsol, respectiv în apele de suprafaţă în râuri, lacuri etc.
Datorită energiei solare apa se evaporă. Vaporii din atmosferă au 83% orogine oceanică şi
numai 17% provin de pe uscat.
Apa evaporată se acumulează în nori după care, prin procesul de condensare revine pe
suprafaţa pământului sub formă de precipitaţii, în jur de 24%, sub formă de ploaie şi ninsoare,
respective, aproximativ 76% din ea apare ca precipitaţii deasupra oceanelor.
În acest mod se realizează un transport net prin atmosferă de la ocean la uscat. Echilibrarea se
realizează prin râuri care transportă apa înapoi la mare.
Durata medie de staţionare a apei în atmosferă este de 11 zile.
9
Fig. 1.3. Circuitul hidrologic(cantităţile de apă reprezintă mii de miliarde litri/zi)
Din magma lichidă aflată la adâncimi mari se degajă vapori de apă, care au un traseu
ascensional spre zonele de la suprafaţa scoarţei terestre, acolo unde temperaturile sunt mai scăzute
,determinţnd astfel condensarea acestora. Vaporii dizolvă din sărurile minerale care se găsesc din
rocile traversate determinând formarea apelor minerale.
Studiile arată că durata circuitului natural este, pentru apa lichidă este de 9 zile, pentru apa
care devine gheaţă este de mii de ani, iar pentru apa subterană este de zeci de mii de ani (durata
circuitului natural). În paralel cu circuitul natural al apei şi asociata acestuia este circuitul artificial al
apei, care este determinat de nevoile de apă ale societăţii umane; este un circuit complex ce se
realizează prin construcţii hidrotehnice de captare a apei din lacuri, râuri sau ape subterane, prin
instalaţii de tratare şi epurare, de transport, de deversare a apelor tratate în emisar.
Aerul şi atmosfera
Atmosfera este pătura protectoare subţire de la suprafaţa Pământului care asigură viaţa şi o
protejează faţă de elementele ostile din afara spaţiului terestru absorbind energia şi radiaţiile
ultraviolete periculoase ale Soarelui moderând temperatura Pământului. Atmosfera este învelişul
gazos al Pământului este sursa de dioxid de carbon pentru fotosinteză şi de oxigen pentru respiraţie.
De asemenea, asigură azotul elementar pentru bacteriile fixatoare de azot, respectiv, plantele
industriale producătoare de amoniu, folosite pentru a produce azot legat, component esenţial al
meloculelor viaţii.
Considerăm că este absolut necesar să reamintim câteva notiuni, privind compoziţia,
densitatea şi masa atmosferei.
Compoziţia atmosferei.
Aerul atmosferic reprezintă un amestec de mai multe gaze, printre care cele mai importante
fiind azotul, oxigenul, argonul. Pe lângă acestea mai intră(în cantităţi mici) şi hidrogenul, heliul,
xenonul şi criptonul.
De asemenea, trebuie amintit că substanţele radioactive din scoarţa terestră degajă în
atmosferă emanaţiile lor. În straturile inferioare ale atmosferei, din apropierea Pământului, se află în
cantităţi foarte variabile şi CO2.
10
Aerul uscat, la nivelul mării, are următoarea compoziţie (tabelul 1):
Tabelul 1
Compoziţia aerului uscat la nivelul mării
Gazul Masa
molară(μ)
Presiunea
parţială (N/m2)
Nr. de molecule
dintr-un cm3(cm
3)
Proporţia în
volum(%)
Aer uscat 28,9 1,013·105
2,7·1019
N2 28 7,904·104 2,11·10
19 78,088
O2 32 2,119·104 5,6·10
18 20,949
Ar 39,9 9,5·102 2,5·10
17 0,930
CO2 44 30,66 8,1·1015
0,030
H2 2 10,66 2,7·1015
1,0·10-4
Ne 20,2 1,1996 3,2·1014
1,8·10-3
He 4 0,399 1,1·1014
5,2·10-4
Prin compoziţia sa, atmosfera direcţionează existenţa vieţii pe Terra. Această compoziţie
rămâne constantă până la înălţimi de cel puţin 100km, datorită curenţilor atmosferici descendenţi şi
ascendenţi care o uniformizează. La înălţimi mai mari, diferenţa dintre masele molare ale gazelor din
atmosferă duce la stratificarea atmosferei, gazele mai grele aşezându-se în straturile inferioare,
formate mai ales din azot şi oxigen.
Compoziţia aerului nu este aceeaşi, dacă se ţine seama că, într-o atmosferă rarefiată se
produce(sub acţiunea radiaţiei solare ultraviolete), disocierea O2 şi N
2, adică moleculele lor se
descompun, la absorbţia unei cuante de energie radiantă, în atomi:
O2 + hv →2O
N2 + hv →2N.
În afara gazelor indicate, straturile inferioare ale atmosferei au un volum de până la 1% de
vapori de apă. De asemenea, există un strat de ozon, la aproximativ 30-60km, care se formează sub
acţiunea radiaţiei solare ultraviolete(O2+O→O3).
Densitatea atmosferei
Densitatea aerului rezultă din raportul dintre masă şi volum(ca în cazul oricărui corp
material). Pentru aerul uscat ea poate fi calculată cu ajutorul ecuaţiei gazelor ideale(Klapeyron-
Mendeleev):
unde p – presiunea
V – volumul
R – constanta universala a gazelor( )
T – temperatura absolută
Dacă se are în vedere că volumul specific este o mărime inversă a densităţii(V=1/ρ), ecuaţia
stării gazelor ideale poate fi scrisă sub forma:
Calculată pentru presiunea atmosferică medie de la nivelul mării(1013,25mb) şi temperatura
de 0°C, densitatea aerului uscat este ρ=0,001293g/cm3 sau ρ=1,293kg/m
3.
În realitate, aerul atmosferic conţine totdeauna cantităţi mai mari sau mai mici de vapori de
apă, a căror densitate reprezintă 0,622 din densitatea aerului uscat(ρvap/ρusc=0,622).
11
Ca atare, densitatea aerului umed este mai redusă decât cea a aerului uscat, diferenţele
scăzând până la anularea totală, pe măsura descreşterii temperaturii şi implicit a capacităţii de
înmagazinare a vaporilor de apă.
Însuşirea densităţii aerului este foarte importantă şi pentru că, de relaţiile ei cu temperatura,
presiunea şi umezeala, depind o serie întreagă de procese termodinamice, care influenţează hotărâtor
stabilitatea sau instabilitatea vremii.
Înălţimea atmosferei nu poate fi stabilită cu precizie deoarece densitatea ei scade progresiv cu
altitudinea, astfel că nu există o limită netă între atmosferă şi spaţiul interplanetar.
Masa atmosferei
Calculată la scara întregii planete masa atmosferei este de 5,289·1015
tone. Dar, pentru că în
calculele respective nu s-a ţinut cont de volumul de aer dislocuit de relieful terestru situat deasupra
nivelului general al oceanului planetar, valoarea obţinută trebuie redusă cu 2,72%; aşadar, masa reală
a atmosferei Pământului este de 5,147·1015
tone. Ea reprezintă o milionime din masa Pământului care
totalizează 5,98·1027
tone.
Pe verticală se constată o descreştere a masei atmosferice determinată de scăderea presiunii şi
densităţii aerului. Astfel, la nivelul mării masa unui m3 de aer este de 1,293kg, la 12km înălţime de
319g, la 25km înălţime de 43g, iar la 40km înălţime de doar 4g.
Drept consecinţă, 50% din masa atmosferei se găseşte până la 5km înălţime, 75% până la
10km înălţime, 95% până la 20km înălţime şi 99% până la 36km înălţime.
Practic, întreaga masă a atmosferei este cuprinsă între scoarţa terestră şi înălţimea de 100 km.
1.3. STRUCTURA VERTICALĂ A ATMOSFEREI
Structura verticală a atmosferei poate fi pusă în evidenţă cu ajutorul unor parametri
caracteristici, cum sunt: temperatura aerului, compoziţia chimică a aerului.
În raport cu modul în care temperatura aerului variază cu altitudinea, atmosfera este divizată
în mai multe regiuni sau straturi sferice, concentrice, de aer numite sfere. Astfel se deosebesc, pe
verticală, 5 straturi principale separate între ele prin straturi de tranziţie.
Denumirea straturilor şi altitudinea la care se găseşte fiecare dintre ele apar în tabelul 2:
Tabelul 2
Straturile atmosferei
Denumirea sferei Altitudinea în care se
extinde (km)
Denumirea stratului
de tranziţie ce urmează
Troposfera 0-11(17) Tropopauza
Stratopauza
Mezopauza
Termopauza
Stratosfera 11-50
Mezosfera 50-80
Termosfera 80-800
Exosfera >800
În figura 1.4. este prezentată, schematic, structura pe verticală a atmosferei.
12
Fig. 1.4.-Structura pe verticală a atmosferei
Troposfera – strat ce se întinde de la suprafaţa Pământului până la altitudinea(în medie) de
11km(17km).
Denumirea provine de la cuvintele greceşti „tropos”(rotaţie) şi „sphaira”(sferă). În traducere
liberă înseamnă sferă de rotaţie, sau sferă de schimb.
În troposferă temperatura aerului scade cu creşterea altitudinii. Scăderea este caracterizată
printr-un gradient vertical de temperatura cuprins între 5-7°C/km.
La limita superioară a troposferei, temperatura medie a aerului este de cca. -50°C. în
troposferă este cuprinsă aproximativ 80% din masa totală a aerului, aproape în întregime vaporii de
apă din atmosferă, precipitaţiile şi formaţiunile noroase.
Presiunea scade neuniform cu altitudinea, fiind egală cu ½ din valoarea de la suprafaţa
Pământului la altitudinea de 5km şi cu ¼ la 10km altitudine.
În troposferă sunt condiţii fizice care favorizează:
transformarea energiei termice(ca origine fiind energia solară) în energie cinetică a
maselor de aer;
producerea unor mişcări verticale puternice;
amestecarea aerului în urma mişcărilor turbulente.
Stratul de tranziţie care urmează, tropopauza, are o grosime de 1-2km.
Denumirea vine din limba greacă „tropos”(rotaţie) şi „pausa”(a înceta, a termina) => sfârşitul
troposferei.
Limita superioară a troposferei(deci înălţimea la care se află tropopauza) depinde de anotimp
şi de poziţia geografică a locului; are valori cuprinse între 7-17km.
Este mai mare vara decât iarna, iar pentru acelaşi anotimp este mai mare în regiunile
ecuatoriale, decât în cele polare.
Stratosfera – se întinde deasupra tropopauzei, până la altitudinea de cca. 50km.
Denumirea vine de la cuvintele din limba greacă „stratus”(stratificat) şi „sphaira”(sferă) =>
sferă stratificată.
În partea inferioară, până la 25km, temperatura aerului nu variază cu înălţimea, dar peste
25km altitudine, temperatura aerului începe să crească până la limita superioară a stratosferei, unde
13
temperatura medie este de 0°C. Creşterea temperaturii aerului în stratosferă este determinată de
procesul de absorbţie a radiaţiilor UV şi infraroşii(IR) din spectrul radiaţiei solare. Absorbţia este
făcută de O3 stratosferic, care este localizat într-un strat subţire(relativ) din stratosferă, cuprins între
30-60km; se cunoaşte sub denumirea de ozonosferă sau strat de ozon.
Alte caracteristici ale stratosferei:
vaporii de apă se află în cantităţi mici
la 22-27km altitudine se formează nori sidefii, alcătuiţi din picături de apă suprarăcită
condiţiile fizice nu favorizează dezvoltarea mişcărilor verticale ale aerului şi a
turbulenţelor
presiunea aerului scade, iar la limita superioară atinge valori de cca. 1mb(1 milibar).
Troposfera şi Stratosfera cuprind împreună cca. 99,99% din masa totală a aerului atmosferic.
Stratul de tranziţie(pătura izotermă de tranziţie) ce urmează între 50-55km se numeşte
stratopauză.
Mezopauza – se extinde între 55-80 km. Denumirea provine din limba greacă
„mesos”(mediu) şi „sphaira”(sferă) => sferă mijlocie.
Are următoarele caracteristici:
temperatura aerului scade cu altitudinea astfel încât la limita superioară atinge valori
de cca. -70°C
densitatea aerului este scăzută
presiunea atmosferică la limita superioară este de 100000 de ori mai mică decât la
suprafaţa Pământului.
Condiţiile fizice favorizează:
dezvoltarea unor mişcări turbulente intense ale aerului
amestecarea sa pe verticală
vaporii de apă se află în cantităţi mici, uneori se observă nori argintii, formaţi din
cristale de gheaţă.
Stratul de tranziţie izoterm – mezopauza – este cuprins între 80-85km şi reprezintă regiunea
care marchează o modificare esenţială a proprietăţilor fizice ale atmosferei.
Termosfera – se extinde deasupra mezopauzei până la cca. 800km.
Denumirea provine din limba greacă „thermos”(cald) şi „sphaira”(sferă) => sferă caldă.
Are următoarele caracteristici:
Temperatura aerului creşte cu creşterea altitudinii în partea inferioară a stratului până
ce atinge valori ridicate, apoi rămâne constantă.
La altitudini mai mari de 50km, temperatura poate avea valori cuprinse între 400°C şi
2000°C(depinde de activitatea solară şi de latitudinea geografică). Explicaţia fenomenului se
datorează fenomenului de absorbţie a radiaţiilor de lungime de undă mică emise de Soare. În a doua
jumătate a termosferei se produce o scădere a temperaturii aerului.
Exosfera – este stratul cvasi-izoterm ce se află deasupra termosferei(peste 800km).
Denumirea provine din limba greacă „exo”(exterior) şi „sphaira”(sferă) => sferă exterioară.
Are următoarele caracteristici:
la altitudini mai mari de 1000km are loc disiparea atomilor sau moleculelor gazelor
componente în spaţiul cosmic, acest strat numindu-se şi sfera de disipaţie.
limita superioară este aproximativ 3000km, după date furnizate de sateliţii artificiali ai
Pământului.
Cercetări recente(Van Allen) au pus în evidenţă existenţa straturilor de particule legate de
Pământ, chiar şi la înălţimea de 100000km, se consideră că dincolo de exosferă ar exista altă zonă
numită magnetosfera(regiunea din atmosferă în care vântul solar interacţionează cu câmpul
magnetic al Pământului).
14
Se menţiona în cercetările respective că, distribuţia pe verticală a straturilor atmosferice
depinde şi de compoziţia chimică a aerului. Astfel au fost delimitate două regiuni:
1) Omosfera – strat ce se extinde pe verticală de la suprafaţa Pământului până la cca.
80km altitudine. Aici, compoziţia chimică a aerului şi masa moleculară a aerului rămân constante; de
asemenea predomină procesele de amestecare prin mişcare turbulentă a atmosferei.
2) Heterosfera – partea atmosferei de deasupra omosferei. Compoziţia chimică şi masa
moleculară medie ale aerului se modifică cu altitudinea. Predomină fenomenul de separare difuză a
gazelor componente, iar procesul de amestecare turbulentă a aerului este neînsemnat.
La înălţimi de peste 1 000 km (strat cunoscut sub denumirea de Ionosferă, ce se
caracterizează prin creşterea accentuată a temperaturii datorită degajărilor de căldură cauzate de
procese de ionizare), compoziţia aerului înregistrează diferenţe mari comparativ cu zonele din
apropierea scoarţei terestre. Astfel, oxigenul atomic, particulă predominantă la începutul termosferei
este înlocuit la înălţimi mai mari cu heliu şi în cele din urmă cu hidrogen atomic.
Ionizarea atomilor şi moleculelor în ionosferă se datorează razelor X şi UV emise de Soare.
Prin contrast cu modificările de temperatură ce se produc în atmosferă, presiunea atmosferică
descreşte aproape regulat cu creşterea altitudinii. Presiunea scade mult mai rapid la altitudine joasă
decât la înălţime mare.
Explicaţia pentru această caracteristică a atmosferei o constituie compresibilitatea acesteia.
Ca urmare, presiunea scade de la o valoare medie de 760 mm Hg la nivelul mării la valoarea 2,3 x
10-3
mm Hg la 100 km şi la numai 1,0 x 10-6
mm Hg la 200 km.
Pământul
Geosfera constă din masa solidă a Pământului inclusiv solul care este suportul “ce asigură
viaţa” pentru regnul vegetal. Miezul interior al geosferei sau nucleul pământului bogat în fier, este
acoperit de o întreagă serie de alte miezuri, mantale finalizate prin scoarţa terestră foarte subţire (5-
40 km) prin comparaţie cu diametrul Pământului.
În marea majoritate scoarţa pământului este formată din roci (mase solide de minerale pure
sau agregate de două sau mai multe minerale).
Pentru scoarţa terestră procentele de masă ale elementelor poartă numele de Clark(1% masă
= 1 clark).
Sfera de fier cu raza de 3470 km din centrul pământului constituie nucleul.
În interiorul acestuia se află nucleul interior (fier solid), o sferă solidă cu raza de 1 270 km,
cu temperatura de 6 600 ± 1 000 K la o presiune de 3,3 Mbari.
Nucleul exterior (fier lichid) are o grosime de 2 200 km, temperatura 3 800 K, la o presiune
de 1,6 Mbari.
Mantaua terestră înconjoară nucleul şi are o grosime de aproximativ 2 900 km (1 900 km
mantaua inferioară, 600 km zona de tranziţie, 400 km grosime mantaua superioară). Mantaua este
ceva mai groasă sub continente şi mai subţire sub oceane. Limita ei superioară se situează în jur de
10 km sub fundul oceanelor respectiv la 60 km de la suprafaţa continentelor.
Mantaua este formată în cea mai mare parte din silicaţi de magneziu şi de fier şi se află în
stare topită. Mantaua superioară este sursa materiei topite din erupţiile vulcanice.
Scoarţa pământului este o crustă solidă care are grosime medie de 40 km, mai subţire sub
oceane şi mări, mai groasă în zona uscatului. Dacă mantaua terestră predomină silicaţii de magneziu,
în scoarţa terestră sunt prezente o multitudine de elemente:
bazalturile pirogenetice ce conţin în principal O, Si, Al, Fe, Ca, Mg.
graniturile pirogenetice ce conţin pe lângă elementele precedente şi elemente alcaline,
mai ales Na şi K.
rocile sedimentare ce conţin în plus faţă de granituri, carbonaţi, adică elementul
carbon.
15
Principalele grupe de minerale proprii scoarţei terestre sunt silicaţi, oxizii, carbonaţii,
sulfurile, sulfaţii, clorurile şi chiar elemente native (cupru, sulf).
Dintre acestea cei mai abundenţi sunt silicaţii (cuarţ, SiO2) sau din grupa mineralelor
secundare ortosilicaţii de tip ortoclas (Kal Si3O8) .
Un număr de substanţe minerale sunt gaze la temperatura magmatică a vulcanilor şi sunt
antrenate de către erupţiile vulcanice. Deoarece, aceste substanţe condensează în apropierea
craterului se numesc sublimate, ca de exemplu sulful, unii oxizi, in special cei de fier.
Cea mai importantă parte a geosferei pentru viaţa pe Pământ este solul format în timp prin
acţiunea de dezintegrare a agenţilor fizici, geochimici, a proceselor biologice asupra rocilor.
Solul este format dintr-o succesiune de straturi numite orizonturi.
Rocile “de origine” suferă procese de degradare sub acţiunea vântului, ploii, gerului,
schimbărilor rapide de temperatură şi sunt transformate în fragmente mici. Produsul rezultat este
supus în continuare unor procese de alterare datorate organismelor vegetale şi animale.
Când materia organică este încorporată astfel în interiorul învelişului alterat, începe formarea
solurilor. Solul este format din particule de forme şi dimensiuni variabile (faza solidă a solului)
numite grunji sau granule. Spaţiile rămase libere între granulele de sol formează porii solului.
Volumul total al porilor constituie porozitatea. Cele două componente caracteristice,
granulometria şi porozitatea, influenţează marea majoritate a proprietăţilor fizice, chimice şi
biologice ale solului.
Analizând raportul dintre cei patru constituenţi de bază ai oricărui sol aceştia reprezintă: 25 %
apă, 25% aer, 45% substanţe minerale, 5% substanţe organice.
Aceşti componenţi nu sunt prezentaţi ca şi componente separate ci se întrepătrund, se
influenţează reciproc, asigurând mediul natural de creştere şi dezvoltare a plantelor. În sol se reţin şi
se acumulează ca într-un rezervor elementele nutritive (mai ales sub formă de humus) care sunt apoi
puse treptat la dispoziţia plantelor.
Având o compoziţie chimică complexă şi o structură poroasă, solul poate fi străbătut uşor de
rădăcinile plantelor, reţine în el apa şi aerul, componente necesare desfăşurării proceselor
biochimice: asimilaţie-dezasimilaţie, sinteză-descompunere, înmagazinare şi eliberare de energie.
Viaţa
Toate entităţile aparţinând lumii vii de pe Pământ alcătuiesc biosfera.
Organismele vii şi aspectele care se referă direct la influenţa mediului înconjurător asupra
acestora alcătuiesc mediul biotic iar celelalte porţiuni ale mediului sunt abiotice (mediul anorganic
plus clima etc.)
Biologia este ştiinţa vieţii în timp ce biochimia studiază reacţiile chimice complexe ce se
produc în organismele vii.
Efectul poluanţilor şi al chimicalelor potenţial periculoase, asupra organismelor vii reprezintă
părţi importante ale chimiei mediului. Din păcate majoritatea acestora au implicaţii profunde asupra
căilor metabolice proprii speciilor de mediu. Studiul acestor fenomene constituie baza biochimiei
mediului.
Când toxicele precursorilor metabolici (protoxice) pătrund în organismele vii ele pot suferi o
serie de transformări prin care ele fie că sunt transformate în produşi mai toxici, fie sunt transformate
în produşi nepericuloşi (detoxifiere).
Pentru a le sublinia importanţa a fost introdus termenul de compuşi xenobiotici pentru acei
compuşi care, în mod normal sunt corpuri străine pentru organismele vii sub aspect chimic, şi care
prin transformare conduc la produşi ce pot fi eliminaţi din organism.
O importanţă specială o are metabolismul xenobiotic intermediar ce constă în formarea unor
specii chimice de tranziţie diferite, atât de cele ingerate, cât şi de cele eliminate. Aceste specii pot
avea efecte toxice semnificative. În general, compuşii xenobiotici imită pe cei care în mod normal
16
constituie în organisme substratul endogen pentru procesele enzimatice. Sunt posibile şi transformări
neenzimatice ale compuşilor xenobiotici.
Transformările din organism ale majorităţii xenobioticelor pot fi clasificate în două tipuri:
reacţii de tip Faza I şi reacţii de tip Faza II.
Reacţia de tip Faza I introduce grupări funcţionale reactive, polare în moleculele lipofile ale
toxicelor. În formele nemodificate, aceste toxice tind să treacă prin membranele celulare lipidice, de
obicei, legate sub formă de lipoproteine. Sub această formă legată, toxicele sunt transportate în
organism. Prin introducerea grupărilor polare, reactive, produsul reacţiei de tip Faza I devine mai
mult solubil în apă decât specia xenobiotică părinte şi, mult mai important, posedă o “ancoră
chimică”de care materialul substrat din corp se poate lega şi astfel toxicul poate fi eliminat din
organism.
Legarea la un astfel de substrat este reacţia de tip Faza II. În urma reacţiei se formează un
“produs de conjugare” care este apoi excretat din organism.
Antrosfera şi tehnologia
Antrosfera poate fi definită ca acea parte a mediului înconjurător creată şi modificată de către
oameni şi folosită pentru activităţile lor. Noţiunea “tehnologie” include toate căile prin care
umanitatea îşi produce cele necesare folosind materiale şi energie.
Dacă ştiinţa este preocupată de descoperire, explicarea şi dezvoltarea teoriilor aparţinând
interrelaţiilor fenomenelor naturale ce privesc energia, materia, timpul şi spaţiul, bazate pe
cunoştinţele fundamentale ale ştiinţei, ingineria elaborează planuri şi mijloace care să asigure
realizarea practică a obiectivelor.
Omenirea foloseşte diversele tehnologii pentru a-şi asigrua hrana, îmbrăcămintea, adăpostul
şi bunurile necesare vieţii.
Prin activitatea sa continuă, având drept scop îmbunătăţirea condiţiilor sale de viaţă, omul
relizează poluarea artificială a mediului înconjurător. Sursele antropice de contaminare ale solului,
pânzei freatice ca şi râurilor, atmosferei sunt:
surse primare, de exemplu fertilizarea solului în agricultură, emisiile uzinale de gaze,
emisiile auto;
surse secundare, prin care agentul poluant ajunge în pământ(ex. apă uzată rezultată ca
urmare a unei activităţi desfăşurate în vecinătate).
Sursele poluante sunt reprezentate de principalele domenii ale activităţii umane: industria,
agricultura, transporturile.
Intervenţia omului asupra mediului înconjurător constă în principal în următoarele:
introduce în aer, apă, sol produse rezultate în urma activităţii umane, ca de exemplu
deşeurile alimentare sau de altă natură, ca diverse substanţe chimice, îngrăşăminte chimice şi
naturale, substanţe generate prin ardei etc. De notat că nici îngrăşămintele naturale nu pot fi folosite
fără limite deoarece substanţele cu azot prezente în diferitele forme tipizate de îngrăşăminte sunt
transformate în final în nitriţi şi nitraţi care pătrund în apele freatice şi deci poluează sursele de apă
potabilă.
defrişarea pădurilor în vederea asigurării de suprafeţe tot mai mari pentru culturile
agricole; prin aceasta este afectat habitatul unor animale, dezvoltarea unei anumite vegetaţii capabilă
să absoarbă poluanţii din atmsoferă. De asemenea, se produc modificări ale climei. Prin tăierea
pădurilor în scopul amintit se înlocuieşte de fapt un ecosistem deosebit de diversificat şi din această
cauză foarte stabil, cu un alt ecosistem, terenul agricol, ecosistem ce conţine un număr redus de
plante şi animale, ecosistem foarte labil. Mai grav este faptul că se taie pădurile tropicale, cele mai
importante atât din punct de vedere al convertirii dioxidului de carbon în oxigen cât şi al reglării
climei.
bararea râurilor, modificarea cursurilor de apă, cu afectarea peştilor şi a unor specii de
animale terestre.
17
mineritul respectiv aducerea la suprafaţa Pământului a unor minereuri care după
prelucrare lasă depozite imense de steril respectiv contaminează solul, apele şi aerul de la suprafaţă
cu elemente toxice ca Zn, Pb, Cd, cu substanţe radioactive. Dezvoltarea mineritului a condus odată
cu realizarea de galerii la o serie de surpări, incizii în teren, la munţi de steril. Totodată s-au înmulţit
solurile afânate care au un cu totul alt regim de infiltrare al apei de ploaie decât cel natural.
transformarea enegiei chimice (prin numeroase arderi) în căldură, cu afectarea
bilanţului termic al pământului, însoţite de obicei cu emanaţii de gaze în aer.
Caracteristică poluării artificiale este interferenţa dintre efectele sale şi fenomenele naturale
cu consecinţe asupra mediului înconjurător (de exemplu, ploile acide), respectiv degradarea
calităţilor factorilor de mediu. Aceasta, în mod implicit afectează sănătatea oamenilor ca de exemplu,
poluarea apelor cu unele produse chimice duce la distrugerea peştilor şi deci la distrugerea unei surse
de hrană pentru om. Pe de altă parte, sunt posibile intoxicaţii în caz de consum a peştilor ce au
acumulat substanţe toxice chimice.
Deci, pe lângă circulaţia, repartiţia şi dispersia poluanţilor în mediu, se poate produce şi o
concentrare biologică a acestora.
Astfel, de exemplu, de la cantităţi reduse de pesticide existente în aer, sol sau apă se poate
ajunge la concentraţii tot mai mari de la o treaptă la alta a lanţului trofic. Reamintim că lanţul trofic
alimentar este un ansamblu de organisme care asigură transportul material într-un ciclu bio-geo-
chimic. El are trei verigi: producătorii (plantele verzi), ce consumatorii ierbivori şi carnivori,
descompunătorii (microorganismele care asigură mineralizarea deşeurilor organice).
1.4. SUBDIVIZIUNILE DE MEDIU,TIPURI DE MEDIU
La nivel macro, mezo sau microscală, sunt teritorii în care mediul, diferit şi dependent de cel
global, devine tot mai omogen pe măsură ce scara de reprezentare se diminuează.
Pe latitudine, într-o oarecare concordanţă cu zonele climatice, se diferenţiază, funcţie de
distribuţia principalilor factori de macroclimă (căldură, lumină, precipitaţii), zone de mediu, fiecare
având o ofertă de mediu favorabilă unor tipuri de vegetaţie. Ele se succed de la ecuator, spre cei doi
poli, sub forma unor teritorii întinse sau insulare, plasate la diferite altitudini:
zona de mediu eremial, în general foarte cald şi uscat, favorabil doar vegetaţiei
ierboase, diferenţiată în subzone precum stepe, preerii, semideşert, deşert.
zona de mediu arboral, este caldă, dar mai bogată în precipitaţii, favorabilă vegetaţiei
lemnoase arborale, dar şi unei vegetaţii ierboase, denumită şi zona mediului de pădure, cu subzone
ca:
a pădurilor ecuatoriale
a pădurilor tropicale
a pădurilor musonice
a pădurilor mediteraneene
a pădurilor temperate
a taigalei.
zona de mediu tundral, rece şi foarte rece, umedă sau subumedă, cu soluri sărace, cu
vegetaţie puţină şi slab organizată sub formă de tufărişuri joase şi rare, ierburi scunde şi licheni, cu
două subzone, adică subzona tundrei montane şi subzona tundrei polare.
zona de mediu polar(glaciar), a deşertului de gheaţă în care temperaturile sunt veşnic
negative, cu durată redusă a insolaţiei, intensitatea slabă a luminii, ca şi puternicele vânturi polare
care bat quasipermanent, nu permit decât prezenţa unor slabe şi rare forme de viaţă.
La nivel de mezoscală, în cadrul zonelor şi subzonelor, pe longitudine şi criterii
morfogenetice şi morfostructurale, se diferenţiază, datorită megareliefului şi înclinării maselor
continentale şi oceanice, domenii de mediu : atlantic, pacific, pontic, iberic, alpin, carpatin,etc.
18
La aceeaşi scară, funcţie de macrorelief, mezoclimă, hidrografie, circulaţia curenţilor de aer,
în cadrul domeniilor şi a zonelor se diferenţiază mediul regional sau regiunile de mediu: montană, de
deal,de podiş, de câmpie, deltaică, litorală, marină. La nivel de microscală, în fiecare regiune se
formează medii locale, diferenţiate datorită reliefului local, climei locale pe care acesta o modifică,
reţelei hidrografiei superficiale, mozaicului de soluri şi ecosisteme din diferite segmente teritoriale
ale regiunii. Nici mediul unui peisaj, deşi tinde spre omogenitate, în raport cu cel regional, nu este
omogen, din cauza mezo, micro şi nanoreliefului, a solurilor diferite, a topoclimei şi ecoclimei
determinată de tipul biocenozelor prezente, precum şi din cauza modului concret de utilizare a
terenurilor.
În fiecare peisaj se pot individualiza şi delimita concret, uneori mai precis, alteori nu, teritorii
cu mediu relativ omogen, numite biotopuri.
Deci, biotopul este unitatea teritorială de mediu, acel fragment de spaţiu terestru sau acvatic,
caracterizat printr-un mediu relativ omogen, pe întreaga sa suprafaţă şi în decursul timpului.
Prin mediul relativ omogen înţelegeam că ansamblul factorilor ecologici care se
interacţionează în spaţiul respectiv, variază sub aspectul concentraţiei lor, în limite restrânse, atât pe
întreaga suprafaţă a biotopului, cât şi la anumite intervale de timp.
În interiorul unui biotop, când factorii ecologici îşi modifică concentraţia, datorită micro şi
nanoreliefului, schimbării proprietăţilor solului, stratificării apei, în cel acvatic, distribuţiei spaţiale şi
activităţii plantelor şi animalelor se pot delimita microbiotopuri. Asemenea biotipuri nu-şi pierd
integralitatea.
Tipurile de mediu - după diferiţi autori şi luând în consideraţie anumite criterii (geografice,
planul de structură care domină) sunt:
mediul terestru (dominat de mediul orografic si edafic)
mediul acvatic (dominat de cel hidrologic: marin, lacustru, fluvial, etc.).
După criterii antropice, legate de gradul de influenţă umană şi modul de locuire sunt:
mediul natural - neinfluenţat antropic, direct sau indirect (aproape inexistent);
mediul antropizat - artificial, modificat în diferite grade de cel natural, de prezenţa şi
activitatea omului;
mediul urban - al marilor localităţi, cu densitate mare a populaţiei umane, prestând, în
general, activităţi în industrie, sociale şi culturale (este un mediu antropizat);
mediul rural - al întinderilor mari, ca spaţiu,cu densitate redusă a populaţiei care
prestează activităţi agricole, silvice şi de industrie alimentară mică.
1.5. FACTORII ECOLOGICI (DE MEDIU) ŞI LEGILE LOR DE ACŢIUNE.
Factor ecologic – este orice substanţă sau energie, din orice plan de structură al mediului
(deci, orice factor de mediu), care, direct sau indirect, imediat sau după un anumit timp, produce
schimbări în viaţa unui organism viu şi, în acelaşi timp, suferă schimbări ale concentraţiei şi efectului
său, produse de acel organism viu.
Inventatorul factorilor ecologiei este imens, practic infinit, din fiecare plan de structură,
decelându-se numeroşi factori ecologici, diferenţiaţi între ei printr-o informaţie structurală proprie.
Aceasta determină structura schimbărilor pe care le produce organismul viu (tipul de efect, acţiunea
specifică a factorului), urmare a prelucrării şi modelării informaţiei factorului în memoria
informaţională a organismului viu.
Pentru a înţelege de ce rezultă un număr atât de mare de factori, dăm doar două exemple:
dintre factorii cosmici, nu lumina solară, în general, este un factor ecologic, ci: durata
iluminării, intensitatea luminii, radiaţiile roşii, radiaţiile orange, radiaţiile galbene, radiaţiile verzi,
radiaţiile albastre, radiaţiile indigo şi radiaţiile violet, reprezintă fiecare un factor ecologic, deoarece
au structură informaţională diferită şi produc efecte specifice fiecare;
19
din planul edafic al structurii mediului, nu solul este un factor ecologic, ci mai mulţi:
tipul de sol, grosimea profilului, grosimea fiecărui orizont al profilului, textura solului, structura
solului, conţinutul în humus, pH-ul solului, conţinutul in macro – şi microelemente, etc., etc.; fiecare
proprietate fizică, chimică, biologică. fizico-mecanică a solului reprezintă un factor ecologic.
Indiferent că sunt substanţe sau energii toţi factorii ecologici au caracter de forţe care produc
schimbări, deci energetic. Cei care acţionează direct asupra organismului viu se mai numesc şi
componenţi, iar cei cu acţiune indirectă, modificatori (schimbă concentraţia şi efectele
componenţilor).
Fiecare factor ecologic, chiar dacă are mereu aceeaşi structură informaţională, produce efecte
diferite asupra diferiţilor indivizi ai aceleiaşi specii, asupra aceluiaşi individ aflat în diferite faze
ontogenetice, asupra diferitelor organe, ţesuturi ale aceluiaşi individ, precum şi asupra diferitelor
funcţii fizilogice care se desfăşoară simultan.
Tocmai cunoaşterea acestor lucruri ne ajută să luăm măsurile necesare, corecte şi concrete cu
privire la protecţia mediului.
Relaţia dintre organismul viu şi factorii ecologici nu se desfăşoară la întâmplare, ci
respectând o serie de legi, numite şi legile de acţiune a factorilor ecologici, practic legile de bază ale
naturii.
Dintre acestea amintim doar trei legi:
Factorii ecologici acţionează simultan asupra organismului viu şi în interacţiune.
Interacţiunea dintre factorii ecologici care acţionează simultan, determină modificarea concentraţiei
şi efectelor fiecărui factor. Efectul factorilor nu este egal cu suma efectelor lor singulare, ci cu acela
al rezultantei interacţiunilor (acţiunilor sinergice pozitive şi negative).
Toţi factorii ecologici au importanţă egală pentru organismul viu, fiecare dintre ei
putând fi limitativ pentru acesta, la anumite concentraţii, conform legii toleranţei (figura 1.5.).
Fig. 1.5. Exprimarea grafica a legii tolerantei
Concentraţiile minime, ca şi cele maxime la care organismul îşi încetează activitatea şi viaţa
delimitează zona lui de toleranţă în raport cu diferiţi factori, iar cele apropiate lor, dar în interiorul
curbei de toleranţă determină, mai ales atunci când se realizează pentru mai mulţi factori în acelaşi
timp, o stare generală rea, de pessim ecologic, în care funcţiile vitale diminuează grav înainte ca
organismul să piară.
Valorile optime (zona optimală) determină „starea” foarte bună şi efectul maxim.
20
Legea toleranţei este de departe cea mai importantă lege a naturii şi ea are cea mai largă
aplicabilitate pentru legislaţia de mediu şi activităţile inginereşti în natură. Ea demonstrează
caracterul limitativ al tuturor factorilor, impus de concentraţia lor, precum şi importanţa lor egală.
Excepţiile, care au generat cele două legi (a minimului şi respectiv a maximului) aplicabile
mai ales unor factori indispensabili vieţii(apa, nutrienţii) sau puternic toxici (radioactivitate, poluanţi
chimici) nu fac decât să o confirme cu mai multă pregnanţă.
Legea relativităţii în acţiunea factorilor ecologici stipulează caracterul relativ al pragurilor de
concentraţie cu diferite semnificaţii, care nu sunt punctuale, ci, se încadrează, la rândul lor, între
anumite limite(evident restrânse) şi, acesta din cauza interacţiunii complexe şi simultane dintre
factori cu efecte diferite şi uneori compensatorii, cât şi caracterului static al acestei relaţii dintre
factorii ecologici şi organismele vii, în general, la nivel de specie. Este de fapt, altă expresie a legii
interacţiunii factorilor ecologici.
21
CAPITOLUL 2. POLITICA DE MEDIU
2.1. POLITICA DE MEDIU ÎN UNIUNEA EUROPEANĂ
Crearea politicii de mediu
Pânã spre sfârşitul anilor 1960 nici un stat european nu a avut definită o politică clară a
mediului. Pe parcursul ultimilor 30-35 de ani însă s-au înregistrat progrese semnificative în stabilirea
unui sistem complet de control a calităţii mediului în cadrul Uniunii Europene.
Fiind un fenomen transfrontalier, poluarea nu putea fi combătută în mod eficace doar în
limitele frontierelor naţionale. În plus, unele din măsurile adoptate de statele membre împiedicau
libera circulaţie a mărfurilor în cadrul pieţei comune.
Ca urmare, apelurile şi presiunile pentru acţiuni comune în favoarea mediului s-au
multiplicat.
La începutul anilor 70, au fost recunoscute necesitatea si legitimitatea unei politici comune în
domeniul mediului. Cu timpul, s-a dezvoltat progresiv un drept comunitar al mediului, care cuprinde
în prezent peste 200 directive şi regulamente.
Ele privesc, în principal, protecţia apelor, calitatea aerului, protecţia florei şi faunei,
zgomotul, eliminarea deşeurilor.
Această problemă acoperă o gamă variată de aspecte, variind de la zgomotul produs la
prevenirea deşeurilor, la produsele chimice, particulele de aer, vaporii de apă sau reţeaua europeană
destinată abordării dezastrelor mediului, precum scurgerile de petrol sau incendiile de pădure.
La Summit-ul de la Paris din 1972 s-a menţionat că mult mai multă atenţie trebuie acordată
protecţiei mediului în contextul expansiunii economice şi a îmbunătăţirii standardelor de viaţă.
Rezultatul concret al acestui Summit a fost elaborarea primului plan de protecţie a mediului.
Legislaţia mediului prezintă o caracteristică particulară, anume, ea ţine seama de aspectele
economice. Dar legislaţia anterioară lui 1986, nu avea o bază juridică într-un tratat .
Alte programe anuale similare, precum şi o serie de directive au urmat acestui summit printre
care:
Actul Unic European din 1987: reprezintă punctul de referinţă al politicii europene de
mediu, fiind menţionată pentru prima dată în cadrul unui tratat al Comunităţii Europene. Actul Unic
European atribuie în mod explicit Comunităţii Europene competente în domeniul politicii mediului.
Actul Unic European a fixat trei obiective prioritare politicii comunitare:
a. protecţia mediului;
b. sănătatea umană;
c. utilizarea prudentă şi raţională a resurselor naturale (art. 130 R).
Tratatul de la Mastricht din 1992: acest tratat a mers şi mai departe decât precedentul,
conferindu-i protecţiei mediului un statut complet în cadrul politicilor europene. Acesta - Tratatul
asupra Uniunii Europene (1992) a stabilit în mod formal conceptul dezvoltării durabile în legislaţia
Uniunii Europene.
Tratatul de la Amsterdam din 1999: a consolidat fundamentul legal al politicii, vizând
protecţia mediului precum şi promovarea dezvoltării durabile în cadrul Uniunii Europene.
În prezent, politica Uniunii Europene în ceea ce priveşte protecţia mediului este
bazată pe ideea conform căreia standardele ridicate de protecţie a mediului stimulează inovaţia şi
creează noi oportunităţi de afaceri. Domeniul economic, social şi cel al protecţiei mediului sunt
strâns legate unul de celălalt. Obiectivul Uniunii Europene este să ofere un nivel adecvat de protecţie
a mediului în întreaga Uniune, fără a neglija circumstanţele locale şi restricţiile economice aferente.
Toată politica privind protecţia mediului este bazată pe principiul „poluatorul plăteşte”.
Astfel, sursa poluantă poate să „plătească” fie prin intermediul investiţiilor efectuate în creşterea
22
standardelor de protecţie, fie prin plata unei taxe care acoperă utilizarea produselor poluante, fie de
către industrie sau de către consumatorii obişnuiţi.
Plata efectuată poate de asemenea să includă obligativitatea de a recupera, recicla sau
distruge produsele utilizate.
Comisia a propus de asemenea ca emisiile ilegale de produse dăunătoare calităţii aerului, apei
sau solului, transporturile ilegale şi deversarea ilegală a deşeurilor, precum şi traficul ilegal al
speciilor aflate pe cale de dispariţie să fie considerate fapte penale şi pedepsite ca atare. Se poate
spune că politica mediului este probabil una din cele mai dificile politicii ale Uniunii Europene. În
timp ce Statele Membre se pot bucura de frumuseţile naturii din Europa, ele trebuie de asemenea să
împartă responsabilitatea pentru ploile acide, apele poluate, aerul contaminat cu produse chimice şi
deşeurile deversate în mod necorespunzător.
Condiţiile extreme de vreme au început să devină tot mai pronunţate, ilustrând faptul că
schimbarea climei este o problemă care îi preocupă pe toţi cetăţenii şi care trebuie să fie abordată la
toate nivelele politicii de protecţie a mediului.
Aşadar Politica de mediu reprezintă un sistem integru al priorităţilor şi obiectivelor de mediu,
al metodelor şi instrumentelor de atingere ale acestora care este direcţionat spre asigurarea utilizării
durabile a resurselor naturale şi prevenirea degradării calităţii mediului.
Aspectele de bază ale definiţiei în cauză:
Reprezintă nu o activitate, principii, declaraţii sau mecanisme ale protecţiei mediului
ci, un sistem integru, compus din aceste elemente;
Componentele politicii de mediu interacţionează între ele, fapt ce determină
considerarea ei drept un sistem integru;
Conţine nu numai scopuri şi obiective sau priorităţi, ci şi metodele şi instrumentele
necesare atingerii lor;
Bazată pe principiile durabilităţii este orientată nu numai spre conservarea mediului,
dar şi spre utilizarea lui durabilă, inclusiv a conservării resurselor.
Situaţia actuala a politicii de mediu.
Baza legală a politicii de mediu
Baza legală a politicii de mediu a UE este constituită de articolele 174 – 176 (foste 130r-130t)
ale Tratatului CE, la care se adaugă articolele 6 şi 95. Articolul 174 (fost 130r) este cel care trasează
obiectivele politicii de mediu şi conţine scopul acesteia - asigurarea unui înalt nivel de protecţie a
mediului ţinând cont de diversitatea situaţiilor existente în diferite regiunii ale Uniunii.
În completarea acestuia, Articolul 175 (fost 130s) identifică procedurile legislative
corespunzătoare atingerii acestui scop şi stabileşte modul de luare a deciziilor în domeniul politicii
de mediu, iar Articolul 176 permite SM(Statelor Membre) adoptarea unor standarde mai stricte.
Art. 175 stabileşte următoarele proceduri legislative:
votul cu majoritate calificată în Consiliu şi procedura de cooperare cu Parlamentul
European ca regula generală;
votul cu majoritate calificată în Consiliu şi procedura codeciziei cu Parlamentul
European pentru programele de acţiune generală;
unanimitatea în Consiliu şi consultarea cu PE(Parlamentul European) pentru aspecte
fiscale şi măsuri referitoare la planificarea urbană şi naţională, amenajarea teritoriului şi
managementul resurselor de apă, precum şi pentru măsuri care afectează politica energetică.
Articolul 95 (fost 100 a) vine în completarea acestuia şi are în vedere armonizarea legislaţiei
privitoare la sănătate, protecţia mediului şi protecţia consumatorului în Statele Membre, iar o clauză
de derogare permite acestora să adauge prevederi legislative naţionale în scopul unei mai bune
protejări a mediului.
23
Funcţionând într-o altă direcţie, Articolul 6 (fost 3c) promovează dezvoltarea durabilă ca
politică transversală a Uniunii Europene şi subliniază astfel nevoia de a integra cerinţele de protecţie
a mediului în definirea şi implementarea politicilor europene sectoriale.
Acestora li se adaugă peste 200 de directive, regulamentele şi deciziile adoptate, care
constituie legislaţia orizontală şi legislaţia sectorială în domeniul protecţiei mediului. Legislaţia
orizontală cuprinde acele reglementări ce au în vedere transparenţa şi circulaţia informaţiei,
facilitarea procesului de luare a deciziei, dezvoltarea activităţii şi implicării societăţii civile în
protecţia mediului ş.a. (de exemplu: Directiva 90/313/CEE privind accesul liber la informaţia de
mediu, Regulamentul 1210/90/CEE privind înfiinţarea Agenţiei Europene de Mediu, etc.).
Spre deosebire de aceasta, legislaţia sectorială (sau verticală) se referă la sectoarele ce fac
obiectul politicii de mediu şi care sunt: gestionarea deşeurilor, poluarea sonoră, poluarea apei,
poluarea aerului, conservarea naturii (a biodiversităţii naturale), protecţia solului şi protecţia civilă
(care se regăsesc în planurile de acţiune şi în strategiile elaborate).
Obiectivele politicii mediului
Multe domenii ale politicii mediului pot fi tratate în mod eficient doar prin cooperarea tuturor
părţilor implicate. Cu toate acestea, nu sunt excluse anumite obiective ce pot şi trebuie să fie
rezolvate la nivel regional.
Legislaţia europeană este o noutate absolută pe plan internaţional. Este pentru prima dată
când un sistem de legi a fost creat, putând fi promulgat şi aplicat dincolo de hotarele naţionale.
Ţelul comun al protejării mediului în Europa este slujit de numeroase legi europene care se
aplică mediului. Acestea sunt valide în toate statele membre ale Uniunii Europene (direct - prin
Regulamente care se aplică direct sau indirect - prin Directive ce trebuie transpuse în legislaţia
naţională).
Politica în domeniul mediului vizează următoarele obiective: protecţia mediului; ameliorarea
calităţii sale; protecţia sănătăţii publice; utilizarea prudentă şi raţională a resurselor naturale;
promovarea măsurilor .
Instrumentele utilizate: dispoziţii legislative, în special directive fixând norme de calitate de
mediu (niveluri de poluare); norme aplicabile procedurilor industriale (norme de emisii, de
concepţie, de exploatare); norme aplicabile produselor (limite de concentraţie sau de emisie pentru
un produs dat); programe de acţiune în favoarea protecţiei mediului; programe de ajutor financiar. 1
Articolul 174 al Tratatului CE prezintă astfel obiectivele politicii de mediu şi anume ,cel de:
conservarea, protecţia şi îmbunătăţirea calităţii mediului;
protecţia sănătăţii umane;
utilizarea prudentă şi raţională a resurselor naturale;
promovarea de măsuri la nivel internaţional în vederea tratării problemelor regionale
de mediu şi nu numai.
Principiile politicii de mediu
Politica de mediu a UE s-a cristalizat prin adoptarea unei serii de măsuri minime de protecţie
a mediului, ce aveau în vedere limitarea poluării, urmând ca în anii ’90 să treacă printr-un proces de
orizontalizare şi să se axeze pe identificarea cauzelor acestora, precum şi pe nevoia evidentă de a lua
atitudine în vederea instituirii responsabilităţii financiare pentru daunele cauzate mediului .
Această evoluţie conduce la delimitarea următoarelor principii:
Protecţia mediului trebuie să constituie un element central al politicii economice şi
sociale a statului.
Principiul „Poluatorul plăteşte”: are în vedere suportarea, de către poluator, a
cheltuielilor legate de măsurile de combatere a poluării stabilite de autorităţile publice. Altfel spus,
1 Daniela Marinescu, tratat de dreptul mediului,Editura ALL Beck,Bucuresti,2003
24
costul acestor măsuri va fi reflectat de costul de producţie al bunurilor şi serviciilor ce cauzează
poluarea;
Principiul acţiunii preventive: se bazează pe regula generală că „ e mai bine să previi
decât să combaţi”;
Principiul precauţiei: prevede luarea de măsuri de precauţie atunci când o activitate
ameninţă să afecteze mediul sau sănătatea umană, chiar dacă o relaţie cauză-efect nu este deplin
dovedită ştiinţific;
Principiul protecţiei ridicate a mediului: prevede ca politica de mediu a UE să
urmărească atingerea unui nivel înalt de protecţie;
Principiul integrării: prevede ca cerinţele de protecţie a mediului să fie prezente în
definirea şi implementarea altor politici comunitare;
Principiul proximităţii: are drept scop încurajarea comunităţilor locale în asumarea
responsabilităţii pentru deşeurile şi poluarea produsă .
Principiul subsidiarităţii care specifică că măsurile de protecţia mediului trebuie luate
la „nivel adecvat” ţinând seama de nivelul de poluare, acţiunile necesare şi zona geografică ce
trebuie protejată.
Accesul liber la informaţia de mediu.
Principiul exercitării de către stat a dreptului suveran de a exploata resursele sale
naturale, în aşa fel încât să nu aducă prejudicii altor state. Acest principiu se desprinde din Declaraţia
de la Stocholm din 1972. Exploatarea resurselor naturale în concordanţă cu interesul naţional
reprezintă şi o obligaţie a statului român, ea fiind stipulată în art. 134 lit. d din Constituţie.
Programe de acţiune pentru mediu – cadrul general de implementare a politicii de mediu in
Uniunea Europeana
Începând cu anii '70 principiile şi obiectivele de mediu au post prezentate şi dezvoltate prin
intermediul Programelor de acţiune pentru mediu 2.
Documentele care stau la baza politicii de mediu a UE sunt Programele de Acţiune pentru
Mediu (PAM, Environmental Action Programs-EAP), primul dintre ele fiind adoptat de către
Consiliul European în 1972 şi fiind urmat de alte cinci. Aceste programe de acţiune sunt, de fapt, o
combinaţie de programe pe termen mediu corelate printr-o abordare strategică şi constau într-o
tratare verticală şi sectorială a problemelor ecologice.
Primele două programe de acţiune pentru mediu, PAM 1 (1973-1977) şi PAM 2 (1977-1981)
reflectă o abordare sectorială a combaterii poluării şi promovează nevoia de protecţie a apei şi a
aerului, prin introducerea unor standarde minime de poluare. Aceste două programe au inclus o
abordare sectorială a combaterii poluării.
În afara legislaţiei, Uniunea Europeana a elaborat programe de acţiune însoţite de directive si
obiective prioritare. Începând cu al treilea program (1982-1986) accentul a fost pus pe principiile
fundamentale ale prevenirii si protecţiei. Programul al patrulea (1987-1992) viza trecerea la o
politica preventiva.
Programele PAM 3 (1982 -1986) şi PAM 4 (1987-1992)mai reflectă si evoluţia politicilor
comunitare la acel moment şi dezvoltarea „pieţei interne” , astfel încât obiectivele de mediu să fie
corelate cu cele ale pieţei. În 1987 a intrat în vigoare Actul Unic European care a inclus şi ideea că
protecţia mediului trebuie să fie o componentă a tuturor politicilor comunitare. În plus, PAM 4
promovează abordarea integrată a politicii de mediu şi introduce conceputul „dezvoltării
durabile”(sustainable development).
În paralel, Uniunea Europeana a iniţiat programe de cercetare în domeniul mediului:
2 A se consulta Institutul European din România, Politica de mediu, Seria Micromonografii - Politici Europene, (lucrare
elaborată în cadrul proiectului Phare RO 0006.18.02) Bucureşti, 2003, p.10-14.
Petre Prisecaru (coord.), Politici commune ale Uniunii Europene, Editura Economică, Bucureşti, 2004, p. 229-236.
25
Ştiinţa si tehnologia pentru protecţia mediului (STEP);
Programul european în materie de climatologie si riscuri naturale (EPOCH).
Al cincilea program de acţiune intitulat „Pentru o dezvoltare durabila si respectuoasa a
mediului” (1993-2000), preconiza sa progreseze pe calea unei abordări preventive a protecţiei
mediului. Aceasta abordare trasează o noua cale, integrând politicile, legislaţiile si proiectele într-un
program complet de reforme axate pe un singur obiectiv, anume dezvoltarea durabila
Conceptul dezvoltării durabile desemnează o dezvoltarea care răspunde nevoilor actuale fara
a compromite capacitatea generaţiilor viitoare de a răspunde nevoilor proprii.
Al cincilea program caută sa completeze deciziile si regulamentul utilizate ca instrumente în
programele precedente cu acţiuni Ia fiecare nivel, angajând grupurile societăţii. Programul pune în
evidenta cinci mari sectoare care pot sa degradeze mediul si sa epuizeze resursele naturale: industria,
transporturile, energia, agricultura si turismul.
El fixează ţinte de atins în fiecare din ele.
Totodată, sunt stabilite cele sase elemente ale acţiunilor dezvoltării durabile a Uniunii
Europene:
integrarea considerentelor de mediu în celelalte politici;
parteneriat între Uniunea Europeana, sta±ele membre, lumea afacerilor si public si
responsabilităţi împărţite;
lărgirea evantaiului de instrumente ale politicii de mediu: impozite, subvenţii,
acorduri ferme;
schimbarea schemelor de consum si producţie;
punerea în opera si aplicarea legislaţiei europene de către statele membre,
întreprinderi etc.
cooperarea internaţionala în cadrul „Agendei 21” a Naţiunilor Unite si celui de-al
cincilea program de acţiune în domeniul mediului.
Al 5-lea Program de Acţiune pentru Mediu (1993 -2000), este numit şi „Către o dezvoltare
durabilă”( Towards Sustainability) a transformat dezvoltarea durabilă în strategie a politicii de
mediu. Această abordare apare, de altfel, în toate politicile UE odată cu Tratatul de la Amsterdam
(1997), când este promovată ca politică transversală.
În această perspectivă, dezvoltarea durabilă înseamnă:
menţinerea calităţii generale a vieţii;
accesului continuu la rezervele naturale;
evitarea compromiterii pe termen lung a mediului;
înţelegerea dezvoltării durabile ca acea dezvoltare ce răspunde nevoilor prezentului,
fără a afecta capacitatea generaţiilor viitoare de a răspunde propriilor lor nevoi.
Al 6-lea Program de Acţiune pentru Mediu (2001-2010), numit şi „Alegerea noastră,viitorul
nostru” este consecinţa procesului de evaluare globală a rezultatelor PAM 5 (realizată în anul 2000)
şi stabileşte priorităţile de mediu pe parcursul prezentei decade. Au fost identificate astfel 4 arii
prioritare ce definesc direcţiile de acţiune ale politicii de mediu:
1. schimbarea climatică şi încălzirea globală – are ca obiectiv reducerea emisiei de gaze
ce produc efectul de seră cu 8% faţă de nivelul anului 1990 (conform protocolului de la Kyoto), până
în perioada 2008-2012. Au fost stabilite constrângeri severe pentru producătorii industriali
comunitari: amenzi de 50 Euro/t în primul an şi 100 Euro/t în al doilea an;
2. protecţia naturii şi biodiversitatea – are ca obiectiv îndepărtarea ameninţărilor la
adresa speciilor pe cale de dispariţie şi a mediilor lor de viaţă în Europa. Arealele naturale trebuie
protejate prin programul Natura 2000;
3. sănătatea în raport cu mediul – are drept obiectiv asigurarea unui mediu care să nu
aibă un impact semnificativ sau să nu fie riscant pentru sănătatea umană. Prima condiţie este
aplicarea legislaţiei existente combinată cu acţiuni concrete în diferite sectoare individuale;
26
4. conservarea resurselor naturale şi gestionarea deşeurilor – are ca obiectiv creşterea
gradului de reciclare a deşeurilor şi de prevenire a producerii acestora. Prevenirea creşterii volumului
deşeurilor este parte a politicii integrate a produselor (PIP). Se au în vedere şi măsuri pentru
stimularea reciclării, recuperării şi incinerării deşeurilor. Obiectivul principal: reducerea cantităţii de
deşeuri cu 20% în 2010 faţă de nivelul anului 2000 şi cu 50% până în 2050.
Aceste arii prioritare sunt completate de un set de măsuri ce duc la realizarea obiectivelor lor
şi care au în vedere:
aplicarea efectivă şi îmbunătăţirea aplicării legislaţiei comunitare de mediu în SM;
continuarea integrării aspectelor de mediu în toate celelalte politici;
conlucrarea strânsă cu întreprinderile şi consumatorii;
asigurarea accesului general la informaţiile de mediu, în vederea dezvoltării
preocupării pentru protecţia acestuia;
priorităţile de mediu trebuie văzute în contextul extinderii UE;
accentuarea importanţei reducerii poluării urbane şi a utilizării adecvate a terenurilor
(în scopul conservării peisajelor şi a mediilor naturale).
De asemenea, PAM 6 prevede şi dezvoltarea a 7 strategii tematice, ce corespund unor
aspecte importante ale protecţiei mediului, precum: protecţia solului, protecţia şi conservarea
mediului marin, utilizarea pesticidelor în contextul dezvoltării durabile, poluarea aerului, mediul
urban, reciclarea deşeurilor, gestionarea şi utilizarea resurselor în perspectiva dezvoltării durabile.
Abordarea acestor strategii este una graduală, fiind structurată în două faze: prima, de descriere a
stării de fapt şi de identificare a problemelor; a doua, de prezentare a măsurilor propuse pentru
rezolvarea acestor probleme.
1. Calitatea aerului - strategie iniţiată prin programul „Aer curat pentru Europa”
(CAFE, Clean Air for Europe), lansat în martie 2001 şi care are în vedere dezvoltarea unui set de
recomandări strategice şi integrate, în vederea combaterii efectelor negative ale poluării aerului
asupra mediului şi sănătăţii umane.
2. Protecţia solului – primul pas în această direcţie a fost făcut în aprilie 2002, prin
publicarea, de către Comisia Europeană, a unei comunicări cu titlul „Către o strategie tematică pentru
protecţia solului” (Towards a Thematic Strategy for Soil Protection). Problema protecţiei solului este
pentru prima dată tratată independent şi sunt prezentate problemele existente, precum şi funcţiile şi
trăsăturile distinctive ale unei politici de mediu în această direcţie.
3. Utilizarea pesticidelor în contextul dezvoltării durabile – strategie ce demarează în
iunie 2002, prin comunicarea Comisiei : „Către o strategie tematică pentru utilizarea pesticidelor în
contextul dezvoltării durabile” (Towards a Thematic Strategy on the Sustainable Use of Pesticides) -
comunicare prin care sunt stabilite următoarele obiective:
minimizarea riscurilor la adresa sănătăţii şi mediului rezultate din utilizarea
pesticidelor,
îmbunătăţirea controlului asupra utilizării şi distribuţiei pesticidelor,
reducerea nivelului substanţelor dăunătoare active prin înlocuirea lor cu alternative
mai sigure,
încurajarea obţinerii de recolte fără utilizarea pesticidelor,
stabilirea unui sistem transparent de raportare şi monitorizare a progresului, inclusiv
dezvoltarea de indicatori adecvaţi;
4. Protecţia şi conservarea mediului marin (Towards a strategy to protect and conserve
the marine environment): această strategie este iniţiată prin comunicarea omonimă a
Comisiei (octombrie 2002), cu scopul de a promova utilizarea mărilor în contextul
durabilităţii şi conservarea ecosistemelor marine, inclusiv a fundurilor oceanelor,
estuarelor şi zonelor de coastă, acordând o atenţie specială ariilor cu un grad mare de
biodiversitate. Se acordă o atenţie sporită impactului crescut al pescuitului şi
navigaţiei asupra mediului marin.
27
5. Reciclarea şi prevenirea deşeurilor – lansată în mai 2003, această strategie reprezintă
prima tratare separată a aspectelor reciclării şi prevenirii producerii de deşeuri, iar prin comunicarea
aferentă sunt investigate modalităţile de promovare a reciclării produselor (atunci când este cazul) şi
sunt analizate opţiunile cele mai potrivite sub aspectul raportului cost-eficacitate.
6. Mediul urban – această strategie are deja identificate patru teme prioritare în sensul
dezvoltării durabile, prin influenţa lor asupra evoluţiei mediului în spaţiul urban: transportul urban,
gestionarea urbană durabilă, domeniul construcţiilor şi urbanismul/arhitectura urbană; la sfârşitul lui
2003 a fost lansată comunicarea aferentă, iar strategiile de protecţie a mediului au fost definitivate în
vara anului 2005.
7. Utilizarea continuă a resurselor naturale: chestiunea epuizării resurselor naturale a
fost pusă în discuţie şi în cadrul Raportului Clubului de la Roma. Comisia a lansat o dezbatere
politică (Towards a thematic strategy on sustainable use of natural resources, 2003) asupra
problemelor principale privind înţelegerea relaţiei dintre utilizarea resurselor şi impactul lor,
evaluarea impactului propunerilor politice în acest domeniu asupra altor politici şi integrarea
politicilor astfel ca deciziile să fie luate în contextul dezvoltării durabile.
Un aspect inovator al PAM 6 este adoptarea unei „politici integrate a produselor (PIP)” având
ca scop reducerea degradării mediului de către diverse produse pe parcursul ciclului lor de viaţă şi
conducând astfel la dezvoltarea unei pieţe a produselor ecologice. Programul a fost supus unei
evaluări intermediare în 2005, în vederea revizuirii şi actualizării sale conform ultimelor informaţii şi
progrese în domeniu.
Instrumentele de aplicare a politicii de mediu
Se poate vorbi de dezvoltarea a trei tipuri de instrumente: legislative, tehnice şi economico-
financiare.
A. Instrumentele legislative
Creează cadrul legal al politicii comunitare de protecţie a mediului sunt reprezentate de
legislaţia existentă în acest domeniu, adică de cele peste 200 de acte normative (directive,
regulamente şi decizii 3) adoptate începând cu anul 1970 (acestea constituie aşa numitul acquis
comunitar).
3 Regulamentele sunt actele care au caracter obligatoriu de la data intrării lor în vigoare atât pentru statele membre,
cât şi pentru persoanele fizice şi juridice aflate pe teritoriul acestora. Regulamentele se aplică direct pe teritoriul
statelor membre, cărora le este interzis să adopte măsuri de transpunere sau orice alte măsuri care ar putea îngrădi
aplicarea lor directă. Dacă în text nu este precizată data intrării în vigoare, aceasta va fi reprezentată de cea de a 20-a zi
de la publicarea în Jurnalul Oficial al Comunităţilor Europene.
Directivele sunt actele care stabilesc numai obiective obligatorii pentru statele membre, lăsând la latitudinea acestora
modalităţile de atingere a lor. În text este precizată data până la care statele membre trebuie să adopte măsurile de
adaptare la directiva în cauză. Directivele se aplică şi ele direct pe teritoriul statelor membre, dar numai după expirarea
termenului de transpunere.
Deciziile sunt actele cu caracter obligatoriu doar pentru statele membre sau persoanele juridice cărora le sunt adresate.
Unele au caracter individual (având un singur destinatar sau un număr limitat de destinatari), iar altele au caracter
general (sunt obligatorii pentru toate statele membre şi pentru persoanele fizice şi juridice aflate pe teritoriul acestora).
Recomandările, rezoluţiile şi avizele sunt acte fără caracter obligatoriu, jucând rolul de instrumente indirecte pentru
apropierea legislaţiilor şi practicilor naţionale.
28
B. Instrumentele tehnice
Asigură respectarea standardelor de calitate privind mediul ambiant şi utilizarea celor mai
bune tehnologii disponibile. În categoria instrumentelor tehnice pot fi incluse:
Standarde şi limite de emisii (sunt incluse în legislaţia specifică şi au menirea de a
limita nivelul poluării mediului şi de a identifica marii poluatori);
Cele mai bune tehnologii disponibile (BAT, Best Available Technologies) : instituţii
specializate elaborează Ghiduri BAT pentru diverse domenii industriale (energie, metalurgie, chimie
etc.) şi a căror utilizare devine obligatorie;
Denominarea „eco” (eco-etichetarea) : denominarea are rolul evidenţierii produselor
comunitare care îndeplinesc anumite cerinţe de mediu şi criterii „eco” specifice, criterii stabilite şi
revizuite de Comitetul Uniunii Europene pentru Denominare Eco;
Criteriile aplicabile inspecţiilor de mediu în SM (au fost create pentru a asigura
conformitatea cu legislaţia de mediu a UE şi aplicarea uniformă a acesteia. Acest lucru este posibil
prin stabilirea unor criterii minime referitoare la organizarea, desfăşurarea, urmărirea şi popularizarea
rezultatelor inspecţiilor de mediu în toate SM).
C. Instrumente financiare
Principalele instrumente sunt reprezentate de diverse programe.
Programul LIFE a fost lansat în 1992 cu scopul de a co-finanţa proiectele de protecţie a
mediului în ţările UE, precum şi în ţările în curs de aderare. Programul are deja trei faze de
implementare: prima fază: 1992 -1995, cu un buget de 400 mil. Euro; a doua fază: 1996- 1999, cu un
buget de 450 mil. Euro; a treia fază: 2000-2004, cu un buget de 640 mil. Euro.
LIFE este structurat în trei componente tematice: LIFE - Natură, LIFE – Mediu şi LIFE –Ţări
terţe, toate trei urmărind îmbunătăţirea situaţia mediului înconjurător dar fiecare dintre ele având
buget şi priorităţi specifice. Componenta Măsuri însoţitoare funcţionează ca o subcategorie a
acestora şi are rolul de a asista cu materiale, studii şi informaţii implementarea celor trei componente
tematice, precum şi de a finanţa acţiuni de diseminare şi schimb de bune practici. Toate
componentele sunt supuse condiţiei co-finanţării de către statele eligibile, cu excepţia componentei
Măsuri însoţitoare - care beneficiază de finanţare 100% din partea UE.
Proiectele finanţate prin programul LIFE trebuie să îndeplinească un set de criterii ce reflectă
relevanţa şi seriozitatea acestora şi care cer ca proiectele:
să fie de interes comunitar şi să contribuie la realizarea obiectivelor LIFE;
să fie implementate de parteneri serioşi din punct de vedere financiar şi tehnic;
să fie fezabile în termeni de propuneri tehnice, planificarea acţiunilor, buget şi cost-
eficacitate.
Fondul de Coeziune 4
(FC)
Acordurile şi convenţiile sunt înţelegeri în forma scrisă supuse dreptului internaţional dar încheiate fie de către
Comunităţi cu state terţe, fie de către acestea şi statele membre cu state terţe, fie numai între statele membre, în
conformitate cu competenţele stabilite prin tratatele constitutive.
4 Fondurile structurale sunt formate din Fondul European de Orientare şi Garanţie Agricolă (FEOGA a fost în vigoare
pentru perioada 2000-2006, fiind înlocuit de FEADR- Fondul Agricol European pentru Dezvoltare Rurală), componenta
Orientare, Fondul European de Dezvoltare Regională (FEDER), Fondul Social European (FSE), Instrumentul Financiar
29
Înfiinţarea Fondului de Coeziune (continuatorul programului ISPA) a fost hotărâtă prin
Tratatul de la Maastrich, acesta devenind operaţional în anul 1994. FC şi Fondurile structurale
însumează aproximativ 1/3 din bugetul UE. FC are următoarele caracteristici:
Sfera limitată de acţiune, din acest fond urmând a se acorda sprijin financiar numai Statelor
Membre cu un nivel al venitului pe cap de locuitor sub 90% din media comunitară. Aceasta înseamnă
că ajutorul este direcţionat către statele mai puţin prospere luate în întregime (este vorba doar de
Spania, Portugalia, Grecia şi Irlanda);
Sprijinul financiar este limitat la co-finanţarea proiectelor din domeniile protejării
mediului şi dezvoltării reţelelor de transport trans-europene;
Suportul financiar este acordat acelor state care au elaborat programe, prin care se
acceptă condiţiile referitoare la limitele deficitului bugetar, deoarece se are în vedere legătura dintre
acest fond şi obiectivul realizării uniunii economice şi monetare.
Domenii prioritare : protecţia calităţii apei, a solului, prevenirea inundaţiilor, managementul
integrat al deşeurilor.
România beneficiază de fonduri structurale de circa 28-30 miliarde Euro din partea UE în
perioada 2007-2013.
Fondurile Structurale (FS):
Asigură dezvoltarea şi ajustarea structurală a regiunilor nedezvoltate cu un PNB sub 75% din
media comunitară.
Sprijină conversia economică şi socială a regiunilor confruntate cu dificultăţi structurale.
Vor fi finanţate proiecte de eficientizare a serviciilor de apă (contorizare, reducerea
pierderilor în reţea), reducerea volumului de deşeuri (investiţii în dezvoltarea pieţei de reciclare,
pentru separarea deşeurilor la sursă).
Programul SAMTID
În 2001 a fost demarat de către Ministerul Administraţiei şi Internelor “Programul de
Dezvoltare a infrastructurii în oraşele mici şi mijlocii” (SAMTID). Acest program este destinat
îmbunătăţirii stării tehnice a infrastructurii locale şi a calităţii serviciilor de alimentare cu apă şi
canalizare. Valoarea programului este de 96 mil. Euro, iar structura de finanţare este de 50% sub
formă de grant de la UE şi de la bugetul de stat şi 50% reprezentând împrumuturi de la BEI şi BERD.
Programul a fost accesat de 91 de oraşe din 14 judeţe, cu o populaţie totală de 2,5 milioane de
locuitori.
Facilitatea Globală pentru Mediu (GEF)
România a aderat la GEF în 1994, fiind un fond destinat susţinerii financiare pentru protecţia
mediului la nivel global, prin constituirea unui fond special şi alocarea acestuia pentru proiecte
globale care au în vedere păstrarea biodiversităţii, schimbările climatice, poluanţii organici
persistenţi, combaterea deşertificării, protejarea stratului de ozon etc. Proiectele GEF sunt
implementate prin intermediul PNUD (Programul Naţiunilor Unite pentru Dezvoltare), PNUM
(Programul Naţiunilor Unite pentru Mediu) şi Banca Mondială. Proiectele trebuie să îndeplinească
două criterii:
să reflecte priorităţile naţionale sau regionale şi să aibă sprijinul ţării/ţărilor implicate;
să contribuie la ameliorarea situaţiei mediului pe plan global.
În România au fost implementate, până în 2006, 20 proiecte GEF, majoritatea referitoare la
protecţia apelor Mării Negre şi ale Dunării.
Fondul de Mediu (FM)
de Orientare a Pescuitului (IFOP a fost valabil pentru perioada 2000-2006, fiind înlocuit cu Fondul European pentru
Pescuit). Acestora li se adaugă Fondul de Coeziune (FC).
30
În baza Legii 73/200 şi a OUG nr. 86/2003 s-a constituit Fondul de Mediu. Are drept scop un
număr limitat de investiţii de mediu de interes public, acordând prioritate celor incluse în Planul
Naţional de Acţiune pentru Protecţia Mediului.
Încasările din FM provin din colectarea diferitelor taxe suportate de agenţii economici
poluatori, alocaţii de la bugetul de stat, sponsorizări, taxe pentru eliberarea autorizaţiilor de mediu,
rambursarea capitalului şi a dobânzii de către utilizatorii resurselor fondului. Resursele fondului sunt
în mare parte canalizate către proiecte/achiziţionarea de aparatură cu tehnologie nepoluantă şi
proiecte de gestiune a deşeurilor (inclusiv a celor periculoase). Categoriile de proiecte eligibile sunt
stabilite printr-un plan anual de către comitetul director al Fondului.
Iniţiativa comunitară INTERREG III
Interreg III a fost cea mai importantă iniţiativă comunitară, stabilită în cadrul Fondului
European de Dezvoltare Regională, pentru perioada 2000-2006. Obiectivul acestei noi faze a Interreg
este consolidarea coeziunii economice şi sociale în cadrul promovării cooperării transfrontaliere,
transnaţionale şi interregionale şi a unei dezvoltări echilibrate pe teritoriul european. Acţiunile ce
privesc relaţia dintre graniţe, zonele de graniţă dintre statele membre şi statele non-membre UE
reprezintă punctul central al acestei iniţiative.
Interreg III se implementează prin intermediul a trei sub-programe:
• Partea A: cooperarea transfrontalieră ce promovează dezvoltarea integrată la nivel regional
dintre regiunile de graniţă învecinate, incluzând graniţele externe şi anumite graniţe maritime;
obiectivul este dezvoltarea economică şi socială a cooperării transfrontaliere prin strategii comune şi
programe de dezvoltare;
• Partea B: cooperarea transnaţională îşi propune să promoveze un nivel înalt de integrare
între grupuri de regiuni europene, cu scopul de a obţine o dezvoltare solidă, armonioasă şi
proporţionată în UE, o integrare teritorială la nivel înalt, incluzând aici şi statele candidate sau
învecinate;
• Partea C: cooperare interregională în teritoriul Uniunii (şi statele învecinate), pentru a
îmbunătăţi coeziunea şi dezvoltarea regională.
Bugetul total a fost de 4.875 milioane euro pentru perioada 2000-2006.
Cooperarea în materie de probleme ecologice mondiale
Uniunea Europeana cooperează cu alte tari prin intermediul organismelor ONU, OECDE si
cu alte organisme internaţionale pentru a promova soluţii mondiale la problemele ecologice globale:
schimbările climatice, sărăcirea stratului de ozon, pădurile tropicale, biodiversitatea.
Această cooperare dă naştere adesea la o convenţie mondială sau regională care poate
constitui un cadru solid pentru acţiunile Uniunii Europene şi ale ţărilor care participă la convenţii
protejând habitatele în pericol, mările si râurile, controlează schimbul internaţional de deşeuri şi
produse chimice periculoase.
Introducerea politicii de mediu in învăţământ şi formare
Mediul este din ce în ce mai mult integrat în învăţământ la toate nivelele, devenind un
element component al formarii profesionale. El face parte din programul de studiu de baza în marea
majoritate a statelor membre.
Au proliferat ajutoarele pedagogice sub forma de cărţi, manuale, broşuri, material audiovizual
asupra mediului. Comisia Europeana finanţează proiecte de formare pentru profesorii din
învăţământul elementar si secundar precum si pentru cursuri tehnice si agricole.
De asemenea, a fost publicat un „Ghid european de studii asupra cursurilor de mediu din
universitate”. În noua state membre ale Uniunii Europene poate fi obţinut un masterat european în
„Gestiunea mediului”.
31
Progrese şi perspective realizate în materie de politică de mediu.
Uniunea Europeană a dobândit treptat statutul de prim autor în materie de politică a mediului,
la nivel naţional, regional, cât şi în relaţiile internaţionale.
Au fost adoptate măsuri în toate domeniile interesând mediul.
Circa 70% din angajamentele făcute la scară europeană sunt realizate.
Progresele se văd mult mai greu în Statele Membre. Uniunea Europeana s-a orientat către
dezvoltarea durabilă, drumul este însă lung şi dificil.
Politica în domeniul mediului nu are şanse fără sprijinul sincer al întregii populaţii.
Experienţa îndreptăţeşte ideea că politica în domeniul mediului se va lovi şi în viitor cu conflictul de
interese dintre ecologie şi unele sectoare economice.
Perspectiva este cea a unui optimism prudent şi moderat .
Aspecte problematice, tendinţe şi provocări
Politica de mediu, fiind una dintre cele mai complexe politici comunitare, în special datorită
caracterului său trans-sectorial şi al interferenţei directe cu creşterea economică, se confruntă cu un
set de probleme specifice.
Adesea, ele decurg din încercarea de a balansa interesele economice cu cele de mediu şi de a
le transforma din interese contradictorii în interese complementare.
Se creează astfel situaţii în care apar false probleme dar care sunt de fapt efecte benefice ale
politicii comunitare de mediu.
Un astfel de exemplu este dat chiar de relaţia creştere economică – reducerea calităţii
factorilor de mediu / reducerea resurselor naturale şi care creează tensiuni şi rezistenţă în aplicarea
sau adoptarea măsurilor de protecţie a mediului. Acest lucru se întâmplă tocmai din teama de a
sprijini mediul, cu costul regresului economic şi al creării de crize sociale – având în vedere
caracterul maximal al producţiei de consum.
Acesta pare a fi un cerc vicios însă soluţia este o schimbare de perspectivă: acele măsuri care
restricţionează dezvoltarea industriei din considerente de mediu, stimulează în acelaşi timp
dezvoltarea de mecanisme şi sisteme ce fac posibilă coabitarea celor două – cum ar fi tehnologiile
avansate şi nepoluante, surse alternative de energie verde (energia solară, energia eoliană), care duc
la dezvoltarea unei pieţe specializate şi implicit, dezvoltarea economică.
O altă falsă problemă este conectată cu cea anterioară şi se referă la procesul de extindere al
Uniunii Europene şi la costul ridicat al acesteia atunci când sunt implicate aspecte de mediu.
Aceasta deoarece, aşa cum se arată în documentele Comisiei, protecţia mediului în ţările
Europei Centrale şi de Est este foarte puţin dezvoltată comparativ cu extinderile anterioare, iar costul
de aliniere la standardele comunitare se arată a fi foarte ridicat.
Ceea ce nu este la fel de evident însă sunt avantajele care decurg de aici, atât în termeni de
mediu cât şi în termeni economici.
Astfel, în termeni de mediu trebuie menţionat că ridicarea standardelor de protecţie a
mediului în aceste ţări nu poate avea decât efecte benefice pe plan european şi global şi va duce la
îmbunătăţirea situaţiei generale a mediului, cu efecte vizibile pe termen lung.
Din punct de vedere economic, tocmai alinierea industriilor acestor ţări la standardele
comunitare de mediu presupune retehnologizarea masivă a fabricilor şi uzinelor şi contribuie la
dezvoltarea pieţei de producţie comunitare pentru astfel de tehnologii şi echipamente – de aici
sprijinirea creşterii economice la nivel comunitar 6 .
Acestea sunt însă probleme generale şi de perspectivă. Alături de ele există probleme
concrete, specifice adoptării sau implementării anumitor măsuri comunitare de protecţie a mediului,
6 Wim KOK - „Enlarging the European Union: Achievements and Challenges ?”, Robert Schuman Cenrte for Advanced
Studies, European University Institute: Florence
32
dar care sunt totuşi subordonate problemelor amintite anterior. Un astfel de exemplu este reprezentat
de Directiva de evaluare a impactului proiectelor publice şi private asupra mediului (85/337/EEC)7,
adoptată în 1985 şi amendată în 1997, al cărei raport de evaluare (realizat o dată la 5 ani) a fost
publicat recent.
Conform acestui raport, SM au eşuat în implementarea acestei directive şi au fost identificate
măsuri de evitare a acestei evaluări de către anumite proiecte (cum ar fi structurarea unui proiect
major în câteva proiecte mici).
Evident, această situaţie este rezultatul lipsei unei ponderări eficiente a efectelor economice
pe termen scurt cu efectele de mediu – şi chiar economice, cum am arătat anterior – pe termen lung.
Un aspect problematic este reprezentat de strategia de utilizare a acordurilor voluntare de
mediu la nivel comunitar, acorduri care - aşa cum argumentează numeroase organizaţii
nonguvernamentale europene - nu dispun de suficiente dovezi pentru a îşi argumenta eficienţa, nu au
la bază un proces obiectiv de evaluare (ci numai de auto-evaluare) şi prezintă un risc ridicat de a nu fi
respectate. De aici rezultă că problema în sine nu este reprezentată de acordurile ca atare, ci de
tendinţa de a promova strategia voluntariatului în realizarea obiectivelor comunitare de mediu, în
locul tendinţei anterioare de comandă şi control.
2.2. POLITICA DE MEDIU ÎN ROMÂNIA
Scurt istoric
În România, protecţia mediului a apărut ca un domeniu de sine stătător al politicilor naţionale
în anul 1990, când a fost înfiinţat pentru prima dată fostul Minister al Mediului; în 1992 a fost
elaborat primul document oficial ce stabileşte obiectivele naţionale în domeniu – „Strategia
Naţională de Protecţia Mediului”, reactualizată în 1996 şi în 2002.
Strategia este structurată în două părţi:(1) o trecere în revistă a principalelor resurse naturale,
elemente privind starea economică şi calitatea factorilor de mediu, şi (2) strategia propriu-zisă, adică
principiile generale de protecţie a mediului, priorităţile, obiectivele pe termen scurt, mediu şi lung.
Încă din 1996 se poate observa o adecvare a strategiei naţionale cu cea comunitară în ceea ce
priveşte principiile, priorităţile şi obiectivele .
Astfel, principiile urmărite sunt:
conservarea şi îmbunătăţirea condiţiilor de sănătate a oamenilor;
dezvoltarea durabilă;
prevenirea poluării;
conservarea biodiversităţii;
conservarea moştenirii culturale şi istorice,
principiul „poluatorul plăteşte”;
stimularea activităţii de redresare a mediului (prin acordarea de subvenţii, credite cu
dobândă mică, etc.).
În ceea ce priveşte priorităţile identificate, acestea reflectă nu numai nevoile naţionale, dar şi
tendinţele şi iniţiativele existente pe plan global, ele fiind:
menţinerea şi îmbunătăţirea sănătăţii populaţiei şi calităţii vieţii;
7 Sistemul de evaluare a impactului proiectelor publice şi private asupra mediului (Directiva 85/337 EEC) are ca obiectiv
sprijinirea integrării mediului în pregătirea şi adoptarea planurilor şi programelor cu impact semnificativ asupra
acestuia, prin supunerea lor unei evaluari specifice. Este vorba de introducerea unui sistem de evaluare anterioară a
impactului asupra mediului, încă din etapa de planificare, şi obligatorie pentru proiectele şi programele din domeniile
planificării teritoriale, utilizării terenului, transportului, energiei, gestionării deşeurilor, gestionării apei, industriei,
telecomunicaţiilor, agriculturii, silviculturii, pescuitului şi turismului.
33
Scopul acestui capitol este de a realiza o trecere în revistă a politicii de mediu în România şi
nu o analiză a acesteia.
Pentru detalii în această direcţie recomandăm studiile de impact realizate de Institutul
European din România în anul 2002 (pentru mediu, există 1 studiu original şi 7 studii ad-hoc).
Documentul a fost elaborat cu ajutorul Băncii Mondiale si urmăreşte:
menţinerea şi îmbunătăţirea potenţialului existent al naturii;
apărarea împotriva calamităţilor şi accidentelor naturale;
raportul maxim cost-beneficiu;
respectarea programelor şi convenţiilor internaţionale privind protecţia mediului.
Referitor la obiectivele stabilite, acestea sunt împărţite în obiective pe termen scurt (până în
anul 2000), mediu (până în anul 2005) şi lung (până în anul 2020).
Strategiile din 1992 şi 1996 sunt documentele pe baza cărora a fost structurată politica
naţională de mediu până în anul 1999, când a fost adoptat Programul Naţional de Aderare la UE.
Începând cu anul 1999 şi continuând anual, până în 2003, strategia naţională de mediu este
completată de o serie de documente adiţionale, cum ar fi –– „Raportul privind starea mediului în
România”, care corespunde primei părţi a „Strategiei de Protecţia Mediului” şi o completează, printr-
o analiză detaliată a calităţii principalilor factori de mediu: calitatea atmosferei, calitatea
precipitaţiilor atmosferice, starea apelor de suprafaţă şi subterane, starea solurilor, starea pădurilor,
gestionarea deşeurilor, situaţia poluării sonore, etc.
Strategiei Naţionale de Protecţia Mediului i se adaugă, în anul 2002, „Strategia Naţională de
Gestionare a Deşeurilor”, ce răspunde unei nevoi presante în acest domeniu şi care a fost pentru
prima dată adresată în anul 2000; acest lucru s-a făcut prin transpunerea Directivei
Cadru privind deşeurile – no. 75/442/EEC, preluată în legislaţia legislaţia română prin
Ordonanţa de Urgenţă a Guvernului nr. 78/2000, aprobată şi completată în 2001 prin Legea
426/2001. Etapele de dezvoltare a strategiei constau în: analiza situaţiei existente, identificarea
problemelor, stabilirea obiectivelor strategice, evaluarea opţiunilor de atingere a obiectivelor şi
elaborarea unui „Plan Naţional de Gestionare a Deşeurilor”. Acest plan, elaborat de un grup de lucru
format din reprezentanţi ai industriei, ministerelor implicate, ONG-urilor şi ICIM , cuprinde două
părţi distincte:
acţiuni cu caracter general: identifică tipurile de acţiuni necesare implementării
strategiei, precum şi entităţile responsabile, termenele de realizare, costurile estimate şi posibilele
surse de finanţare;
proiecte cu caracter concret: se adresează unor obiective la nivel local, propuse din
teritoriu.
Planul se ajustează în funcţie de propunerile incluse în planurile regionale, locale şi sectoriale
şi propune măsuri pentru următoarele tipuri de deşeuri: deşeuri municipale, deşeuri de producţie,
deşeuri periculoase şi deşeuri reglementate prin acte legislative specifice.
În prezent, Planul se află în proces de reactualizare, un proiect fiind deja transmis spre
consultare factorilor implicaţi (ministere, asociaţii patronale şi profesionale, reprezentanţi ai
societăţii civile – ONG-uri)
Negocieri de aderare
Odată cu anul 2000 şi cu începerea negocierilor de aderare, politica de mediu se dezvoltă
conform strategiei elaborate de Comisia Europeană pentru ţările candidate în cadrul Agendei 2000.
Astfel, pentru a alinia politicile naţionale de mediu la standardele şi obiectivele politicii
comunitare, ţările candidate trebuie să identifice arii prioritare de acţiune, să stabilească obiective
cheie ce trebuie realizate până la data aderării şi să stabilească termene de adoptare, transpunere şi
implementare a acquis-ului de mediu. Priorităţile identificate de către Comisie pentru ţările candidate
se referă la poluarea aerului, poluarea apei şi gestionarea deşeurilor.
34
În anul 2002 au fost deschise negocierile de aderare pentru Capitolul 22- Protecţia Mediului.
Tot în anul 2002, Comisia Europeană a elaborat un document special pentru a ajuta România şi
Bulgaria în eforturile lor de aderare la UE în 2007 şi pentru a suplimenta asistenţa financiară
acordată – respectiv „Foaia de parcurs pentru România şi Bulgaria”. Foia de parcurs pentru România
era centrată pe aspectele administrative şi juridice, pe reforma economică şi pe adoptarea unor
capitole ale acquis-ului comunitar ce au la bază „Raportul anual asupra progreselor înregistrate de
România pentru aderarea la Uniunea Europeană - 2002 ”
Aspectele de mediu menţionate în Foaia de parcurs aveau în vedere dezvoltarea capacităţilor
de implementare a legislaţiei de mediu adoptate, precum şi coordonarea inter-ministerială în
problemele de mediu, în scopul promovării dezvoltării durabile şi transformării politicii de mediu în
politică transversală. În acest sens, se subliniau obiective pe termen mediu şi lung. Astfel, pe termen
scurt, principala problemă identificată a fost:
realizarea unui evaluări generale pentru identificarea nevoilor existente;
Baza legislativă a politicii de mediu în România o constituie, în principal, implementarea
acquis-ului de mediu, adică a legislaţiei orizontale şi sectoriale care reglementează politica de mediu
a Uniunii Europene. Acquis-ul sectorial de mediu este structurat pe următoarele domenii:calitatea
aerului, gestionarea deşeurilor, calitatea apei, protecţia naturii, controlul poluării industriale şi
managementul riscului, substanţe chimice şi organisme modificate genetic, poluarea sonoră, protecţia
civilă şi siguranţa nucleară. Un aspect particular al transpunerii legislaţiei sectoriale îl reprezintă
solicitarea, de către România, a 11 perioade de tranziţie, cu durate între 3 şi 15 ani şi necesare ca
urmare a evaluării costurilor ridicate pe care le presupune, după cum urmează:
o perioadă de tranziţie în domeniul calităţii aerului,
referitoare la gestionarea deşeurilor,
privind calitatea apei
în domeniul poluării industriale şi al managementului riscului.
Directivele respective au fost transpuse în legislaţia românească în anii 2002 şi 2003.
Cadrul instituţional
Principalii actori instituţionali ai politicii de mediu din România sunt Ministerul Agriculturii,
Pădurilor, Apelor şi Mediului (MAPAM), Ministerul Integrării Europene (MIE) şi Parlamentul
României. MAPAM este direct responsabil pentru iniţierea strategiilor naţionale de mediu şi crearea
cadrului de implementare a acestora, fiind constituit din 3 direcţii generale:
Direcţia „Agricultură şi Păduri”,
Direcţia „Ape”
Direcţia „Mediu”.
Dintre acestea numai ultimele două fiind de interes major pentru politica naţională de mediu.
În subordinea acestor direcţii de află Inspectoratele de Protecţia Mediului (IPM), unităţi
locale (la nivel de judeţ) ce semnalează nevoile locale, facilitează şi monitorizează implementarea
politicii la acest nivel.
Tot în subordinea MAPAM se află şi Administraţia Rezervaţiei Biosferei Deltei Dunării
(ARBDD) şi Comisia Naţională pentru Controlul Activităţilor Nucleare ( CNCAN) care au, de
asemenea, rol de sprijin în dezvoltarea politicii de mediu.
Coordonate de MAPAM şi furnizând o serie de date şi analize necesare adoptării de noi
măsuri, sunt patru institute de cercetare:
Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare pentru Protecţia Mediului (INCDM -
ICIM),
Institutul Naţional pentru Cercetare şi Dezvoltare Marină (INCDM),
Institutul Naţional de Cercetare - Dezvoltare “Delta Dunării” (INCDD),
Institutul Naţional de Meteorologie şi Hidrologie (INMH).
35
Un rol important în direcţionarea procesului legislativ îl are MIE, prin responsabilitatea care
îi revine în cadrul procesului de negociere şi care se manifestă prin funcţionarea Sub-comitetului de
Asociere România – UE Nr. 6 „Transporturi, Reţele Trans - Europene, Energie şi Mediu”, ce
analizează şi evaluează progresele înregistrate.
Alte ministere implicate în politica de mediu sunt Ministerul Transporturilor, Lucrărilor
Publice şi Locuinţei şi Ministerul Economiei şi Comerţului, care sprijină procesul de consultare al
părţilor interesate pentru adoptarea de noi măsuri legislative.
Propunerile legislative astfel iniţiate trebuie să fie aprobare în Parlament, unde fac obiectul
dezbaterii în cadrul diverselor comisii de specialitate.
Programe de sprijin a politicii naţionale de mediu
Strategiile de dezvoltare a politicii naţionale de mediu sunt conturate în funcţie de priorităţile
aderării la UE şi de necesităţile naţionale, coroborate cu priorităţile naţionale.
Astfel, se poate vorbi despre extensii ale programelor comunitare dar şi de iniţiative naţionale
şi iniţiative conforme strategiilor internaţionale de protecţia mediului. Iniţiativele comunitare active
în domeniul politicii naţionale de mediu sunt reprezentate de instrumentele de pre-aderare Phare,
ISPA, şi LIFE
Prin cele două componente ale sale, dezvoltarea instituţională şi sprijinirea investiţiilor,
programul Phare (creat in 1989) constituie principalul instrument de asistenţă tehnică şi financiară
pentru ţările în curs de aderare şi contribuie la implementarea acquis-ului comunitar şi la mobilizarea
investiţiilor în domeniul mediului (alături de alte domenii).
În România, Programul Phare este activ din 1998, având trei componente active în direcţia
protecţiei mediului – Phare „Naţional”, Phare „Cooperare trans-frontalieră” şi Phare „Coeziune
economică şi socială”. Obiectivele naţionale pentru fiecare an de funcţionare progresează de la
pregătirea adoptării acquis-ului comunitar la aspecte practice de implementare, astfel:
PHARE 1998 - întărirea capacităţii instituţionale şi administrative în vederea dezvoltării în
România a unei politici de mediu capabile să aplice acquis-ul comunitar, prin proiecte ce privesc:
acordarea de asistenţă tehnică pentru întărirea capacităţii instituţionale şi
administrative în vederea dezvoltării unei politici de mediu capabile să aplice acquis-ul de mediu ;
întărirea capacităţii autorităţilor de protecţie a mediului în vederea implementării
legislaţiei şi a strategiilor din domeniul apelor ;
întărirea capacităţii instituţionale şi administrative de gestionare a politicii de mediu
în conformitate cu acquis-ul comunitar;
PHARE 2000 – implementarea acquis-ului de mediu, prin:
asistenţă tehnică pentru asigurarea conformităţii cu directiva de evaluare a impactului
de mediu;
elaborarea unei strategii de aproximare legislativă pentru mediu cu referire specială la
mecanismele financiare;
asistenţă tehnică pentru întărirea IPM - urilor locale şi dezvoltarea IPM- urilor
regionale;
La acestea se poate adăuga şi programul SAPARD, care acordă atenţie specială aspectelor de
protecţia mediului.
proiect pilot pentru monitorizarea calităţii aerului în Bucureşti;
PHARE 2001–asistenţă tehnică pentru implementarea politicilor de mediu în România, prin:
asistenţă în transpunerea şi implementarea acquis-lui de mediu în domeniul gestionării
deşeurilor;
implementarea Directivei cadru a apei la nivel de bazine pilot;
evaluarea costurilor de mediu şi planuri de investiţii;
36
asistenţă pentru implementarea Directivei IPPC, privind prevenirea şi controlul
integrat al poluării;
asistenţă pentru implementarea proiectului ca atare;
PHARE 2002 - asistenţă tehnică pentru transpunerea şi implementarea acquis-ului de mediu
în domeniul chimicalelor, controlului poluării industriale şi managementului riscului, aerului şi apei;
asistenţă în domeniul chimicalelor pentru îmbunătăţirea cadrului legal şi a aplicării
lui;
asistenţă în implementarea Directivelor VOC (privind emisiile de compuşi organici
volatili), LCP (centrale mari de ardere) şi SEVESO II (privind accidentele industriale şi prevenirea
riscului);
îmbunătăţirea Reţelei Naţionale de Monitorizare a Calităţii Aerului;
stabilirea unui sistem informatic şi a unei baze de date pentru managementul apei, în
acord cu cerinţele Directivei cadru pentru apă.
Programul ISPA
ISPA este un instrument structural de pre-aderare, creat în 1999 şi funcţional din 2000,
premergător Fondului de Coeziune şi concentrându-se pe finanţarea proiectelor de infrastructură în
domeniile mediului şi transportului.
Pentru proiectele de mediu, ISPA are două direcţii de acţiune (din cele trei existente):
(1) familiarizarea cu politicile şi procedurile UE,
(2) alinierea la standardele de mediu comunitare.
În România, infrastructura de mediu constituie o prioritate a politicii naţionale în domeniu, în
special în ceea ce priveşte infrastructura apelor şi gestionarea deşeurilor (precum şi poluarea aerului).
Astfel, priorităţile naţionale de mediu ale programului ISPA sunt:
alimentarea cu apă, canalizarea şi epurarea apelor uzate;
gestionarea deşeurilor urbane - în special prin depozitarea pe rampe ecologice,
sisteme de colectare selectivă şi prin reciclarea deşeurilor;
îmbunătăţirea calităţii aerului, prin folosirea de tehnologii ecologice de încălzire a
locuinţelor urbane.
Proiectele finanţate prin acest program nu trebuie numai să răspundă acestor priorităţi, dar şi
să aibă capacitate de cofinanţare de cel puţin 20%, să atragă fondurile locale şi să demonstreze
contribuţia la îmbunătăţirea calităţii factorilor de mediu în România.
Programul LIFE
Cele două componente ale programului LIFE pentru ţările candidate, LIFE – Mediu şi LIFE-
Natura, sunt funcţionale în România din 1999 şi finanţează proiecte ce tratează probleme specifice,
locale de îmbunătăţire, protecţie sau conservare a calităţii mediului (LIFE Mediu) şi a biodiversităţii
(LIFE Natura).
Dacă proiectele din cadrul componentei „Natura” vizează protecţia diferitelor ecosisteme şi
specii de plante şi animale, în cadrul componentei de mediu au fost desfăşurate proiecte inovatoare
privind: sistemul de avertizarea în cadrul fenomenelor periculoase, dezvoltarea unor sisteme
operative pentru studiul, monitorizarea şi prognozarea impactului poluării, sensibilizarea populaţiei
în precolectarea selectivă a deşeurilor menajere, etc.
Acest tip de proiecte vine în sprijinul măsurilor de infrastructură ale programului ISPA şi duc
la realizarea obiectivelor naţionale de mediu.,Agenda 21.
„Agenda 21” este o strategie globală de acţiune a Organizaţiei Naţiunilor Unite (ONU),
adoptată în 1992 pentru diminuarea efectelor impactului uman asupra mediului şi pentru
implementarea principiilor dezvoltării durabile la nivel local şi semnată de 178 de state, între care şi
România. „Agenda 21” se axează pe participarea comunităţilor locale şi oferă o modalitate de
37
integrare a problemelor sociale, economice, culturale şi de protecţie a mediului, accentuând în acelaşi
timp rolul educaţiei în dezvoltarea unei atitudini pozitive faţă de mediu şi în utilizarea responsabilă a
resurselor naturale.
În România, această strategie locală a fost implementată în 9 oraşe pilot (Ploieşti, Galaţi,
Târgu Mureş, Baia Mare, Iaşi, Râmnicu Vâlcea, Giurgiu, Oradea şi Miercurea Ciuc), la nivelul
cărora s-au înfiinţat: (a) secretariate permanente în cadrul primăriilor şi (b) grupuri de lucru pe
domeniile economic, social şi protecţia mediului.
Strategia a fost extinsă la 40 de localităţi în 2002, în urma desfăşurării
Forumului Naţional “Dezvoltarea durabilă a comunităţilor locale, calea către integrare în
Uniunea Europeană”.
Caracterul internaţional al politicii naţionale de mediu este reflectat şi de aderarea României
la Facilitatea Globală pentru Mediu , în 1994. Această facilitate este de fapt un instrument adoptat în
1991 (şi restructurat în 1992, în urma Summit-ului de la Rio) pentru a susţine financiar protecţia
mediului la nivel global, prin constituirea unui fond special şi alocarea acestuia pentru proiecte
globale ce au în vedere păstrarea biodiversităţii, schimbările climatice, poluanţii organici persistenţi,
combaterea deşertificării, protejarea apelor internaţionale şi a stratului de ozon.
Proiectele GEF sunt implementate prin intermediul PNUD (Programul Naţiunilor Unite
pentru Dezvoltare), PNUM (Programul Naţiunilor Unite pentru Mediu) şi Banca Mondială, sunt
derulate de organizaţii publice sau private şi trebuie să îndeplinească două criterii:
(1) să reflecte priorităţile naţionale sau regionale şi să aibă sprijinul ţării/ţărilor implicate,
(2) să contribuie la ameliorarea situaţiei mediului pe plan global. România a implementat
până în prezent 20 de proiecte GEF, 8 proiecte de ţară şi 12 proiecte regionale, majoritatea referitoare
la protecţia apelor Mării Negre şi ale Dunării.
Programul „România curată”8
Acest program a fost lansat în aprilie 2002 de Guvernul României şi subliniază eforturile
depuse pentru ameliorarea situaţiei mediului şi integrarea în plan naţional a principiilor politicii
comunitare de mediu. Important de menţionat este că programul „România curată” reprezintă o
strategie şi o iniţiativă naţională, care îşi propune nu numai asigurarea protecţiei mediului şi
conservarea resurselor naturale, ci şi „creşterea nivelului de educaţie şi conştientizare a populaţiei
privind realizarea acestor obiective”.
Ca atare, obiectivele sale sunt:
asigurarea protecţiei şi conservării mediului natural şi a mediului construit în
concordanţă cu cerinţele dezvoltării durabile;
asigurarea unui management integrat al deşeurilor;
creşterea nivelului de educaţie şi conştientizare a populaţiei în spiritul protecţiei
mediului.
Caracterul reformator al acestei strategii nu este dat numai de accentul pe educaţia şi
responsabilizarea populaţiei, ci şi de faptul că ea se va desfăşura prin promovarea parteneriatului
public-privat şi prin colaborarea cu autorităţile locale şi cu societatea civilă.
Mai exact, partenerii avuţi în vedere sunt: ministerele, asociaţiile patronale, asociaţiile
naţionale cu activităţi de mediu, institute de învăţământ superior, organizaţii non-guvernamentale de
mediu, organizaţii de copii şi tineret etc. Astfel, România răspunde criticii aduse de UE referitoare la
consultarea şi implicarea părţilor interesate în elaborarea şi implementarea politicilor de mediu şi
8 “România curată – Program concret pentru sănătatea mediului”, Bucureşti: aprilie 2002
38
creează o strategie de promovare a transversalităţii protecţiei mediului în sectoarele cele mai
importante ale vieţii economice, sociale şi culturale.
39
CAPITOLUL 3. RESURSE ENERGETICE EPUIZABILE ŞI
REGENERABILE
3.1. ENERGIA ÎNTR-O LUME ÎN SCHIMBARE
În lumea de astăzi omenirea este confruntată cu o triadă de probleme deosebit de serioase:
creşterea economică;
consumul de energie şi de resurse;
conservarea mediului ambiant.
Originea acestor probleme a fost faptul că, după revoluţia industrială, evoluţia către
amplificarea resurselor şi energiei a condus la :
producţia de mare amploare;
consumul de mare amploare;
eliminarea de deşeuri de mare amploare .
Ignorarea în continuare a acestor caracteristici ale civilizaţiei contemporane poate conduce la
degradarea ireversibilă a umanităţii pe parcursul câtorva secole.
Pentru găsirea unei soluţii este important ca scara de preocupare să fie internaţională.
Amploarea problemelor energetice ale lumii de astăzi şi evoluţia acestora în perspectiva anului 2020,
au fost evaluate de Consiliul Mondial al Energiei. Astfel, în contextul creşterii populaţiei globului de
la 7 miliarde de oameni în prezent(în noiembrie 2011 a fost născut locuitorul Terrei cu numărul 7
mld. ) la circa 8 miliarde în anul 2020 şi al unei dezvoltări economice globale cu un ritm anual de
creştere de 1,6-2,4%, cererea de energie va înregistra o creştere globală cu 65-95% până în anul 2020
caracterizată prin următoarele date:
consumul zilnic de petrol din anul 2020 va ajunge la circa 90 milioane barili (l baril =
0,136 t), crescând cu circa 27 milioane barili/zi (producţia OPEC în prezent);
extracţia de cărbune se va dubla, atingând circa 7 mld.tone/an;
cererea anuală de gaze naturale va fi de peste 2 ori mai mare ca în prezent, ajungând
la cca. 4000 mld. m3;
90% din creşterea capacităţii de generare a energiei va avea loc în ţările în curs de
dezvoltare, în special din Asia şi America Latină;
ţările în curs de dezvoltare care consumă azi 30% din energia totală a lumii vor
consuma 50% în anul 2020 şi vor produce până în acelaşi an mai mult CO2 prin arderea
combustibilului fosil, decât a produs întreaga lume industrializată în 1990;
în anul 2020 circa 73% din rezervele de petrol ale lumii şi 72% din rezervele de gaze
naturale vor fi probabil concentrate în numai două zone majore: Orientul Mijlociu şi Confederaţia
Statelor Independente (fosta URSS).
În acest context situaţia generală a energiei în lume este de creştere a cererii, în special în
Asia şi America Latină, asociată cu producţii corespunzătoare.
Asigurarea cu combustibili fosili a fost abundentă şi relativ ieftină până la sfârşitul secolului
XX. Astfel, petrolul costa în 1995 numai 30% din costul din anul 1980. În anul 2000 avut loc o nouă
escaladare a preţului petrolului, noua criză petrolieră conducând la noi perturbări majore socio-
economice. Prin urmare, scena aparent stabilă a asigurării cu combustibil ascunde o instabilitate de
un potenţial considerabil, piaţa petrolului fiind fragilă datorită factorilor politici şi acţiunilor militare,
aşa cum criza petrolieră din toamna anului 2000 precum şi cea din vara anului 2006 au demonstrat.
Rezervele de combustibili fosili (apreciate la cca. 40 de ani pentru petrol, 70 de ani pentru
gaze naturale şi cca. 250 de ani pentru cărbune) dau impresia de abundenţă.
40
Planificarea sistemelor energetice pentru secolul al XXI-lea va necesita, într-o proporţie mai
mare decât astăzi, resurse nefosile de energie (regenerabile şi nucleare), complementare
combustibililor fosili.
Rezervele de uraniu sunt considerate ca abundente. Rezervele totale de energie regenerabilă,
exclusiv hidroenergia şi biomasa, reprezintă circa 20% din consumul mondial actual de energie.
Progresul foarte lent al dezvoltării şi instalării, în special al energiei solare şi eoliene din ţările în curs
de dezvoltare, se datorează costurilor ridicate şi lipsei ajutorului guvernelor respective.
Se cunoaşte faptul că sistemele energetice se pot schimba lent, proiectele energetice având, de
regulă, termene lungi de realizare. În această situaţie, acţiunea de schimbare - în special pentru
dezvoltarea şi instalarea unor forme de energie regenerabilă (solară, biomasă, eoliană, etc.), cât şi
pentru revitalizarea dezvoltării în domeniul nuclear, prin care să se asigure complementaritate faţă de
utilizarea energiei fosile, prevăzută a creşte masiv în viitor - trebuie să înceapă acum.
Congresul Mondial al Energiei ţinut la Tokio în 1995 a sesizat că omenirea este înclinată să
menţină predominantă utilizarea combustibililor fosili pentru multe decenii ce vor urma şi nu este
entuziasmată de o dezvoltare nucleară imediată. Cu excepţia progresului înregistrat în Asia, se
consideră improbabil ca sectorul nuclear să crească semnificativ până când tehnologia nu dovedeşte
că întregul ciclu al combustibilului, inclusiv tratarea deşeurilor nucleare, este inofensiv şi acceptat
public, şi preferinţa nu se întoarce către o industrie care încă este marcată de sindromul Cernobîl.
Consumul anual mondial de energie primară, în anul 2020, defalcat pe grupări mari de state,
este prezentat în fig.1.1. Se remarcă faptul că doar în zonele OECD, ex-URSS şi CEE este stăpânită
creşterea de energie primară, cu maximum 20-25% în 30 de ani. Lumea a treia este marcată de o
creştere importantă a consumului, pentru a face faţă exploziei populaţiei şi eforturilor de ieşire din
starea prezentă de sărăcie.
Consumul de energie din figura 3.1. este exprimat în Gtep (giga tone echivalent petrol).
În privinţa structurii consumului global de energie primară combustibilii fosili vor acoperi
circa % până în anul 2020 şi probabil şi după. Cel de-al 4-lea sfert, defalcat pe felii se compune din:
hidro (6%), nuclear (5%), combustibili „tradiţionali şi necomerciali” în lumea a treia (bălegar şi
vreascuri) (10%), reînnoibile şi „noi” (2%). Energia nucleară va avea o contribuţie crescătoare la
acoperirea consumului mondial de energie electrică, condiţionat de atenuarea sindromului de
respingere manifestat de opinia publică, în ciuda efectului ecologic benefic pe care îl are această
energie, prin reducerea emisiilor de gaze producătoare ale efectului de seră.
Fig. 3.1. Consumul anual mondial de energie primară
Consumul anual de energie pe locuitor prezintă discrepanţe importante atât de la o ţară sau
regiune la alta, dar şi faţă de media mondială (1,66 tep/loc. în 1990). Astfel, un locuitor din SUA sau
Canada utilizează, în medie, de 20 de ori mai multă energie decât cel din Asia de sud-est şi de
aproape 5 ori mai multă decât media mondială.
41
Consumul de energie până în anul 2020 va fi determinat de trei factori principali:
a. un spor total al populaţiei de aproape 3 miliarde, din care 90% în ţări în curs de
dezvoltare;
b. creşterea economică - odată cu dezvoltarea creşte cota parte a consumului pentru
transporturi, se reduce cea a consumului în industrie şi creşte cea afectată conversiei în energie
electrică (dezvoltarea sporeşte gradul de electrificare);
c. eficienţa cu care este folosită energia - urmărindu-se evoluţia intensităţii energetice,
pentru ca aceasta să se reducă doar ca urmare a unor acţiuni care să micşoreze consumul de energie,
fără a afecta în vreun fel calitatea produselor sau serviciilor oferite consumatorilor.
3.2. ENERGIA PRIMARĂ ŞI MODUL EI DE TRANSFORMARE
Energia cea mai accesibilă omului este energia furnizată de natură, numită şi energie primară.
Deoarece energia primară nu se poate utiliza în locul, sub forma şi în cantitatea existentă, a apărut
necesitatea transformării, transportului şi stocării ei, direct sau după transformări intermediare (figura
3.2.).
Asigurarea cu energie a consumatorilor a evoluat în timp pe două direcţii principale:
de centralizare a producerii, transportului şi distribuţiei energiei sub formă de sisteme
energetice zonale, naţionale, etc. (exemple: alimentare a cu energie electrică, cu gaze naturale, cu
benzină, etc.)
de descentralizare a producerii, transportului şi distribuţiei energiei prin realizarea de
unităţi locale amplasate lângă consumatori (exemple: încălzirea locuinţelor, alimentarea cu energie
termică a întreprinderilor industriale, etc.)
42
Fig. 3.2. Principalele forme de energie primară şi posibilităţile lor de transformare
În figura 3.2. sunt prezentate principalele forme de energie primară şi posibilităţile lor de
transformare în alte forme. Se constată că energia care ajunge la consumatori trece prin una sau mai
multe transformări, datorită specificului diferitelor activităţi omeneşti.
Formele intermediare de energie cel mai mult folosite sunt energia termică, electrică şi
mecanică, deoarece până în prezent tehnologiile de conversie sunt mai accesibile şi randamentele
mai mari.
3.3. RESURSE ENERGETICE EPUIZABILE ŞI REGENERABILE
Resursele energetice reprezintă fundamentul material al politicii energetice a unei ţări,
premisa studiilor de dezvoltare energetică.
Resurse energetice epuizabile
Excedentele sau deficitele de resurse energetice, conjugate cu necesităţile dezvoltării
economice, trebuie să fundamenteze importurile sau exporturile de energie, o ţară în curs de
dezvoltare poate deveni într-un termen istoric scurt, dintr-o ţară exportatoare o ţară importatoare.
Ritmurile de creştere ale consumului de energie la scara economiei naţionale trebuie să fie
asigurate de resursele de energie primară (energia recuperată din natură) : cărbuni, ţiţei şi derivatele
sale, gaze naturale, energie hidraulică, lemn, uraniu natural. Energia sub formă naturală pentru a fi
transformată în energie utilă (mecanică, chimică, lumină, căldură, etc.) trebuie să treacă prin
Energia chimică a
combustibililor
Energia nucleară
Energia potenţială şi
cinetică a apei
Energia termică a
scoarţei terestre şi a
unor purtători
naturali: apa, gaze,
etc
Energia solară
Energia cinetică a
vântului
Energie termică
Energie mecanică
Energie electrică
Energie de sinteză
chimică
Energie luminoasă
Energie electrică
Energie termică
Energie mecanică
FORME INTERMEDIARE
DE ENERGIE
FORME FINALE DE ENERGIE ENERGIE PRIMARĂ
43
următoarele trepte: extracţie şi îmbogăţire, transformare în forme superioare în vederea transportului
şi consumului.
Având în vedere randamentele relativ scăzute ale proceselor de transformare, pierderile în
domeniul transportului, cu toate progresele care s-au realizat în ultima perioadă, randamentul de
utilizare al resurselor energetice este cuprins între 40-50%.
Combustibilii fosili
Combustibilii fosili sunt substanţe naturale care s-au format în urma unui proces de fosilizare
a organismelor vegetale şi animale. După milioane de ani, o presiune mare, căldura şi absenţa
oxigenului au făcut din resturile în descompunere materii care pot suferi procese de ardere: cărbune,
petrol, gaze naturale.
Arderea este procesul chimic de combinare a două substanţe – combustibil şi oxidant – care
are loc cu degajre de căldură, provocând o creştere bruscă a temperaturii amestecului substanţelor
aflate în reacţie. Oxidant, poate fi orice substanţă care conţine şi care poate degaja atomi de oxigen în
stare liberă.
Deci, prin noţiunea de combustibil fosil se înţelege orice substanţă care conţine şi poate
degaja liber elemente carburante în stare atomică. Din punct de vedere energetic, pentru ca o
substanţă să fie folosită drept combustibil, aceasta trebuie să îndeplinească anumite condiţii:
să se combine exotermic cu oxigenul din aer, iar degajarea specifică de căldură să fie
cât mai mare;
să se găsească în cantităţi suficiente accesibile unei exploatări economice şi să nu aibă
o utilizare superioară arderii (de ex. în petrochimie);
să-şi menţină constante în timp prorietăţile fizico-chimice şi tehnologice, pentru a
putea fi prelucrată;
să conţină, în cantităţi foarte reduse, substanţe precum sulful sau vanadiu, care, prin
ardere produc gaze cu acţiune nocivă asupra pereţilor metalici.
Combustibilii fosili se clasifică după mai multe criterii. De exemplu:
după starea de agregare se deosebesc combustibili: solizi, lichizi şi gazoşi;
după provenienţă combustibilii pot fi: naturali şi artificiali;
după puterea calorică combustibilii fosili se pot grupa în: superiori, medii şi inferiori.
În compoziţia unui combustibil fosil intră:
masa combustibilă (partea care nu este legată direct de balast, fiind compusă din: C,
H, N, O, S);
masa minerală necombustibilă (provine din substanţe minerale, sulfaţi, oxizi,
carbonaţi, săruri, oxizi metalici etc);
umiditatea (cantitatea totală de apă din combustibil).
Cărbunele.
Din categoria combustibililor solizi cei mai utilizaţi în procesele energetice sunt cărbunii, iar
dintre aceştia, cărbunele brun şi huilele; lemnele sunt folosite numai pentru scopuri de încălzire
locală.
Cărbunele brun cuprinde mai multe grupe, funcţie de vârsta geologică, şi anume: brun lemnos
(BL) numit şi lignit, brun mat (BM), brun pământos (BP), brun smâlos (BS), brun huilos (BH).
Huilele se întâlnesc sub formă de huilă cu flacără lungă (HL), huilă pentru gaz (HG), huilă
pentru cocs (HC), huilă slabă sau semigrasă (HS), huilă antrocitoasă (H/A).
Antracitul (A) este cel mai vechi cărbune natural; el nu se utilizează în scopul energetice şi
are o putere calorifică apropiată de cea a combustibilului convenţional.
Caracteristicile tehnice şi energetice principale ale cărbunilor sunt:
44
materiile volatile (V) – respectiv cantitatea totală de gaze formate în procesul de
transformare termică a masei combustibile (determinate prin încălzire timp de 7 minute, la o
temperatură de cca 8150C);
cenuşa (Ai) provine din masa minerală rămasă după arderea combustibilului;
temperatura de curgere a cenuşii – temperatura la care corpul de probă curge pe placă
şi influenţează sistemul de evacuare;
vâscozitatea zgurii – sau rezistenţa pe care o opune deplasării particulelor în timpul
curgerii şi care influenţează evacuarea lichidă;
balastul – partea din combustibil care nu produce căldură prin ardere;
puterea calorică inferioară [Hi(Kj/Kg)] – cantitatea de căldură degajată prin arderea
unităţii de combustibil, fără ca vaporii de apă să se condenseze; se calculează funcţie de conţinutul
procentual de carbon, hidrogen, oxigen, sulf şi umiditate, la starea iniţială;
cenuşa raportabilă
i
irap
H
A
Kj
KgA
1868,4 - aceasta influenţează tipul de grătar şi
modul de ardere;
rezistenţa la stocare – reprezintă timpul în care cărbunele se degradează (se
fărâmiţează), până la mărunţirea lui completă.
Această caracteristică influenţează timpul de stocare. Extragerea cărbunelui se face din mine
subterane sau de suprafaţă, activitate care antrenează bulversarea a mari suprafeţe de teren din
subteran sau de la suprafaţă şi un impact ecologic major asupra plantelor, animalelor, însă şi asupra
oamenilor. Materialul necesar pentru extracţie, forajul şi transportul pot contribui la formarea de
substanţe chimice periculoase, aşa cum sunt „noroiul” de foraj şi produsele derivate din petrol, care
contaminează solul. Metanul, un gaz asociat extracţiei miniere subterane, poate provoca explozii în
mine.
Cel mai puternic impact îl regăsim în cazul arderii combustibililor fosili, iar dintre aceştia,
cărbunele atrage cele mai numeroase consecinţe negative în privinţa emisiilor de noxe în atmosferă şi
a poluării solului.
Combustibilii lichizi
Combustibilii lichizi sunt amestecuri de hidrocarburi lichide şi compuşi ai acestora cu
oxigenul, sulful sau azotul, care se obţin prin distilarea fracţionată sau prin dizolvare din ţiţei
(combustibil lichid natural) din şisturi bituminoase.
Ei se împart în:
benzine, amestecuri de hidrocarburi care fierb la temperaturi cuprinse între 300C şi
2050C şi se folosesc la motoarele cu aprindere prin scânteie;
petroluri, amestecuri de hidrocarburi care fierb la temperaturi cuprinse între 1500C şi
2800C (de ex. petrol lampant, petrol pentru tractor, pentru reactor);
motorine, amestecuri compexe de hidrocarburi mai grele, care fierb de la 2000C până
la 3800C; se folosesc la motoarele Diesel;
păcuri, amestecuri de hidrocarburi grele care fierb la temperaturi cuprinse între 3000C
şi 5000C; la temperatura mediului ambiant au consistenţă vâscoasă, culoare neagră, tendinţă de
oxidare (asfaltizare), cel mai frecvent utilizate, dar după o încălzire prealabilă, în instalaţiile de
ardere;
combustibil lichid uşor (de calorifer) – amestec de produse petroliere (de obicei
motorină şi păcură), folosit la instalaţia de ardere cu o capacitate redusă.
Păcura – este cel mai utilizat combustibil lichid folosit în instalaţiile de ardere ale
generatoarelor cu abur energetice.
45
Dintre caracteristicile energetice ale combustibililor lichizi amintim: vâscozitatea,
temperatura (punctul) de congelare, temperatura de inflamabilitate, compoziţia elementară,
conţinutul în impurităţi mecanice, conţinutul în vanadiu, conţinutul în sulf, puterea calorifică
inferioară.
Petrolul (ţiţeiul) este un amestec de hidrocarburi formate prin depozitarea plantelor
microscopice şi al microorganismelor marine moarte în bazine sedimentare sub mări, sau în
apropierea acestora. Procesele geologice care au condus la formarea petrolului au durat milioane de
ani. Petrolul brut este extras din subsol prin pompaj şi apoi transformat prin distilare (rafinare) într-
un ansamblu de combustibili lichizi sau gazoşi: păcură, motorină, benzină, kerosen, etc.).
În ritmul actual de consum, se estimează că rezervele petroliere se vor epuiza în 40-50 de ani.
Chiar dacă se vor lua măsuri de conservare şi se va reduce ritmul consumului de petrol pe cap de
locuitor, rapida creştere demografică nu va face decât să crească viteza cu care se epuizează
rezervele petroliere.
În afara utilizării sale pentru producerea de energie electrică, prin ardere în cazanele
termocentralelor, petrolul este esenţial pentru transporturile publice şi industriale, cât şi pentru
industria petrochimică. Odată pompat, petrolul brut prezintă câteva riscuri ambientale. Extracţia şi
transportul petrolului şi a produselor derivate, pe cale terestră sau maritimă, prezintă în permanenţă
un risc de scurgeri (scăpări) accidentale şi de maree negre, cu stricăciunile pe care acestea le pot
cauza mediului. Platformele de foraj marin şi petrolierele au fost în trecut la originea deversării
multor tone de petrol, care au ucis păsări şi au pus în pericol alte specii vii marine sau terestre. Se
menţionează de asemenea practica iresponsabilă de utilizare a apei mării pentru curăţarea
reziduurilor din petroliere, care afectează grav mediul pentru mult timp, întrucât hidrocarburile au
nevoie de perioade îndelungate pentru a se scinda în substanţe mai puţin dăunătoare. Impactul
scăpărilor şi deversărilor accidentale este important întrucât petele de petrol plutesc adesea în lungul
coastelor şi perturbă anumite ecosisteme mai fragile.
Arderea petrolului (păcurii) şi a produselor sale derivate (benzină, motorină) a contribuit
enorm în trecut la creşterea poluării prin metale grele (benzina cu plumb) şi contribuie încă şi astăzi
la generarea de gaze cu efect de seră, chiar dacă echiparea autovehiculelor cu filtre catalitice a permis
reducerea emisiilor de gaze toxice cum sunt monoxidul de carbon, oxizii de azot şi hidrocarburile
nearse.
Combustibilii gazoşi.
Sunt amestecuri de gaze combustibile, oxigen, azot, vapori de apă.
Gazul natural este combustibilul fosil a cărui ardere este cea mai curată; el este un amestec
compus în principal din metan cu urme de alte hidrocarburi gazoase şi este extras în majoritatea
cazurilor din zăcăminte de gaze uscate (90%) care nu conţin petrol. Gazul este transportat de la
zăcăminte, prin conducte sub presiune, direct la consumatorii urbani sau industriali. După o filtrare
prealabilă, pentru eliminarea impurităţilor şi umidităţii, gazul este utilizat pentru încălzire şi pentru
gătit, având o putere calorică ridicată şi pentru că arderea sa generează mai puţine gaze cu efect de
seră, comparativ cu petrolul şi cărbunele.
Gazul petrolier lichefiat (GPL) este un reziduu al zăcămintelor petroliere conţinând un
amestec de propan şi alte hidrocarburi gazoase dizolvate în petrolul brut. După separarea de petrolul
lichid şi stocarea sub presiune în cisterne metalice, el este condus până la clienţii particulari, unde
este folosit pentru încălzire şi pentru gătit. În afara problemelor de ardere, prezentate mai sus, se
menţionează şi riscul emisiilor accidentale de gaz în atmosferă şi pericolul de explozie.
Caracteristicile energetice principale ale combustibililor gazoşi sunt: compoziţia volumetrică,
densitatea, puterea calorifică inferioară, temperatura de aprindere.
În tabelul 3.1. se prezintă compoziţia unor gaze naturale libere din Ardeal.
Tabelul 3.1.
46
Compoziţia unor gaze naturale din Ardeal
Câmpul de
sonde
Compoziţia (%) din volum
aer CO2 CH4 C2H6
Saraş 0,69 - 98,51 0,80
Botorca 0,12 - 99,88 -
Sărmăşel 0,7 0,1 99,2 -
Gazul natural din Ardeal are caracteristici foarte apropiate de cele ale gazului metan pur,
motiv pentru care, de cele mai multe ori este cunoscut sub această denumire. Gazul metan este
incolor şi inodor, dar din motive de securitate se odorizează cu mercaptan.
Disponibilităţile energetice ale omenirii sunt determinate de energia stocată în decursul
evoluţiei planetei noastre sub formă de combustibili fosili (fotosinteza preistorică) sau combustibili
nucleari şi de energia regenerabilă (reînnoibilă), generată în flux continuu de soare (figura 3.3.).
Fig.3.3. Schema fluxurilor de energie trecute şi prezente
Conectarea marilor consumatori de energie la energiile stocate grăbeşte epuizarea acestor
stocuri. Indiferent dacă termenul de epuizare este de ordinul deceniilor pentru hidrocarburi, sau de
ordinul secolelor pentru cărbuni, la scara istoriei sunt termene scurte, care trebuie să determine
căutări în vederea atragerii în cantităţi tot mai mari a energiilor regenerabile în circuitul economic.
Trecerea de la consumul de energie din stocuri la consumul de energie din surse energetice
practic infinite trebuie să fie susţinută de profunde inovări tehnologice, care să asigure o valorificare
economică şi fiabilă a energiilor regenerabile.
Resurse energetice regenerabile
Începând cu secolul XX, ştiinţa a avansat foarte mult, fiind dezvoltate, în toate domeniile,
aparate şi diferite tehnologii menite să ajute omul. În paralel şi populaţia globului a crescut într-un
ritm alert. În aceste împrejurări, nevoia de energie a crescut foarte mult, în comparaţie cu secolul
XIX. Aşadar, oamenii de ştiinţă au ajuns la concluzia că, multe din resursele de energie actuale sunt
în curs de epuizare într-un viitor nu prea îndepărtat.
Oamenii au început să cerceteze şi să caute noi resurse de energie şi modul în care acestea pot
fi valorificate încă de pe acum. Astfel, în urma multor studii a început să fie tot mai des utilizat
termenul de „energie regenerabilă” sau „energie neconvenţională”.
Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al
energiei rezultate din pricese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vântului, a apelor
47
curgătoare, a proceselor biologice şi a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând
diferite procedee.
Dintre sursele regenerabile de energie fac parte: energia derivată din biomasă(biodiesel,
bioetanol, biogaz), energia geotermică, energia apei (hidraulică şi a mareelor), energia solară,
energia eoliană.
Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric,
a apei calde, etc.
Investiţiile globale anuale în energia regenerabilă au crescut în ultimii ani de la 39 miliarde
dolari, în 2005, la 55 miliarde dolari, în 2006. În anul 2007 investiţiile au atins un nivel de 100
miliarde dolari.
Conform Directivei 2003/30/CE a Uniunii Europene, statele membre trebuie să amestece
treptat combustibilul tradiţional utilizat în transport cu biocombustibil, astfel încât până în 2010,
biodieselul a reprezentat 5,75% din motorina de pe piaţă (cât a fost prevăzut), urmând ca, în
2020,ponderea să crească la 20%.
Utilizarea biomasei, a energiei geotermale, a energiei hidraulice, a energiei solare şi eoliene,
precum şi a energiei valurilor, depinde de fluxul de energie generat de natură, de căldura emanată de
centrul pământului, de cursurile de apă, de soare, de mişcarea perpetuă a lunii. Aceste surse de
energie fiind independente de scara evolutivă a timpului sunt cunoscute sub numele generic de surse
de energie regenerabilă (sau reînnoibilă).
Din punct de vedere economic, comparativ cu energia obţinută cu ajutorul combustibililor
fosili şi a energiei nucleare, costul diferitelor surse de energie regenerabilă pare mai oneros (anexa
nr.3), datorită metodelor de producere, a unei cereri slabe ale pieţei şi echipamentelor de vârf
necesare. Totodată, dacă se ţine cont de costul total, la care trebuie să se adauge stricăciunile
ecologice ocazionate de folosirea combustibililor fosili şi a energiei nucleare, în raport cu avantajele,
de exemplu un impact scăzut al surselor de energie regenerabilă asupra mediului, se poate spune că
tendinţa dezvoltării şi aplicării acestora din urmă prezintă, neândoelnic, un avantaj în optica unei
dezvoltări economice durabile.
Este convenabil să se promoveze sursele de energie şi practicile care sunt pozitive pentru
mediul ambiant şi să se intensifice eforturile pentru a gestiona emisiile poluante generate de
producerea de energie. Chiar dacă unele surse de energie regenerabilă sunt exploatate de mult timp
(hidroenergia, de exemplu), este esenţial să se atragă atenţia constructorilor, consumatorilor,
guvernanţilor şi investitorilor şi asupra celorlaltor surse de energie regenerabilă, astfel încât ponderea
energiei electrice produse graţie surselor regenerabile (figura 3.4.) să poată creşte în viitorul apropiat.
48
Fig.3.4. Ponderea energiei electrice produse în diferite ţări
Guvernele vor trebui să ia măsuri în domeniile fiscalităţii, a subvenţiilor şi a reglementărilor,
care nu numai că le vor ajuta să-şi atingă obiectivele în materie de securitate energetică şi mediu, dar
vor contribui de asemenea la promovarea progresului tehnic şi la dezvoltarea economică.
SITUAŢIA UTILIZĂRII SISTEMELOR DE ENERGIE REGENERABILĂ
Punerea în practică a unei strategii energetice pentru valorificarea potenţialului surselor
regenerabile de energie (SRE) se înscrie în coordonatele dezvoltării energetice a României pe termen
mediu si lung şi oferă cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la alternativele
energetice şi înscrierea în acquis-ul comunitar în domeniu.
Obiectivul strategic pentru anul 2012 este ca aportul surselor regenerabile de energie in tarile
membre al UE, să fie de 12% în consumul total de resurse primare. HG 443/2003 (modificată prin
HG 958/2005) stabileşte pentru Romania că ponderea energiei electrice din SRE în consumul
naţional brut de energie electrică urmează să ajungă la 33% pană în anul 2012.
Cartea Alba a ISES din 2003 prognozeaza procentele fiecărui tip de sursă de energie
regenerabilă în producerea de energie în lume (situaţie dată pentru anul 2003) astfel:
bioenergie: aproape 11% din energia folosită în prezent pe plan mondial este obţinută
din bioenergie; se estimează pentru potenţialul bioenergiei în 2050 o medie de 450EJ (ceea ce este
mult mai mult decât cererea totală actuală de energie in plan mondial).
energie geotermală: energia geotermală poate fi o sursă de energie regenerabilă
majoră pentru un numar mare de tari (cel puţin 58 de ţări: 39 pot fi alimentate 100% din energie
geotermală, 4 cu mai mult de 50%, 5 cu mai mult de 20% şi 8 cu mai mult de 10 %).
energia eoliană: capacitatea globală a energiei eoliene va ajunge la peste 32000MW,
iar procentul de creştere este de 32% / an. Ţinta de 12% din cererea mondială de electricitate produsă
din energie eoliană până în 2020 pare a fi deja atinsă.
energia solară: energia solară a avut o rată de creştere din 1971 până în 2000 de cca.
32.6 %
În “Campania Take-Off” din cadrul Cartii Albe se propun pentru furnizare, pentru 2012,
următoarele capacitati energetice:
Biomasa: 135 Mtoe;
Energie Hidro:
14 GW – Instalaţii Hidro Mici (sub 10 MW)
91 GW – Instalaţii Hidro Mari;
Energie Eoliană: 40 GW;
Energie Termică Solară: 100 Milioane m2; Energie Fotovoltaică: 3 GWp;
Energie Solară Pasivă: 35 Mtoe;
Energie Geotermală:
1 GW –Energie Electrică
5 GWth – Energie termică.
În Cartea Verde, se precizează că sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la
creşterea resurselor interne, ceea ce le conferă o anumită prioritate în politica energetică.
În “Directiva 2001/77/EC”, din 27 septembrie 2001, privind “Promovarea energiei electrice
produsă din surse regenerabile, pe piaţa unică de energie”, se stabileşte obiectivul strategic privind
aportul surselor regenerabile în consumul total de resurse energetice primare, care trebuie să fie de
11%, în anul 2012.
Tot în Cartea Alba se estimează că, până în anul 2012, se vor crea între 500 000 şi 900 000 de
noi locuri de muncă prin implementarea SRE şi, se prognozeaza o reducere a emisiilor de CO2
estimate, potrivit cu scenariul care trebuie urmărit până în 2012 pentru ţările UE, astfel:
49
Tabelul 3.2.
Prognozarea reducerii emisilor de CO2
Tipul de energie
Capacitate
suplimentară
Reducerea de CO2
(mil tone/an)
1 Eoliană 36 GW 72
2 Hidro 13 GW 48
3 Fotovoltaică 3 GWp 3
4 Biomasă 90 Mtep 255
5 Geotermală (+pompe de căldură) 2.5 GW 5
6 Colectoare solare 94 mil m2 19
Total pentru piaţa UE 402
Sursa: studiu privind evaluarea potenţialului energetic actual al surselor regenerabile de energie (internet)
CE a prezentat pe 31 ianuarie 2011 comunicarea "Energia regenerabilă: progrese spre
atingerea obiectivului pentru 2020". Se menţionează că, în 2020 obiectivele pentru energia
regenerabilă sunt susceptibile de a fi îndeplinite şi depăşite, dacă statele membre implementează pe
deplin planurile naţionale de acţiune şi în cazul în care, instrumentele de finanţare sunt îmbunătăţite.
Se subliniază, de asemenea, necesitatea continuării cooperării între statele membre şi o mai
bună integrare a energiei regenerabile în piaţa unică europeană. Astfel de măsuri ar putea conduce la
economii anuale de 10 miliarde euro.
Într-un articolul “ CE sprijină investiţiile în energii regenerabile”, din publicaţia “ Univers
Inginersc”, nr. 16, din august 2011 se menţionează: C.E.(Comisia Europeană) a aprobat legea de
sprijinire a investiţiilor în energii regenerabile, prin acordarea de stimulente sub forma certificatelor
verzi. Acesta este un act normative important care a fost iniţiat de autorităţile române în 2008.
Certificatele verzi sunt acordate producătorilor de energie electric pentru fiecare MWh generat din
energie eoliană, energie solară, energie hidraulică, biomasă, gaz de fermentare a deşeurilor sau gaz
de fermentare a nămolurilor din instalatiile de epurare a apelor uzate. În cazul în care, energia este
produsă în instalatii de cogenerare cu un randament ridicat se va acorda un bonus. Certificatele verzi
emise de stat pentru producători pot fi vândute furnizorilor de energie electric; aceştia au obligaţia să
le cumpere, în anumite cote, în fiecare an. Dar, dacă furnizorii nu îşi ating cotele obligatorii, vor
trebui să plătească penalizări, ce vor fi colectate (de către operatorul reţelei de transport,
Transelectrica) şi transferate , apoi, fondului de mediu. Banii rezultaţi din penelizări vor fi folosiţi
pentru sprijinirea micilor producători de energie electric din surse regenerabile.
Autoritatea Naţională de Reglementare în domeniul Energiei(ANRE) a estimate că , până la
31 decembrie 2016, în această schemă vor intra 500 de companii, ca beneficiari de certificate verzi.
În 2010, ANRE a anunţat că, în ultimii ani influenţa surselor regenerabile la preţul final al energiei a
crescut constant în ultimii ani, de la 2 bani pe MWh, în 2005 la 1,21 lei în 2009 şi 2,85 în 2010. Tot
ANRE estimează că, în 2011 influenţa surselor regenerabile în preţul final al energiei electrice va fi
între 7 şi 14 lei pe MWh, aceasta, în funcţie de numărul de certificate verzi acordate şi, se presupune
că, pentru sprijinirea energiilor regenerabile, consumatorii de energie vor plăti 10,5 miliarde euro,
până în 2031.
50
CAPITOLUL 4. ENERGIA SOLARĂ - FORMĂ DE ENERGIE
REGENERABILĂ
Soarele este la originea tuturor formelor de energie pe care le-au descoperit şi de care s-au
servit oamenii. Energia solară se poate transforma în alte forme de energie: mecanică, termică sau
electrică.
Particularităţile şi dificultăţile de folosire ale acestei energii sunt:
resursă inepuizabilă, nepoluantă şi disponibilă, practic, pe tot globul;
resursă difuză, variabilă după anotimp şi nebulozitate şi intermitentă(cu alternanţe
noapte/zi);
decalajul între însorire(cea mai puternică în timpul verii) şi cererea de căldură pentru
încălzire(cea mai puternică în timpul iernii);
slaba densitate energetică (900 kWh/m2 la nord - 1600 kWh/m
2 la sud)
4.1. GENERALITĂŢI
Energia solară este energia radiantă produsă în Soare ca rezultat al reacţiilor de fuziune
nucleară. Ea este transmisă pe Pământ prin spaţiu în cuante de energie numite fotoni, care
interacţionează cu atmosfera şi cu suprafaţa Pământului. Intensitatea radiaţiei solare la marginea
exterioară a atmosferei, când Pământul se află la distanţa medie de Soare, este numită constantă
solară, a cărei valoare este de aproximativ 2 cal/min/cm2. Cu toate acestea, intensitatea nu este
constantă; ea variază cu aproximativ 0,2 % în 30 de ani. Intensitatea energiei solare la suprafaţa
Pământului este mai mică decât constanta solară, datorită absorbţiei şi difracţiei energiei solare, când
fotonii interacţionează cu atmosfera.
Intensitatea energiei solare în orice punct de pe Pământ depinde într-un mod complicat, dar
previzibil, de ziua anului, de oră, de latitudinea punctului. Chiar mai mult, cantitatea de energie
solară care poate fi absorbită depinde de orientarea obiectului ce o absoarbe.
Absorbţia naturală a energiei solare are loc în atmosferă, în oceane şi în plante. Interacţiunea
dintre energia solară, oceane şi atmosferă, de exemplu, produce vânt, care de secole a fost folosit
pentru morile de vânt. Utilizările moderne ale energiei eoliene presupun maşini puternice, uşoare, cu
design aerodinamic, rezistente la orice condiţii meteo, care ataşate la generatoare produc electricitate
pentru uz local, specializat sau ca parte a unei reţele de distribuţie locală sau regională.
Aproximativ 30% din energia solară care ajunge la marginea atmosferei este consumată în
circuitul hidrologic, care produce ploi şi energia potenţială a apei din izvoarele de munte şi râuri.
Puterea absolută a acestor ape curgătoare când trec prin turbinele moderne este numită energie
hidroelectrică. Prin procesul de fotosinteză, energia solară contribuie la creşterea biomasei, care
poate fi folosită drept combustibil, incluzând lemnul şi combustibilele fosile ce s-au format din
plantele de mult dispărute. Combustibili, precum alcoolul sau metanul pot fi, de asemenea, extraşi
din biomasă.
De asemenea, oceanele reprezintă o formă naturală de absorbţie a energiei. Ca rezultat al
absorbţiei energie solare în oceane şi curenţi oceanici, temperatura variază cu câteva grade. În
anumite locuri, aceste variaţii verticale se apropie de 200C pe o distanţă de câteva sute de metri. Când
mase mari de apă cu temperaturi diferite se întâlnesc, principiile termodinamice prevăd că un circuit
de generare a energiei poate fi creat prin luarea de energie de la masa cu temperatură mai mare,
transferând o cantitate mai mică de energie celei cu temperatură mai mică. Diferenţa dintre aceste
două energii calorice se manifestă ca energie mecanică, putând fi legată la un generator pentru a
produce electricitate.
Captarea directă a energiei solare presupune mijloace artificiale, numite colectori solari, care
sunt proiectate să capteze energia, uneori prin focalizarea directă a razelor solare. Energia, odată
51
captată, este folosită în procese termice, fotoelectrice sau fotovoltaice. În procesele termice, energia
solară este folosită pentru a încălzi un gaz sau un lichid, care apoi este înmagazinat sau distribuit. În
procesele fotovoltaice, energia solară este transformată direct în energie electrică, fără a folosi
dispozitivele mecanice intermediare. În procesele fotoelectrice, sunt folosite oglinzile sau lentilele
care captează razele solare într-un receptor, unde căldura solară este transferată într-un fluid care
pune în funcţiune un sistem de conversie a energiei electrice convenţionale.
4.2. APLICAŢII ALE ENERGIEI SOLARE
Tehnologiile utilizate pentru captarea şi convertirea radiaţiei solare, au o istorie proprie de
peste un secol, dar ele au început să atragă atenţia societăţii umane abia în ultimele decenii, odata cu
creşterile substanţiale, pe plan mondial, ale preţurilor combustibililor primari - petrol şi gaze
naturale. În paralel, alocarea unor importante fonduri pentru cercetare în acest domeniu, de către ma-
rile companii energetice, au avut ca rezultat, perfecţionarea tehnologiilor alternative, între care se pot
aminti cele bazate pe captarea şi convertirea radiaţiei solare, fie în energie termică, fie în energie
electrică. În prezent, cele mai performante captatoare solare termice sunt capabile să reţină peste
92% din radiaţia solară, atât pe timp de vară, cât şi pe timp de iarnă.
Deci, încă o dată se poate spune că, energia regenerabilă se referă la forme de energie
produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile.
Energia solară este veşnică; ea este cea mai curată formă de energie şi stă la baza tuturor
proceselor naturale de pe pământ.
Căldura generată solar se poate folosi, în principal, la prepararea apei calde menajere, la
încălzirea spaţiilor de locuit, la încălzirea piscinelor, etc.
Energia solară reprezintă, la nivel global, cea mai eficientă metodă de a încălzi locuinţele.
Energia solară se referă la o sursă de energie reînnoibilă care este direct produsă prin lumina
şi radiaţia solară. Aceasta poate fi folosită să:
• genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)
• genereze electricitate prin centrale electrice termale
• genereze electricitate prin turnuri solare
• încălzească blocuri, direct
• încălzească blocuri, prin pompe de căldura
• încălzească blocuri, prin cuptoare solare
Instalaţiile solare sunt de 2 tipuri: termice şi fotovoltaice.
Instalaţiile termice ajută la economisirea gazului metan, în proporţie de circa 75% pe
an;
Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică gratis (cu lumina soarelui).
Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4h/zi (calculul se face pe minim: orele
de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică şi
în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii, pentru a fi folosită noaptea, la casele izolate, fără
legătură la reţeaua electrică naţională.
Captatoarele solare
Energia solară poate fi valorificată prin colectarea acestei energii cu ajutorul captatoarelor
solare şi prin utilizarea celulelor solare.
Captatoarele solare sunt cunoscute şi sub denumirile de colectoare solare, respectiv panouri
solare. În scopul obţinerii energiei termice necesare încălzirii apei menajere sunt disponibile
următoarele tipuri de captatoare solare:
A-captatoare solare plane
B-captatoare solare cu tuburi vidate
C-captatoare solare compacte
Captatorul solar este un convertor heliotermic, al cărui scop este convertirea energiei solare în
căldură. Captatoarele solare pot fi utilizate fără concentrarea radiaţiei solare sau cu concentrarea
radiaţiei solare.
52
I-Captatoare solare fără concentrarea radiaţiei au ca domeniu de aplicaţie instalaţiile cu
temperaturi moderate (sub 1000C peste temperatura ambiantă), cum sunt:
instalaţii solare de încălzire a apei menajere;
instalaţii de încălzire şi climatizare a clădirilor;
instalaţii de uscare;
instalaţii de distilare a apei .
II- Captatoarele cu concentrarea radiaţiei
Aceste captatoare se caracterizează prin aceea că utilizează sisteme optice bazate pe reflexie sau
refracţie pentru a mări densitatea fluxului de radiaţie care cade pe suprafaţa de captare a receptorului.
Concentratoarele de radiaţie cele mai cunoscute sunt oglinzile concave (sferice sau parabolice) şi
lentilele convergente.
A- Captatoare solare plane
Cele mai comune captatoare solare utilizate pentru încălzirea apei menajere sunt astăzi, în
multe ţări, panourile plate/plane. Acestea constau, în principal, din trei componente: suprafaţa
transparentă, carcasa panoului şi suprafaţa absorbantă. În interiorul panoului plan se află o suprafaţă
absorbantă denumită şi element absorbant. Această suprafaţă absorbantă converteşte radiaţia solară
în căldură, pe care o transferă apei sau unui agent termic aflat în tubulatură, care trece prin sistem.
Carcasa panoului este foarte bine izolată în partea din spate şi pe părţile laterale pentru reducerea la
minim a pierderilor de căldură; oricum, mai există pierderi de căldură ale panoului care depind, în
principal, de diferenţele de temperatură dintre absorbant şi aerul ambiant. Aceste pierderi sunt
subdivizate în pierderi prin convecţie şi prin radiaţie. Mişcarea aerului cauzează pierderile prin
convecţie. Suprafaţa transparentă (sticlă) acoperă panoul şi elimină majoritatea pierderilor termice
prin convecţie. Mai mult, reduce radiaţiile termice de la suprafaţa absorbantă la mediu, în acelaşi fel
ca şi o seră.
În figura 4.1. este prezentată desfăşurarea proceselor într-un captator solar plan.
53
Fig. 4.1. Desfăşurarea proceselor într-un captator solar plan; 1- carcasă; 2- suprafaţă absorbantă; 3- izolaţie termică;
4- suprafaţă transparentă
Suprafaţa transparentă (sticlă) a panoului, pe de-o parte, trebuie să permită trecerea
majorităţii radiaţiilor solare, dar, pe de altă parte, ar trebui să reţină radiaţia termică a suprafeţei
absorbante şi să reducă pierderile de căldură prin convecţie, în mediu. Cele mai multe panouri plane
folosesc un singur strat de sticlă metalizată tratată termic.
Această sticlă are un coeficient de transmisie (difuzie) mare şi o rezistanţă bună la influenţele
mediului înconjurător. Suprafeţele transparente din sticlă se folosesc mai des decât cele din plastic,
pentru că durata de viaţă a celor de plastic este limitată datorită unei rezistenţe mai mici la radiaţiile
ultraviolete şi la condiţiile atmosferice.
Stratificarea dublă a suprafeţei din sticlă poate reduce pierderile de căldură, dar reduce şi
fluxul de radiaţie solară transmisă şi creşte costul instalaţiei.
Folosirea unor materiale speciale pentru suprafaţa transparentă poate duce la creşterea
eficienţei captatorului. Aceste materiale lasă radiaţia solară să pătrundă prin ele şi reflectă înapoi,
înspre interior, radiaţia infraroşie care vine de la placa absorbantă. Sticla reflectorizantă din ZnO2 cu
factor de transmisie mare pentru lumina vizibilă, dar şi cu factor de reflexie mare pentru razele
infraroşii, are aceste cerinţe.
Oricum, costurile mai mari şi difuzia mai slabă a luminii vizibile comparativ cu sticla
standard au împiedicat folosirea pe scară largă a acestor materiale.
Carcasa de protecţie a panoului poate fi din plastic, metal sau lemn şi trebuie să sigileze
suprafaţa frontală de sticlă, astfel încât să nu piardă căldură şi umiditate, să nu intre impurităţi sau
insecte în panou. Multe panouri solare plane au o ventilaţie controlată pentru a evita ca umiditatea
din interior să se condenseze pe suprafaţa interioară din sticlă.
54
Materialul folosit pentru izolaţia termică a panoului solar trebuie să fie rezistent la
temperatură şi foarte bine izolat.
Materialele potrivite sunt spuma poliuretanică sau fibra minerală. Materialul de izolaţie şi
toate celelalte materiale folosite nu trebuie să conţină substanţe de legătură care se pot evapora la
temperaturi mai mari, deoarece acestea se pot condensa pe suprafaţa frontală de sticlă şi pot să
reducă radiaţiile solare care pătrund.
Panoul solar plan poate atinge temperatura de stagnare de aproximativ 200°C. De aceea,
suprafaţa absorbantă este de obicei din metal (cupru, oţel sau aluminiu). Suprafeţele absorbante cu
ţeavă de cupru sudată sau extrudată sunt cele mai des folosite. Aluminiul se foloseşte astăzi puţin ca
material absorbant, deoarece nu este rezistent la coroziune, iar producţia sa are nevoie de mai multă
energie decât producţia altor materiale.
Corpurile negre absorb lumina solară foarte bine şi se încălzesc ajungând la o temperatură
mai mare. Materialele metalice nu au în mod natural suprafeţe negre, de aceea trebuie vopsite (de ex
cu vopsea neagră). Lacurile rezistente la temperatură servesc acestui scop, dar există materiale mai
avansate disponibile pentru învelişul suprafeţei absorbante.
Dacă suprafaţa se încălzeşte, ea re-emite o parte din căldura absorbită drept căldură radiantă.
Aceasta se poate observa la plitele de gătit fierbinţi. Căldura radiantă poate fi simţită pe piele fără a
atinge placa fierbinte. Dacă suprafaţa absorbantă a panoului este lăcuită cu negru, atunci are acelaşi
efect. Ea transferă apei (ca agent termic) doar o parte din căldura absorbită, restul este emis în mediu,
în mod nedorit, ca şi căldură radiantă.
Suprafeţele absorbante selective (învelişurile selective) absorb radiaţia solară aproape la fel
de bine ca şi suprafeţele lăcuite cu negru, dar re-emit o cantitate mică de căldură radiantă.
Materialele avansate folosite pentru aceste învelişuri de acoperire sunt: crom negru, nichel negru. Ele
necesită procese de acoperire mai complicate decât lacul negru şi astfel apar costuri mai mari.
Vidul existent între suprafaţa frontală din sticlă şi suprafaţa absorbantă poate reduce
semnificativ fluxul de căldură transmis prin convecţie, datorat mişcării aerului din interiorul
colectorului.
Colectorul plan de evacuare foloseşte acest principiu. Deoarece presiunea aerului înconjurător
poate apăsa suprafaţa frontală peste suprafaţa absorbantă, trebuie să existe suporturi mici între
spatele colectorului şi capac.
Oricum este dificil de menţinut vidul o lungă perioadă de timp. Aerul din jur găseşte
întotdeauna o cale de pătrundere între suprafaţa din sticlă şi carcasa panoului.
De aceea, un panou solar plan trebuie golit la anumite perioade de timp, cu ajutorul unei
pompe de vid, care este conectată printr-o valvă la panou. Panoul solar cu tuburi vidate elimină acest
dezavantaj.
În cele mai multe cazuri suprafaţa absorbantă este plană şi captatoarele respective sunt
denumite „captatoare plane” (mai există captatoare cilindrice, semicilindrice, etc.). În fig. 4.2 a şi b
este reprezentat un captator plan tipic.
55
Fig. 4.2.a. Schemă - captator plan tipic.
Fig. 4.2.b. Captatoare solare plane
În esenţă, funcţionarea captatorului plan se bazează pe încălzirea suprafeţei absorbante sub
acţiunea radiaţiei solare directe sau difuze. Căldura este transmisă fluidului aflat în contact termic -
direct sau indirect - cu suprafaţa absorbantă; apoi, prin circularea acestui fluid, căldura este
transportată spre alte elemente ale instalaţiei în care este integrat captatorul. Drept fluid purtător de
căldură se foloseşte, în mod curent, apa sau aerul.
B- Captatoare solare cu tuburi vidate
Tuburile vidate de sticlă reprezintă componenta de bază a captatoarelor solare (panourilor
solare) (figura 4.3.a).
Fig. 4.3.a - Tuburi vidate
56
Captatorul solar cu tuburi vidate este prezentat în figura 4.3b. Fiecare tub vidat este alcătuit
din două tuburi de sticlă. Tubul exterior este din sticlă transparentă borosilicată, ce poate rezista la
grindină de până la 30 mm diametru.
Tubul interior este de asemenea din sticlă borosilicată (ex. sticla SIMAX, DURAN, etc.), dar
cu un înveliş special selectat ( Al-N/Al), ce absoarbe foarte bine căldura solară şi are coeficient de
reflexie foarte mic.
Aerul dintre cele două tuburi este evacuat, între tuburi existând vid. Existenţa vidului duce la
scăderea pierderilor datorate conducţiei şi convecţiei termice.
Fig. 4.3.b.- Captator solar cu tuburi vidate
Vidul din interiorul tuburilor de sticlă închise este mai uşor de păstrat pe termen lung decât
acela din panourile solare plane.
Tuburile de sticlă pot rezista la presiunea atmosferică datorită formei lor, nefiind necesară
existenţa unor suporţi între partea din faţă şi cea din spate.
Principiul de funcţionare: în tubul interior din sticlă (absorbant) se află o ţeavă din cupru
numită ţeavă de încălzire (heat pipe), prin care circulă un agent termic, de ex metanolul.
Sub acţiunea radiaţiei solare, agentul termic (fluidul de lucru) din ţeava de încălzire se
vaporizează.
Vaporii se ridică spre condensator (schimbător de căldură) unde are loc schimbul de căldură.
Prin condensare se cedează căldura unui alt agent termic aflat în condensator, care circulă în sistemul
solar. Fluidul condensat curge gravitaţional, înapoi, în ţeava de încălzire, unde soarele începe să-l
încălzească din nou.
Pentru desfăşurarea corespunzătoare a procesului de vaporizare-condensare, tuburile trebuie
să aibă un unghi minim de înclinare pentru a permite vaporilor să se ridice şi fluidului condensat să
curgă înapoi. În figura 4.4 se arată principiul de funcţionare într-o secţiune printr-un tub vidat.
57
Fig. 4.4. Principiul constructiv şi principiul de funcţionare al unui tub vidat
Există colectoare cu tuburi vidate cu ţeavă de încălzire, care trece prin capătul tubului de
sticlă. Acestea se numesc colectoare cu tuburi de evacuare (figura 4.5.). Agentul termic care transferă
căldura sistemului solar poate curge direct prin ţevile de încălzire ale colectorului. Atunci, nu mai
este necesar un schimbător de căldură (condensator) şi colectorul nu mai trebuie să aibă un minim de
înclinare.
Fig. 4.5. Colectoare cu tuburi de evacuare
Intrarea hidrogenului atmosferic în vid nu poate fi evitată chiar dacă sticla este aproape
ermetică, deoarece atomii de hidrogen sunt extrem de mici. Aceştia distrug vidul în timpul unei
perioade îndelungate de funţionare. De aceea, în interiorul tubului de sticlă, sunt instalaţi aşa numiţii
„colectori”, care pot absorbi hidrogenul într-o perioadă de timp.
58
Eficienţa panourilor solare cu tuburi vidate. Spre deosebire de panourile plane, panourile
solare cu tuburi vidate sunt cilindrice şi astfel pot urmări Soarele, în mod pasiv, pe durata zilei.
Razele Soarelui cad perpendicular pe tuburile cilindrice, aproape toată ziua.
Panourile plane nu pot urmări direcţia Soarelui, iar randamentul lor este maxim doar atunci
când razele Soarelui cad perpendicular pe acestea. În restul zilei, razele vor cădea sub un punct, mai
mic de 90°, în acest caz, radiaţia solară absorbită, fiind mai mică decât cea maximă.
Radiaţia solară incidentă pe tuburile vidate este relativ constantă, pe timpul zilei, fapt ce duce
la maximizarea cantităţii de energie absorbită. Deoarece Soarele cade perpendicular pe tuburi, pe
durata zilei, scad pierderile datorate reflexiei.
Utilizarea panourilor cu tuburi vidate este viabilă şi în caz de temperaturi scăzute, spre
deosebire de panourile plane. Panourile solare cu tuburi vidate pot obţine un randament energetic
semnificativ în lunile reci ale anului. Astfel, panourile solare cu tuburi vidate au nevoie de o arie de
colectare mai mică comparativ cu panourile solare plane. La temperaturi ridicate, diferenţele dintre
cele două tipuri de panouri se diminuează, însă panourile solare cu tuburi vidate rămân superioare,
datorită faptului că, agentul termic se încălzeşte mai mult.
În condiţiile în care unul sau mai multe tuburi suferă daune sau se sparg, panoul solar poate
funcţiona în continuare, fiecare dintre tuburi funcţionând independent, dar scade randamentul.
C- Captatoare solare compacte.
Captatoarele solare compacte (figura 4.6.) au rezervorul de stocare al apei calde integrat în
corpul lor. În acest caz, nu este uşor de construit un sistem tehnic robust. Dacă sistemul este folosit
într-o regiune cu pericol de îngheţ, pierderile de căldură duc la răcirea, atât a colectorului, cât şi a
rezervorului de stocare, acestea fiind în pericol de distrugere.
Un sistem cu dublu circuit cu protecţie anti-îngheţ nu se poate realiza ca parte integrantă a
unui sistem colector de stocare. Trebuie găsită o modalitate pentru obţinerea unei reduceri
semnificative a pierderilor de căldură.
O izolare mai bună în partea din spate nu este o problemă, problema este pierderea de căldură
de la carcasă. Carcasa trebuie să fie transparentă şi aceasta duce la pierderi mari de căldură. Existenţa
unui vid poate reduce pierderile de căldură, dar nu aşa de mult încât să necesite proiectarea unui
întreg sistem de stocare a colectării.
Fig. 4.6. Captator solar compact
Materialele noi, aşa numite materiale izolante transparente au aduc o soluţie acestor
probleme. Aceste materiale prezintă un coeficient global de transmitere a căldurii mai mic
comparativ cu sticla metalizată.
59
În figura 4.7., rezervorul de apă caldă (3) este din oţel inoxidabil şi are partea din spate
perfect izolată. Suprafaţa reflectantă (1) aflată în interior, reflectă lumina solară spre rezervor, a cărui
suprafaţă reprezintă de fapt suprafaţa absorbantă a sistemului. Materialul de izolaţie transparent (3)
se află sub o carcasă frontală de sticlă (6). O carcasă cu suprafaţă de 2 m2 are un volum de stocare de
aprox 160 l.
Avantaje: captatoarele solare compacte nu necesită existenţa unui rezervor de stocare
exterior, aşa cum este necesar pentru alte sisteme colectoare. Sistemul întreg este mai simplu:
anumite componente găsite în alte sisteme colectoare nu sunt necesare şi acest fapt reduce costurile.
Dacă temperatura apei în rezervorul de stocare este prea joasă, ea poate fi ridicată cu ajutorul unui
termostat.
Sistemele solare compacte includ un număr variabil de tuburi solare, un rezervor încorporat,
un cadru de fixare şi o rezistenţă electrică suplimentară, controlată de panoul de comandă. Ele se
montează pe acoperişul clădirii şi funcţionează pe principiul termosifonului: colectează căldură
solară şi o transfer, încălzind apa. Ele acoperă 60% până la 100% din necesarul zilnic de apă caldă
menajeră, în cea mai mare parte a anului (primăvara-toamna târziu).
Dezavantajele captatoare solare compacte sunt: greutatea mare şi dimensiunile mari. Acestea
fac instalarea mai dificilă în multe cazuri. Mai mult, eficienţa sistemului este de obicei mai mică
decât cea a unui sistem operaţional cu circulaţie forţată.
Fig.4.7. Secţiune transverală printr-un captator solar compact;
1- suprafaţă reflectantă; 2- izolaţie termică; 3- rezervor de apă caldă; 4- suprafaţă de încălzire reflectantă; 5- strat
transparent; 6- sticlă metalizată
II- Captatoarele cu concentrarea radiaţiei
Se menţiona anterior că acestea utilizează sisteme optice bazate pe reflexie sau refracţie
pentru a mări densitatea fluxului de radiaţie care cade pe suprafaţa de captare a receptorului.
Concentratoarele de radiaţie cele mai cunoscute sunt oglinzile concave (sferice sau parabolice) şi
lentilele convergente.
Oglinzile concentratoare se realizează din aluminiu sau sticlă metalizată, dintr-o singură
piesă, sau din mai multe oglinzi plane orientate corespunzător. De exemplu, cu oglinzile cilindro-
parabolice (fig.4.8.) se obţin concentrări de până la 10.
60
Fig.4.8. Oglinzi cilindro-parabolice
Schimbarea înclinării captatorului se face periodic, chiar numai odată pe lună. Domeniul lui
de temperaturi este de 100 - 230°C, putând fi folosit pentru condiţionarea aerului, producerea
aburului tehnologic, pomparea apei, producerea de energie electrică prin ciclu termodinamic cu
vapori de apă.
Fig.4.9. Concentratorul sferic fix cu receptor mobil
Concentratorul sferic fix cu receptor mobil este format dintr-o parte a unei oglinzi sferice
plasată în poziţie staţionară în faţa soarelui şi dintr-un colector liniar care urmăreşte soarele printr-o
mişcare de pivotare (fig.4.9.).
După încercările pe prototipuri se estimează că acest tip de concentrator sferic va putea fi
utilizat pentru producerea energiei electrice pe cale solară pentru puteri de la 10 la 100 MW cu un
cost mai scăzut decât al centralelor nuclearoelectrice.
4.3. CENTRALE ELECTRICE SOLARE
Centralele electrice solare se bazează pe conversia energiei solare în energie termică, care
este utilizată într-un ciclu termodinamic.
În 1976, pentru prima dată în istoria energeticii, o centrală electrică solară, cea de la Odeillo,
în munţii Pirinei - Franţa, a debitat energie electrică pe o reţea naţională de distribuţie. În figura 4.10.
se prezintă schema unei centrale electrice solare cu captatoare (oglinzi) cilindro-parabolice. Ceea ce
în figură apare schematizat ca o singură oglindă 1, reprezintă de fapt un câmp de oglinzi cilindro-
parabolice, care pot fi distribuite cu diverse orientări şi diverse mişcări (E-V, N-S, etc.). Factorul de
concentrare al radiaţiei solare, realizat în receptoarele concentratoare de radiaţie 2, este de 25-30,
agentul termic primar 3 având o temperatură medie de 200-220°C. Transferul căldurii între fluidul
primar şi cel secundar (apă - abur) se realizează în cazanul acumulator de căldură 4.
61
Fig. 4.10. Centrale electrice solare cu captatoare cilindro-parabolice.
Este experimentată o gamă mare de sisteme, cu diverse tipuri de captatoare şi de receptoare
de radiaţie solară.
4.4. CONVERSIA ENERGIEI SOLARE ÎN ENERGIE TERMICĂ DESTINATĂ
ÎNCĂLZIRII
Încălzirea solară a apei la temperaturi relativ scăzute (sub 100°C), în scopuri menajere sau
industriale, constituie un domeniu în care energia solară a cunoscut cea mai extinsă utilizare în
ultimii 35 de ani. Actualmente, mai multe milioane de încălzitoare solare de apă funcţionează în
peste 12 ţări: Japonia, Australia, Israel, Franţa, SUA, Maroc, ş.a.
Se folosesc cu succes pentru încăzirea apei menajere, dar şi pentru climatizarea
locuinţelor(figurile 4.11. şi 4.12. ).
Fig. 4.11. Instalaţii de încălzire a apei
62
Fig. 4.12. Climatizarea locuinţelor
Elementele de bază ale unei instalaţii solare de încălzire a apei (figura 4.11) sunt captatorul
solar 1 şi unitatea (rezervorul) de stocare termică 2.
Circulaţia apei între captator şi rezervorul de stocare se poate realiza fie natural (fără pompă),
prin termosifon, fie forţat, cu o pompă de circulaţie 3.
Climatizarea locuinţelor cu ajutorul energiei solare se poate realiza în sistem pasiv sau activ.
În figura 4.12. se prezintă schiţa unui sistem pasiv de încălzire solară experimentat la Odeillo
(Franţa). Sistemul utilizează un perete vertical masiv de beton 1, orientat spre sud, care este vopsit în
negru şi este acoperit cu două geamuri 2. Grosimea peretelui este de cca. 20 cm., iar spaţiul dintre
geamuri şi perete este de 10-20 cm. Peretele îndeplineşte atât funcţiunile captatorului, cât şi pe cele
ale unităţii de stocare. Orificiile practicate în partea inferioară şi cea superioară a peretelui permit
circulaţia aerului prin spaţiul dintre geamuri şi perete, şi prin încăpere. Această circulaţie are loc prin
convecţie naturală (termosifon), nefiind necesare ventilatoare. Energia auxiliară este asigurată cu
ajutorul unor încălzitoare electrice montate în încăpere. În timpul sezonului cald sistemul poate fi
modificat pentru a permite climatizarea încăperii. Pentru aceasta se obturează orificiul din partea
superioară a peretelui; aerul cald din interior este trimis spre exterior, realizându-se o ventilaţie
naturală prin admisia în încăpere a aerului rece.
Există şi aplicaţii industriale ale energiei termice obţinute prin conversia energiei solare, cum
sunt:
cuptoarele solare;
pompe solare;
instalaţii frigorifice solare;
instalaţii solare de uscare.
4.5. UTILIZAREA PE SCARĂ LARGĂ A SISTEMELOR SOLARE COMBINATE.
Sistemele de încălzire solară
Sunt necesare pentru prepararea combinată – apă caldă menajeră şi încălzirea spaţiului
numite combi- sisteme. Aceste sisteme îşi măresc cota de piaţă în multe ţări europene, dar
proiectarea actuală este focalizată pe case familiale.
Obiective: - dezvoltarea de combi-sisteme de câteva sute de kW pentru case multifamiliale;
aplicarea pe scară largă a sistemelor de încălzire solară de mai mulți MW; optimizarea şi dirijarea în
ceea ce priveşte integrarea încălzirii solare termice; optimizarea conceptelor de stocare (găuri
subterane, perforaţii, materiale noi, etc.); contribuţia sistemelor solare la sistemele de încălzire
centrală pe biomasa şi integrarea acestora în reţeaua de încălzire convenţională.
63
- eficientizarea costurilor şi sistemelor de încălzire solară, pentru a acoperi 100% cererea de încălzire
a apei şi a spaţiului din clădirile rezidenţiale şi comerciale.
Toate combi-sistemele de încălzire combinată a apei şi a spațiului de pe piaţa modernă au
nevoie de un rezervor de susţinere, de aceea costurile adiţionale pot fi compensate doar prin
economie de combustibil. Pentru a reduce costurile totale ale sistemelor, este necesară dezvoltare
sistemelor de încălzire bazate doar pe energia solară. Izolarea corespunzătoare a caselor şi utilizarea
rezervoarelor de stocare de densitate energetică mare, vor contribui semnificativ pentru ca un sistem
termic solar să furnizeze 100% din cererea de încălzire a spațiului unei clădiri.
Energia solară se folosește la încălzirea bazinelor de înot, pentru că ele au întotdeauna o
cerință mare în ceea ce privește apa caldă. Cererea de temperatură joasă pentru apa bazinului permite
folosirea sistemelor de energie solară simple și economice, care s-au dezvoltat pretutindeni în acest
sector.
Bazinele de înot din zonele cu climat temperat necesită sisteme de încălzire a apei, astfel sunt
utilizabile doar câteva săptămâni pe an. De exemplu, aproximativ 500.000 de bazine au fost
construite în Germania. Deoarece temperaturile ambientale medii sunt sub 20°C chiar și vara, există
un potențial imens pentru încălzirea solară a bazinelor, în multe cazuri sisteme simple de încălzire
solară au devenit deja competitive cu sistemele convenționale de încălzire.
Cererea de apă caldă pentru bazinele de înot situate în aer liber corespunde radiației solare.
Iarna, când radiația solară este scăzută, bazinele de înot exterioare nu sunt folosite, în timpul
sezonului estival și în perioada de tranziție, încălzirea solară este o opțiune bună. Astăzi, se consumă
cantități mari de combustibil fosil pentru încălzirea bazinelor exterioare, deși încălzirea solară a
acestora ar putea înlocui majoritatea sistemelor convenționale.
În zonele cu climat central european, temperatura apei din bazine este cuprinsă între 16°C și
19°C în timpul sezonului de vară. O creștere de temperatură cu câteva grade ar fi normală și
suficientă pentru confort. Pentru o asemenea cerere mică de căldură pot fi folosiți colectorii solari
simpli. Acești colectori convertesc radiația solară în căldură, disponibilă pentru bazinul de înot.
Circuitul apei de la colectorul solar la bazin și invers se realizează cu ajutorul unei pompe. În acest
caz, nu este necesar un rezervor de stocare a apei calde, deoarece bazinul însuși servește drept
rezervor.
Dacă în timpul verii se expune la soare un furtun inchis la culoare, apa din interiorul acestuia
devine fierbinte într-un timp relativ scurt. Un colector solar pentru bazinul de înot nu este mult mai
complicat, el poate fi făcut din țevi negre instalate pe o suprafață întinsă, cum ar fi un acoperiș.
Tubulatura colectorului solar este din plastic, care trebuie să fie rezistent degradării cauzate
de razele ultraviolete și de apa clorinată a bazinului. Câteva materiale potrivite sunt polietilena (PE),
polipropilena (PP) și etilenpropilendienmonomer (EPDM). EPDM are o durată de viață mai lungă
dar și costă mai mult. Nu trebuie folosit PVC-ul din motive ecologice – poate să emită dioxine
extrem de toxice, dacă este ars.
Pompa sistemului ar trebui să opereze doar dacă colectorul poate obține o creștere a
temperaturii apei din bazin. Dacă pompa operează în condiții de cer noros sau în timpul nopții, apa
din bazin se răcește datorită colectorului, care acum acționează ca un radiator. Această problemă se
poate preveni dacă se montează senzori, care detectează diferența de temperatură între bazin și
colector și un sistem de comandă pentru oprirea pompei. Pentru a asigura temperatura dorită în bazin
se poate integra un sistem convențional auxiliar. Dacă bazinul este încălzit doar solar, temperatura
apei va fluctua odată cu vremea. În perioadele cu vreme rea, temperatura din bazin este sensibil mai
scăzută; oricum aceasta este adesea acceptabilă deoarece bazinul nu este des folosit în aceste
condiții. În figura 4.13 este prezentat principiul de funcţionare şi, respectiv, componentele sistemului
solar pentru încălzirea bazinelor de înot.
64
Funționarea pompei necesită energie electrică, care ar putea fi obținută cu ajutorul unui
sistem solar fotovoltaic. În acest caz, nu mai este necesar sistemul de comandă cu senzori, deoarece
generatorul fotovoltaic pornește pompa doar când strălucește soarele.
Fig. 4.13. Principiul de funcţionare al sistemului solar pentru încălzirea bazinelor de înot
1- Captator solar; 2- pompă; 3- unitate de control
Sistemele termice solare pentru încălzirea apei menajere.
Încălzirea apei menajere implică obținerea unor temperaturi mult mai înalte decât în cazul
bazinelor de înot. Colectorii solari simpli, folosiți pentru încălzirea apei din bazinele de înot, sunt
necorespunzători pentru încălzirea apei menajere, deoarece colectorul solar pierde căldură datorită
convecției, ploii, zăpezii, etc. Sistemele de încălzire ale apei menajere folosesc colectori solari care
au pierderi mult mai mici la temperaturi mari ale apei.
Un sistem complet pentru încălzirea apei menajere constă din: panouri solare, tanc solar,
pompă, vas de expansiune, unitate de control computerizat, țevi, robineți, supape.
Un sistem foarte simplu pentru încălzirea solară a apei poate fi obținut dintr-un rezervor
negru umplut cu apă, care este expus soarelui, în timpul verii. Dacă robinetul de golire este instalat în
partea inferioară a rezervorului, apa caldă obținută poate fi folosită, fără a fi necesare alte părți componente. Un exemplu pentru o astfel de aplicație este „dușul solar” care se vinde ca și
echipament de camping. În principal, acesta este un rezervor negru atârnat de o creangă înaltă a unui
copac. Dacă rezervorul este expus câteva ore la radiațiile solare se poate face un duș cu apă încălzită
solar. După golirea rezervorului, acesta trebuie umplut manual din nou. Pentru a evita acest
disconfort, rezervorul poate fi umplut automat prin conectarea unui furtun, care înlocuiește cantitatea
de apă consumată. O altă îmbunătățire, cu o mare eficiență pe parcursul întregului an, este înlocuirea
rezervorului cu un colector solar. De asemenea, este necesară existența unui rezervor de acumulare a
apei calde. În cele ce urmează sunt descrise două sisteme care au rezervoare de acumulare a apei
calde.
65
Fig.4.14. Principiul de funcționare al sistemului termic solar cu circuit gravitațional (termosifon)
1- captator solar; 2- rezervor de apă
Un sistem termosifon, după cum arată figura 4.14, folosește forța gravitațională. Apa rece are
o densitate specifică mai mare decât cea caldă. Din această cauză este mai grea și se acumulează jos.
Colectorul solar (1) este montat întotdeauna sub rezervorul de înmagazinare a apei (2). Apa rece,
aflată în partea inferioară a rezervorului de înmagazinare, curge către colectorul solar printr-un furtun
descendent (tur). Când colectorul solar încălzește apa, aceasta se ridică din nou și curge înapoi în
rezervor, printr-un furtun ascendent (retur) montat la capătul superior al colectorului. Ciclul descris
încălzește apa până se atinge o temperatură de echilibru. Consumatorul poate extrage apă caldă
din partea superioară a rezervorului. Apa folosită este înlocuită printr-o rezervă de apă proaspătă,
care intră printr-un orificiu aflat în partea inferioară a rezervorului. Această apă rece se alătură
ciclului și este încălzită în colector în același mod ca și înainte. Circuitul apei se adaptează puterii
radiației solare disponibile (la radiații solare mai mari, aceeași cantitate de apă caldă se acumulează
mai repede decât la radiații mai mici).
Este foarte important ca rezervorul de stocarea apei, într-un sistem termosifon, să fie așezat
deasupra colectorului solar, în caz contrat, ciclul poate să funcționeze în sens invers, în timpul nopții și să răcească apa din rezervor. În regiunile cu radiație solară mare (Grecia, Italia, Spania)
rezervoarele de stocare sunt montate pe acoperișurile clădirilor. Panourile solare sunt așezate pe
acoperișuri sau pe pereții însoriți ai acestora. La acoperișurile cu cornișe, rezervorul trebuie montat
cât mai sus posibil pe acoperiș, dacă colectorul solar este instalat pe acesta.
Dezavantaje: masa rezervorului plin cu apă poate cauza câteodată probleme structurale;
sistemul se poate folosi numai în timpul verii deoarece iarna există pericol de îngheț al apei din
circuit.
Un sistem în care apa curge direct printr-un colector este numit sistem cu un singur circuit.
Astfel de sisteme sunt adecvate doar unor regiuni lipsite de îngheț. În regiunile cu posibilitate de
îngheț, este necesar un sistem cu circuit dublu (figura 4.15), în care apa se află în rezervorul de
66
stocare, iar prin circuit curge un agent termic format dintr-un amestec de apă și antigel. Agentul
termic primește căldura de la captatorul solar și o transferă apei din rezervor. Glicolii sunt adesea
folosiți ca agenți antigel; oricum agenții antigel trebuie să fie nontoxici deoarece pot contamina
rezerva de apă, în cazul avarierii sistemului. De aceea, etilen-glicolul, care este folosit pentru multe
aplicații tehnice nu este folosit la sistemele solare de energie. Pentru a evita coroziunea, antigelul
trebuie să fie compatibil cu materialul folosit la tubulatura sistemului.
Dezavantaje: sistemul este inert și nu poate reacționa la schimbări rapide ale radiației solare.
Sistemul termosifon nu este adecvat pentru o suprafață de colectare mai mare de 10 m2; rezervorul
trebuie să fie întotdeauna instalat deasupra colectorului, ceea ce nu se realizează ușor întotdeauna;
eficiența colectorului solar poate să scadă datorită temperaturilor ridicate aflate în circuit.
Avantaje: sistemele termosifon se folosesc la încălzirea apei menajere și sunt foarte
economice; principiul de funcționare este simplu și nu necesită pompă și sistem de comandă; energia
necesară funcționării pompei și a sistemului de control este economisită.
Fig. 4.15. Principiul de funcționare al sistemului termic solar cu circuit dublu și circulație forțată
1- captator solar; 2- senzor de temperatură; 3- sistem de comandă și control;
4- pompă; 5- rezervor de apă; 6- schimbător de căldură; 7- boiler
Tot ca si avantaje mentionam: în contrast cu sistemele termosifon, sistemele cu circulație
forțată folosesc o pompă electrică (4) pentru a asigura circulația apei. Colectorul solar (1) și
rezervorul de stocare (5) pot fi instalate independent și nu mai este necesară o diferență de nivel între
acestea. Lungimea țevilor trebuie să fie cât mai scurtă posibil, deoarece ele cauzează pierderi de
căldură. Doi senzori de temperatură (2) monitorizează temperatura în colectorul solar (1) și în
rezervor (5). Dacă temperatura agentului termic din colectorul solar este mai mare decât temperatura
apei din rezervor cu o anume diferență ΔT = 5...10°C (stabilită), atunci sistemul de comandă
pornește pompa. Pompa asigură circulația agentului termic, care intră în rezervor, într-un schimbător
de căldură (6), unde cedează căldura sa apei reci. Dacă diferența de temperatură este minimă, atunci
sistemul de comandă oprește pompa. Alegerea celor două praguri de temperatură (min, max) trebuie
să asigure funcționarea corespunzătoare a pompei, în condiții de radiații joase.
Pompele cu circulație convențională, concepute pentru instalațiile de încălzire, pot fi folosite
și în sistemele solare. Aceste pompe sunt economice. Majoritatea pompelor au diverse trepte de
funcționare, pentru a adapta debitul fluidului de lucru, la radiația solară. Pompele sunt proiectate, de
67
obicei, pentru un debit de fluid cuprins între 30- 50 l/h/ m2 suprafață de colector solar. Debitele mai
mari sunt alese pentru colectorii solari folosiți la bazinele de înot, deoarece se cere o temperatură mai
scăzută și apa are nevoie de mai puțină încălzire. Dacă debitul de fluid este prea scăzut, temperatura
în colector crește și eficiența sistemului scade. Pe de altă parte, dacă debitul este prea crescut,
energia necesară funcționării pompei este mai mare.
Pompele funcționează la curentul alternativ al rețelei sau la motoare DC. Un sistem mic
fotovoltaic poate asigura toată energia electrică necesară. În acest caz, toată energia pentru sistem
vine de la soare.
Aplicaţii pentru răcire, folosind energia solară.
În ultimii ani, cererea de confort sporit în birouri şi locuinţe duce la creşterea pieţei
produselor pentru răcire.
Sisteme pentru încălzirea şi răcirea combinată a spaţiului de locuit
Combinarea încălzirii solare a spaţiului, producerea de apă caldă şi răcirea nu s-au realizat
până acum. Astfel de sisteme au un potenţial de piaţă foarte mare, dacă se extinde pe tot parcursul
anului perioada operaţională a colectorilor solari.
4.6. ENERGIA SOLARĂ FOTOVOLTAICĂ
Conversia directă a energiei solare în energie electrică bazată pe efectul fotovoltaic constituie
unul din mijloacele cele mai atractive de a utiliza energia solară, datorită valorilor ridicate ale puterii
specifice produse, siguranţei în funcţionare şi întreţinerii uşoare. Utilizări cunoscute sunt ceasurile,
radiourile şi unele calculatoare de buzunar fotovoltaice. Dezavantajele actuale ale sistemului sunt
costul ridicat (Anexa 3) şi dificultatea de a stoca mari cantităţi de energie electrică în scopul utilizării
ulterioare, în comparaţie cu relativa uşurinţă de a stoca căldură.
Celulele solare - celule fotovoltaice, au fost utilizate până nu demult ca surse de energie doar
în aplicaţiile spaţiale. Pentru aplicaţii terestre singurele sisteme de putere, de conversie directă,
comercial disponibile sunt cele bazate pe celule cu siliciu monocristalin şi pe celule cu sulfură de
cadmiu.
Sistemele fotovoltaice pot fi autonome sau conectate la reţeaua electrică. Un modul de celule
fotovoltaice se compune din 40 de celule; 10 astfel de module sunt montate pe panouri fotovoltaice,
care pot măsura câţiva metri lăţime. Pentru a asigura alimentarea cu energie electrică a unei case sunt
necesare 10-20 de module, care pot fi amplasate pe acoperiş. Racordând sistemul de captatori solari
la reţeaua locală de electricitate, este posibil să se vândă energia electrică excedentară societăţii
publice de distribuţie. Noaptea sistemul se alimentează din reţeaua locală de electricitate. În locurile
izolate, unde nu este posibil un sistem racordat la reţea, se pot utiliza baterii de acumulatoare pentru
stocarea curentului. În acest caz este necesară supradimensionarea instalaţiei solare fotovoltaice în
scopul obţinerii unei cantităţi suficiente de electricitate în perioadele însorite, atât pentru alimentare a
consumatorilor casnici, cât şi pentru stocarea unei părţi în bateriile de acumulatoare. Noaptea
sistemul se comută pe baterii.
Germania este lider european în materie de energie fotovoltaică (80% din sistemele din
Europa, racordate la reţeaua electrică). În 2002 ea era dotată cu o putere instalată totală de 278 MW,
din care 92% era racordată la reţea. Germania este urmată de, Italia, Spania, Franţa şi Austria.
Din punct de vedere al mediului, tehnologia fotovoltaică de producere a electricităţii prezintă
un important avantaj faţă de tehnologiile clasice cu combustibili fosili: nu au nici o emisie de CO2
sau de alţi poluanţi în timpul funcţionării. În acelaşi timp, trebuie ameliorată durata de viaţă a
celulelor solare (15 - 20 de ani în prezent), îmbunătăţirea randamentului lor (în prezent acesta fiind
de circa 15%), iar pentru ca soluţia să devină interesantă economic, reducerea costului acestor celule
(de 5 ori).
68
Principala problemă de mediu pusă de sistemele fotovoltaice este legată de utilizarea, în
timpul procesului de fabricaţie, de compuşi toxici, cum sunt sulfura de cadmiu şi arsenura de galiu.
Aceste substanţe chimice nu sunt biodegradabile, sunt foarte toxice şi remanenţa lor în mediul
ambiant poate dura secole; de aceea depozitarea captatorilor scoşi din funcţiune poate prezenta un
pericol ecologic major. Acest inconvenient ar putea fi suprimat prin utilizarea de celule fotovoltaice
pe bază de siliciu, mai ieftine, mai uşor de fabricat şi cu un randament mai mare.
69
CAPITOLUL 5. ENERGIA APEI (HIDRAULICĂ ŞI A MAREELOR)
5.1. ENERGIA HIDRAULICĂ
Istoric
Forţa apelor a atras atenţia oamenilor din timpurile pierdute în trecutul îndepărtat, fiind
printre primele dintre forţele naturii cu care aceştia au colaborat.
Roţile de apă (reprezentând motoare hidraulice primitive) au fost utilizate cu mult înaintea
erei noastre în Persia, China, India şi Egiptul Antic, pentru ridicarea apei în canalele de irigaţii,
pentru acţionarea morilor de cereale, pentru acţionarea teascurilor sau la „bătutul” textilelor, etc.
Inventarul complet al principalelor tipuri de maşini hidraulice apărute în secolul I îl datorăm
arhitectului Marcus Vitruvius Pollio.
Matematicianul Heron (sec. I î.e.n.) arăta în scrierile sale că, în acea perioadă, în Grecia
antică se utilizau mecanisme hidraulice ingenioase, precum „tympanum”- timpanul antic.
Mecanismul reprezintă o roată hidraulică de curent, cu palete radiale, amplasate pe exteriorul
unei tobe, care are la interior palete curbate în formă de cupe, în care se adună apa, pentru a fi
ridicată.
Începând cu secolul XVI, sunt menţionate roţi perfecţionate, cum ar fi, de pildă, roata cu
admisie superioară, ce acţionează o pompă cu piston, printr-un mecanism ingenios (bielă- manivelă).
Dezvoltarea maşinilor hidraulice de forţă a fost posibilă numai după a doua jumătate a
secolului XVIII în urma analizelor şi interpretărilor fenomenelor legate de mişcarea fluidelor de către
Leonard Euler, Daniel Bernoulli, V.E. Jukovski, Lagrange, Navier, ş.a. Folosirea intensivă a
maşinilor hidraulice devine posibilă numai după cunoaşterea posibilităţilor practice de obţinere a
energiei electrice din alte forme de energie.
De secole apa este utilizată pentru acţionarea sistemelor mecanice, iar în zilele noastre este
larg utlizată pentru producerea de energie electrică în centrale hidroelectrice .
Primele centrale hidroelectrice au fost construite în Marea Britanie (Godalming 1881) şi apoi
în SUA (Niagara 1885), deci în ţările care dispuneau şi de suficiente rezerve de combustibili fosili;
aceasta, ca urmare a faptului că, de la început, s-a remarcat că energia hidraulică este practic
nepoluantă şi foarte ieftină.
Cu o producţie de energie de 2650- 3000 TWh/an, centralele hidroelectrice în funcţiune în
întreaga lume asigură circa 19-20% din balanţa energetică la nivel mondial.
Din totalul de 14400 TWh/an, cât reprezintă potenţialul tehnic amenajabil la nivel mondial,
numai 8000 TWh/an este potenţialul considerat economic amenajabil.
De menţionat că, hidroenergia este o sursă de energie regenerabilă, care în Uniunea
Europeană asigură aproape 84% din electricitatea produsă de energiile regenerabile şi 13% din
producţia totală de energie electrică.
Potenţialul hidroenergetic
Energia hidraulică prezintă un interes major şi este evaluată pe reţele hidrografice aparţinând
diferitelor bazine sau în ansamblu pe o întreagă regiune.
Energia hidraulică totală disponibilă, asociată unui bazin hidrografic (pe teritoriul căruia apa
provenită din precipitaţii se scurge gravitaţional) se calculează din volumul de apă total scurs într-o
perioadă (de obicei un an) şi diferenţa de altitudine pe care o străbate.
Elementele componente ale unei amenajări cu acumulare sunt în general: barajul- construcţie
hidrotehnică amplasată de-a curmezişul albiei în vederea realizării sporului de cotă în bieful amonte
precum şi a unei acumulări, aducţiunea liberă sau forţată- leagă acumularea de zona de utilizare a
70
apei, centrala- adăposteşte turbinele şi echipamentele auxiliare şi canalul de fugă, care asigură
restituirea apei în circuitul natural (figura 5.1.).
Fig.5.1. Amenajare cu acumulare
Turbine hidraulice
Turbina hidraulică este o maşină hidraulică capabilă să transforme la arbore, energia
hidraulică în energie mecanică disponibilă, pentru a fi transformată în energie electrică, atunci când
turbina acţionează un generator electric.
După principiul de funcţionare, turbinele hidraulice se împart în două mari categorii: turbine
cu acţiune şi turbine cu reacţie.
Turbinele cu acţiune primesc de la intrare în rotor energia hidraulică numai sub formă
cinetică, fluidul având atât la intrare, cât şi la ieşirea din palele acestuia, aceeaşi presiune (motiv
pentru care se mai numesc şi turbine de egală presiune). Ex: turbina Pelton.
Turbinele cu reacţie au la baza funcţionării principiul reacţiei hidraulice, energia hidraulică
ajungând în rotor, în principal, sub formă de presiune. Turbina prelucrează diferenţa, cu presiunea la
intrare în rotor şi presiunea la ieşire, care este mult mai mică. Ex: turbina Francis.
Turbina Pelton (figura 5.2.) este una dintre cele mai eficiente tipuri de turbină hidraulică.
Turbina a fost inventată de Lester Allan Pelton (1829- 1908) în anii 1870 şi funcţionează pe baza
impulsului mecanic generat de presiunea apei. Turbinele Pelton sunt recomandate pentru căderile
mari de apă şi debite relativ mici.
71
Fig.5.2. Turbina(roata) Pelton
Turbina Francis (figura 5.3.) este un tip de turbină care a fost proiectată de James B. Francis,
în Lowell, Massachusetts. Este o turbină cu reacţie activă în flux care combină concepte radiale şi
axiale.
Turbinele Francis sunt cele mai utilizate hidroturbine în prezent. Ele pot funcţiona pe o rază
de 10 până la 650 metri şi sunt utilizate în principal pentru producerea curentului electric. Puterea pe
care aceasta o produce variază între 10 şi 750 MW. Gama de turaţii variază de la 83 la 1000
rot/minut. Turbinele Francis de dimensiuni mijlocii şi mari sunt adeasea construite cu ax vertical.
Axul vertical se mai poate folosi şi la turbinele mici, dar în mod normal, la aceste turbine se foloseşte
axul orizontal.
Fig.5.3. Turbina Francis
72
O variantă îmbunătăţită a turbinei Francis este turbina Kaplan; este o turbină hidraulică cu
rotaţie axială, cu un rotor cu pale reglabile, utilizat la hidrocentrale de cădere mică a apei. Turbina a
fost inventată în 1913 de prof.dr.ing. Viktor Kaplan de origine austriacă. La turbina Francis există
problema formării cavitaţiei (bule de aer în curentul de apă din turbină) care produce scăderi de
presiune cu scăderea randamentului turbinei. Această deficienţă este înlăturată la turbina Kaplan care
foloseşte palete reglabile. Pentru o funcţionare optimă turbina necesită un curent de apă cu debit
constant. Turbina funcţionează prin efectul de suprapresiune, randamentul atingând 80- 95%. În
cazul unui curent cu debit mare şi cu o cădere mică de apă, turbina Kaplan este optimă.
Fig.5.4. Turbina DÈRIAZ
Turbina Dèriaz (figura 5.4.) este o turbină cu reacţiune, utilizată pentru căderi între 30 şi 120
m. Deoarece viteza apei în rotor are două componente, una radială şi una axială, această turbină se
mai numeşte şi turbină diagonală.
Turbinele Dèriaz au palele rotorice reglabile, ceea ce permite funcţionarea cu randament mare
într-o gamă largă de puteri sau poate funcţiona şi în regim de pompă, calitate care o face adecvată
pentru amenajări hidroenergetice cu acumulare prin pompaj.
5.2. ENERGIA MAREELOR
Valurile mărilor şi oceanelor, mareele, sunt o sursă permanentă de energie, total nepoluantă şi
gratuită. O altă posibilitate rezultă din conversia în energie electrică a diferenţei de temperatură
dintre apa de la suprafaţă a mărilor calde şi cea de la adâncime.
De asemenea, la vărsarea fluviilor în mare, prin amestecarea apei dulci cu cea sărată, se
risipeşte o cantitate enormă de energie, care s-ar putea recupera prin osmoză.
Aceste procedee au fost puţin utilizate, în principal, din cauza costului ridicat al instalaţiilor
necesare.
Dificultăţile actuale legate de utilizarea energiei valurilor sunt:
valurile oceanice au dispersie mare şi este greu să se concentreze energia în mod
eficient, întrucât aceasta are o densitate scăzută;
mărimea valurilor are o fluctuaţie mare datorită vremii, ceea ce face dificilă generarea
unei energii constante şi stabile;
valurile oceanice sunt neuniforme, cuprinzând valuri de diferite înălţimi şi lungimi,
venind din direcţii diferite;
73
construirea şi întreţinerea instalaţiilor din largul oceanului este mai dificilă decât a
celor de pe ţărm.
Mareele - oscilaţiile periodice ale nivelului mărilor şi oceanelor deschise datorită atracţiei
lunii şi soarelui - dezvoltă o putere de ordinul a 109 MW, dar partea tehnic amenajabilă din această
putere este mică şi implică investiţii foarte mari.
Un număr limitat de locuri din lume au o amplitudine suficientă a mareelor pentru a justifica
construirea unei centrale.
Mareele se produc cu regularitate în anumite zone de litoral de pe glob, cu amplitudini care
pot ajunge uneori la 14-18 m, determinând oscilaţii lente de nivel ale apelor marine. Principiul de
utilizare a energiei mareelor în centralele mareomotrice (prima realizare importantă în domeniu este
centrala mareomotrice Rance, din Franţa, cu o putere de 240 MW , pusă în funcţiune în 1966) constă
în amenajarea unor bazine îndiguite (figura 5.5.) care să facă posibilă captarea energiei apei,
declanşată de aceste oscilaţii, atât la umplere (la flux), cât şi la golire (reflux).
Fig. 5.5. Bazin de îndiguire, pentru centrale mareomotrice
O problemă deosebită a acestor centrale o reprezintă variaţia puterii produse, funcţie de
periodicitatea mareelor.
Riscurile ambientale sunt legate de fluctuaţiile nivelului apei, care modifică curenţii,
transportul şi depozitele de sedimente, fapt ce afectează biodiversitatea ecosistemului.
Pentru o valorificare eficientă a energiei mareelor sunt necesare şi anumite condiţii naturale;
în primul rând, amplitudinea mareelor să fie de cel puţin 8 m, iar, în al doilea rând, să existe un bazin
natural (estuar), care să comunice cu oceanul printr-o deschidere foarte îngustă. Aceste condiţii
naturale apar numai în 20 de zone ale globului (ex: Franţa, Canada, SUA, estul Chinei, nordul
Australiei).
Cantitatea de energie disponibilă la această sursă, dacă ar putea fi valorificată în centrele
electrice mareomotrice, ar produce de cca. 100000 de ori mai multă energie electrică decât toate
hidrocentralele aflate în funcţiune în prezent pe glob, iar în cazul cărbunelui, aceasta ar fi
echivalentul la 70000 de tone de cărbune ars.
Tipuri de tehnologii care folosesc energia mareelor.
Tehnologiile pentru explorarea curenţilor mareici sunt concepute pentru a valorifica energia
cinetică a curgerii apei cu viteze mari în zonele în care se produc mareele.
Turbina cu ax orizontal (figura 5.6.) funcţionează foarte asemănător cu o turbină eoliană
convenţională şi proiectarea lor este similară. Turbina este plasată într-un curent mareic, care
determină rotaţia acesteia şi, deci producerea de energie. Unele turbine pot fi amplasate în conducte
pentru a crea efecte secundare ale curgerii, prin concentrarea curgerii şi crearea unei diferenţe de
presiune.
74
Fig. 5.6. Turbină cu ax orizontal
Turbinele cu ax vertical (figura 5.7.) se bazează pe acelaşi principiu ca turbinele cu ax
orizontal, doar că au o altă direcţie de rotaţie. Turbina este plasată într-un current mareic, care
determină rotaţia acesteia, producând energie.
Fig.5.7. Turbină cu ax vertical
Dispozitive cu pale oscilante (figura 5.8.): acestea au pale care nu se rotesc, ci se mişcă
înainte şi înapoi într-un plan perpendicular pe curentul mareic. Mişcarea oscilatorie utilizată pentru
producerea energiei se datorează ridicării create de curentul mareic care curge în orice parte a aripii.
Anumite echipamente folosesc pistoane pentru a alimenta un circuit hidraulic, care acţionează un
motor hidraulic şi un generator pentru a produce energie.
Fig.5.8. Dispozitiv cu pale oscilante
Echipamente ce folosesc efectul Venturi (figura 5.9.): curgerea curenţilor mareici este
direcţionată printr-o conductă, care realizează o concentrare a curgerii şi produce o diferenţă de
presiune. Aceasta are ca efect o curgere secundară a fluidului printr-o turbină. Curgerea rezultantă
75
poate acţiona o turbină direct sau diferenţa de presiune indusă în sistem poate acţiona o turbină cu
aer.
Fig.5.9. Echipament ce foloseşte efectul Venturi
5.3. CENTRALE HIDROELECTRICE - CLASIFICARE, FUNCŢIONARE
Centralele hidroelectrice transformă energia potenţială şi cinetică a apei în energie electrică,
valorificând astfel cel mai simplu sistem de transformare. Centralele hidroelectrice se clasifică în :
CHE cu căderi naturale: CHE pe firul apei;
CHE în derivaţie
CMM mareomotrice
CHE cu căderi artificiale (cu acumulare prin pompare CHEAP)
În sistemul energetic CHE au următoarea destinaţie:
acoperirea vârfului de sarcină;
participarea la reglajul frecvenţei;
constituie o rezervă economică de avarie.
Principalele caracteristici ale CHE sunt:
au pornire rapidă şi viteză mare de încărcare;
au posibilitatea de a stoca în mod indirect energia electrică;
au randamente foarte ridicate: 0,82 - 0,9;
investiţia specifică este comparabilă cu cea a centrale lor termoelectrice cu
combustibili inferiori, dacă se adaugă la acestea costul transportului şi al deschiderii de mine.
Având în vedere cercetarile efectuate la nivel mondial si experimentarile efectuate în tara
noastra, se poate concluziona ca si energia valurilor Marii Negre poate fi captata si utilizata pentru
aplicatii locale în conditii eficiente cu ajutorul instalatiilor hidropneumatice cu coloana oscilanta,
cunoscute sub denumirea de instalatii OWC (oscillating water column), care se bucura în prezent de
cel mai mare interes pe plan mondial.
Principiul de funcţionare al centralei acţionate de valuri (fig. 5.10.) este următorul:
când frecvenţa de oscilaţie a unei coloane cilindrice plutitoare (flotorul) coincide cu
frecvenţa valurilor, aceasta va intra în rezonanţă şi va oscila pe verticală cu o înălţime de câteva ori
mai mare decât înălţimea valurilor. Prin aceasta se imprimă o forţă de rotaţie unei elici ataşate la
partea inferioară a flotorului. În timp ce flotorul se mişcă în sus şi în jos, elicea se roteşte întrun
singur sens, datorită pasului ei variabil comandat automat. Energia valurilor poate fi transformată în
energie electrică prin cuplarea unui generator electric la arborele elicei, prin intermediul unui
angrenaj multiplicator şi al unui volant.
76
Fig.5.10. Principiul de funcţionare al centralei acţionate de valuri
Danemarca a abordat un program special „Programul danez pentru exploatarea energiei
valurilor” vizând să dezvolte mijloace economice şi fiabile de conversie a energiei valurilor.
Ţările situate în vecinătatea oceanelor şi mărilor deschise pot valorifica energia mareelor prin
realizarea centralelor mareomotrice. În Uniunea Europeană numai coastele maritime ale Franţei şi ale
Marii Britanii au maree suficient de mari pentru a face interesantă o astfel de centrală.
77
CAPITOLUL 6. ENERGIA GEOTERMALĂ
6.1. GENERALITĂŢI
Energia geotermică reprezintă căldura existentă în pământ; reprezintă o categorie particulară
a energiei termice care se află în scoarţa terestră.
De menţionat că, 99% din interiorul Pământului se găseşte la o temperatură de peste 1000°C,
iar restul de 1% se găseşte la o temperatură de sub
100°C. Energia geotermală este utilizată la scară comercială, începând din jurul anilor 1920,
când a început să fie utilizată în special căldura apelor geotermale, sau cea provenită din gheizere
pentru încălzirea locuinţelor sau a unor spaţii comerciale. Din punct de vedere al potenţialului termic,
energia geotermală poate avea potenţial termic ridicat sau scăzut. Energia geotermală cu potenţial
termic ridicat este caracterizată prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibilă şi poate
fi transformată direct în energie electrică sau termică. Energia electrică se obţine în prezent din
energie geotermală, în centrale având puteri electrice de 20…50MW. Energia geotermală de
potenţial termic scăzut este caracterizată prin nivelul relativ scăzut al temperaturilor la care este
disponibilă şi poate fi utilizată numai pentru încălzire, fiind imposibilă conversia acesteia în energie
electrică. Energia geotermală de acest tip este disponibilă chiar la suprafaţa scoarţei terestre fiind
mult mai uşor de exploatat decât energia geotermală cu potenţial termic ridicat, ceea ce reprezintă un
avantaj. Exploatarea energiei geotermale cu potenţial termic scăzut necesită echipamente speciale
concepute pentru ridicarea temperaturii până la un nivel care să permită încălzirea şi/sau prepararea
apei calde, ceea ce reprezintă un dezavantaj faţă de energia geotermală cu potenţial termic ridicat.
În fiecare zi, Pământul absoarbe energie solară pe care o înmagazinează sub formă de calorii
în sol. Această rezervă gratuită este reaprovizionată în permanenţă, deci inepuizabilă.
În mod obişnuit, sub scoarţa terestră, la fiecare 30 m temperatura medie creşte cu un grad,
astfel încât căldura medie emanată este de 58 MW/km2. Apare deci posibilitatea de a folosi o parte a
acestei energii, în special în primii 5000 m ai scoarţei terestre, în porţiunile cu înalt potenţial
geotermic.
În diferite puncte de pe suprafaţa pământului, mai ales în regiunile vulcanice, apare apa
fierbinte, aburul, sau gaze vulcanice.
Din cauza structurii diferenţiate a scoarţei terestre, în prezent există doar câteva regiuni pe
pământ care oferă posibilităţi de exploatare.
Apa încălzită prin geotermie circulă printr-un schimbător de căldură, apoi este utilizată pentru
încălzire urbană sau industrială, sau pentru încălzirea serelor. Căldura obţinută prin geotermie, sub
formă de abur, poate fi utilizată indirect pentru generarea de energie electrică(cum s-a menţionat
anterior) în centrale geotermale. Italia, Franţa, Grecia, Portugalia (I-le Azore) şi Austria generează
electricitate prin acest procedeu. Când apa fierbinte nu vine direct la suprafaţă, ea trebuie exploatată
cu ajutorul puţurilor. Forările de puţuri necesită metode geologice şi petrografice speciale şi măsuri
deosebite de izolaţie datorită presiunii şi temperaturii ridicate, precum şi a substanţelor chimice
dăunătoare purtate de abur.
Un mare potenţial termic îl oferă diferite varietăţi de roci fierbinţi. În acest caz, metoda de
utilizare este oferită de schimbul de căldură folosind apa care este pompată la adâncimea necesară şi
apoi adusă la suprafaţă prin puţurile de pompare.
Cea mai simplă metodă este însă directa utilizare a izvoarelor fierbinţi. Exemplul clasic în
acest sens îl constituie Islanda. Din 1928 casele din Reykjavik sunt încălzite cu izvoare termale.
Germania, Franţa şi Italia au echipat de asemenea un număr de cartiere de locuinţe cu sisteme de
încălzire prin geotermie.
78
O modalitate nouă de utilizare o reprezintă pompele de căldură. Acestea permit reducerea
consumului de energie electrică, pentru că pot produce căldură, frig sau ambele forme de energie. Un
fluid circulă printr-o reţea subterană de ţevi, unde este încălzit de temperatura solului, apoi în
locuinţă el restituie căldura prin intermediul unui schimbător. Vara procesul poate fi inversat pentru
răcirea locuinţei.
Cele mai dese utilizări ale pompei de căldură sunt cele pentru climatizare, preparare apă caldă
de consum sau industrială, încălzirea spaţiilor de locuit, sau diferite aplicaţii industriale cum ar fi:
uscarea materialelor poroase, vaporizarea produselor volatile, sterilizarea, concentrarea soluţiilor,
etc.
Se constată, deci, că nivelul termic la utilizator nu are valori foarte ridicate, ele situându-se în
jurul valorilor de 50 ... 90°C. Ca surse de căldură de potenţial coborât se pot valorifica cantităţile de
căldură ce pot fi preluate din mediul ambiant (energia termică a apelor de suprafaţă, de adâncime,
geotermală, solară sau a solului) precum şi deşeuri, rezultate din diferite procese industriale sau
domestice (ape de răcire, flote calde uzate, condensat impurificat, apele menajere după tratarea lor în
instalaţiile de epurare, etc.).
Dintre pompele de căldură s-au dezvoltat, în mod special, cele cu absorbţie şi cele cu
compresie mecanică de vapori.
Schema unei pompe de căldură cu compresie mecanică de vapori este indicată în fig.6.1., cu
următoarele elemente principale componente:
Compresorul C, în care vaporii de agent frigorific se comprimă şi îşi ridică
temperatura, pe seama lucrului mecanic primit de la motorul M
Condensatorul Cd, în care are loc condensarea vaporilor comprimaţi şi cedarea
căldurii latente utilizatorului A
Ventilul de laminare VL (care în schema reală înlocuieşte detentorul), care are rolul
de a reduce din nou presiunea la cea din vaporizator în vederea asigurării capacităţii de preluarea
căldurii la temperatura mai coborâtă
Vaporizatorul Vp, în care agentul frigorific preia căldura de la resursa recuperabilă de
potenţial coborât (de exemplu apa unui râu, sau apa freatică, sau căldura solului, etc.) şi se
vaporizează, asigurând premisele reluării ciclului (după trecerea prealabilă prin separatorul de
picături Sp).
Fig.6.1. Schema unei pompe de căldură
În prezent sectorul pompelor de căldură este în expansiune în Europa de Nord (în principal
Suedia) şi Europa Centrală (Austria, Germania).
În ţara noastră există resurse geotermice în zona Oradea - Băile Felix şi zona Crişului
Repede, unde temperatura apei ajunge la 80-90°C şi la o presiune de 15 bar. Rezervele din această
79
zonă se estimează la cca. 76 mil.m3 anual. La o folosire cu un randament de numai 10% s-ar putea
economisi energia echivalentă a 270000 t lignit pe an.
6.2. CENTRALE GEOTERMALE
Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite în prezent pentru transformarea
energiei apei geotermale în energie electrică: - centrale “ uscate”si centrale electrice geotermale care
utilozeaza apa fierbinte; acestea sunt de doua tipuri: centrale electrice geotermale cu aer umed si
centrale electrice geotermale cu ciclu binar. Centrale „uscate”
Reprezintă cea mai veche variantă de centrală electrică geotermală. Soluţia poate fi utilizată
în condiţiile existenţei unei surse geotermale care produce abur uscat sau cu un conţinut redus de
umiditate.
În figura 6.2 este prezentat principiul de funcționare al unei centrale electrice geotermale cu
abur uscat. Aburul care alimentează turbina provine direct din sursa geotermală. După cum s-a
precizat mai sus, aburul nu trebuie să conţină umiditate deoarece schema nu prevede instalaţii de
separare a picăturilor de apă. După destinderea în turbină, aburul condensează, iar condensul este
reinjectat în rezervorul geotermal.
Fig.6.2. Schema unei centrale electrice geotermale cu abur uscat
Prima centrală de acest tip a fost pusă în funcţiune la Larderello, în Italia, în anul 1904.
Totuşi, sursele geotermale care să ofere direct abur uscat sunt foarte rare. În prezent, cea mai mare
centrală existentă se găseşte la Geysers (SUA), având o putere de aproximativ 1130 MW şi
cuprinzând grupuri cu puteri unitare de 55 şi 110 MW.
Centrală electrică geotermală utilizând apă fierbinte
Centralele electrice geotermale cu abur umed (figura 6.3)
Sunt cele mai des întâlnite. Principiul constă din prelevarea de apă fierbinte sub presiune
dintr-o sursă hidrotermală şi introducerea acesteia într-un expandor. Aburul format se destinde într-o
turbină producând lucru mecanic şi apoi condensând. Condensul astfel format se amestecă cu faza
lichidă rezultată de la expandor şi este reinjectat în rezervorul geotermal sau este trimis către un
consumator termic. Puterea unitară pentru o astfel de unitate energetică se situează în intervalul 5 –
100 MW.
În funcţie de nivelul termic al sursei hidrotermale este posibilă realizarea unei scheme cu
două nivele de presiune, în care producţia de abur se realizează în două expandoare înseriate. Apa
80
evacuată din expandorul de înaltă presiune este introdusă în expandorul de joasă presiune, producând
o cantitate de abur ce este injectată în turbină.
Fig.6.3. Schema unei centrale electrice geotermale cu abur umed
Centrală electrică geotermală cu ciclu binar (figura 6.4.)
O mare parte a rezervoarelor geotermale se caracterizează prin temperaturi relative coborate,
sub nivelul de 180 C. În acest caz pentru conversia energiei geotermale în energie electrică soluţia
optimă este utilizarea ciclurilor binare.
Apa provenită din sursa geotermală cedează căldura (prin intermediul unui schimbător de
căldură) către un alt fluid (ex. pentan, butan) care evoluează în ciclul motor al centralei. Acest fluid
se caracterizează printr-o temperatură de fierbere sensibil mai coborâtă decât cea a apei. În acest mod
poate fi utilizat un potenţial termic geotermal relativ scăzut.
Fig.6.4. Schema unei centrale electrice geotermale cu ciclu binar
81
CAPITOLUL 7. ENERGIA EOLIANĂ
7.1. ENERGIA EOLIANĂ - SURSĂ DE ENERGIE NEPOLUANTĂ
În larga paletă a surselor energetice regenerabile, nepoluante, energia eoliană ocupă astăzi un
loc preferenţial. Energia solară este însă aceea care face legătura completă între cele trei medii total
diferite, aflate dintotdeauna într-o legătură strânsă şi care se condiţionează reciproc: apa mărilor şi
oceanelor, litosfera şi atmosfera. În fiecare an sunt antrenaţi în circuitul apei din natură aproximativ
500000 km3 din imensul volum al oceanului planetar, estimat la aproape 1,4 miliarde km
3 de apă.
Suprafaţa sa însumează peste 360 milioane km2,
care reprezintă mai mult de 2/3 din suprafaţa totală a
globului pământesc.
Uriaşa forţă care pune în mişcare apele oceanului şi provoacă circulaţia din atmosferă provine
din radiaţia solară. Datorită capacităţii calorice diferite, uscatul şi apa se încălzesc diferit,
determinând o diferenţiere a gradului de încălzire a aerului atmosferic care vine în contact nemijlocit
cu acestea. Rezultă diferenţele de densitate, respectiv de presiune, de la suprafaţa apei, care
determină şi dirijează circulaţia aerului predominant orizontală sau, cu alte cuvinte, generează
vânturile. Consecinţa firească şi imediată a acestor vânturi asupra oceanului planetar sunt valurile şi
curenţii.
Desupra mărilor şi oceanelor vânturile sunt mai uniforme, chiar şi la înălţimi reduse. În
interiorul continentului, unde influenţa oceanului este practic nulă, energia solară se acumulează în
atmosferă diferenţiat în masele de aer, datorită variaţiei formelor de relief ale uscatului, vegetaţiei,
etc., transformându-se în energie cinetică şi provocând deplasarea cvasiorizontală a unor mase
imense de aer.
Vântul este mişcarea aerului datorată maselor de aer cu temperaturi diferite. Temperaturile
diferite sunt cauzate de masele de apă şi pământ care absorb diferit căldura Soarelui. La scară globală
mişcările masive de aer sunt cauzate de diferenţa de temperatură între pământul de la ecuator şi cel
apropiat de poli.
Din măsurătorile efectuate s-a constatat că la nivelul solului rafalele orare, luate ca variaţii ale
vitezei vântului în timp, au o valoare redusă şi prezintă oscilaţii bruşte, pe când la altitudini de 150-
200 m vitezele sunt mai mari, iar variaţiile sunt mult atenuate. Deoarece vântul va bate cât timp
soarele va încălzi Pământul este o sursă de energie regenerabilă, ce este exploatată în prezent pentru
a produce electricitate.
Turbinele eoliene curente funcţionează pe acelaşi principiu ca şi morile de vânt din
antichitate: palele unei elice adună energia cinetică a vântului pe care o transformă în electricitate
prin intermediul unui generator.
Cel mai mare dezavantaj al energiei eoliene este faptul că nu se obţine electricitate când
vântul nu bate sau bate prea slab, motiv pentru care trebuie asigurată o sursă alternativă de
electricitate.
Valorificarea energiei eoliene a început în anii 1970, odată cu prima criză mondială a
petrolului. În anii 1990 a revenit în prim plan din cauza îngrijorărilor generate de impactul asupra
82
mediului a poluării generate de combustibilii fosili. Singurele dezavantaje ale folosirii energiei
eoliene este impactul asupra păsărilor şi impactul vizual asupra mediului.
Unele turbine pot produce 5 MW, deşi aceasta necesită o viteză a vîntului de aproximativ 5,5
m/s, sau 20 km/oră. Puţine zone de pe Pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice
se pot găsi la altitudini mai mari şi în zone oceanice.
Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi şi, turbine noi de vânt se construiesc în
toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creştere în ultimii ani.
Majoritatea turbinelor produc energie peste 25 % din timp, acest procent crescând iarna, când
vânturile sunt mai puternice. Se crede că potenţialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să
asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată în prezent. Acest nivel de exploatare ar
necesita ca, 12,7% din suprafaţa Pământului (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de
turbine, presupunând că un kilometru pătrat de teren ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt. Aceste
cifre nu iau în considerare îmbunătăţirea randamentului turbinelor şi a soluţiilor tehnice utilizate.
Puterea turbinelor eoliene produse variază de la câţiva Watt până la 5 MW (prototip). Cele
mai mari capacităţi instalate le au Germania (12001 MW în 2002, acoperind 4,7% din nevoile de
energie electrică), Spania (4830 MW), Danemarca (2880 MW, acoperind 20% din nevoile de energie
electrică). În Germania, puterea medie a turbinelor era în 2002 de 1,4 MW, iar în unele cazuri
înălţimea turnurilor şi diametrul rotoarelor depăşea 100m.
7.2. ENERGIA EOLIANĂ LA NIVEL GLOBAL
Energia eoliană este sursa de energie care creşte ca aport procentual cel mai mult. Pe ultimii
zece ani se poate vorbi de o medie de aproximativ 29% creştere anuală (anul 2005 a înregistrat o
creştere record de 43%), mult peste 2,5% pentru cărbune, 1,8% pentru energie nucleară, 2,5% pentru
gaz natural şi 1,7% pentru petrol. Datorită iminentei crize a combustibililor şi efectelor alarmante ale
încălzirii globale este de aşteptat ca aceste cifre să crească în cazul energiei eoliene. Europa este
continentul care produce cea mai mare cantitate de energie folosind puterea vântului.
Trebuie menţionat că, între anii 1999 şi 2006, producţia energiei eoliene a crescut, practic, de
cinci ori, ajungând, ca, în unele ţări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie
semnificativ:Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).
În luna aprilie 2008, capacitatea fermelor eoliene din lume era de 100.000 MW, reprezentând
1,3% din consumul global de energie electrică.
Pentru anul 2010, World Wide Energy Association s-a aşteaptat ca la nivel mondial să se
producă 160 GW de electricitate folosind energie eoliană. Ţara cu cel mai mare procent de
electricitate provenit din energie eoliană este Danemarca, cu aproximativ 20%, iar ţara care produce
cea mai mare cantitate de energie este Germania, cu 38,5 TWh în 2007. Pe continentul nord american
lucrurile se mişcă mai greu, dar se mişcă în direcţia corectă, statele din SUA ce produc cantităţi
însemnate de curent folosind energia eoliană fiind Texas şi California. Pe locul patru la nivel
mondial se situează India cu 6270 MW în 2006. India este totodată şi unul dintre cei mai mari
producători de turbine eoliene.
La nivel individual turbinele eoliene sunt folosite cu precădere de locuinţele din zonele
izolate, unde nu ajunge reţeaua de curent electric sau se doreşte scăderea costului facturilor la
electricitate. Din păcate productivilitatea scăzută a cantităţii de energie ce poate fi produsă face
necesară folosirea energiei eoliene în conjuncţie cu alte mijloace de furnizare a electricităţii.
Dezvoltarea tehnologică a turbinelor va duce la scăderea costurilor de producere a curentului
provenit din energie eoliană, acesta fiind principalul factor motivant pentru folosirea unei surse de
energie alternative. În 2006 în SUA costul unui megawatt de electricitate produs din energie eoliană
se ridică la 55,8$, mai mare decât cei 53,1$ pentru un megawatt produs in cărbune şi 52,5$ pentru un
megawatt produs din gaze naturale. Printre avantajele turbinelor eoliene se numără costurile de
întreţinere relativ scăzute şi costul marginal scăzut.
83
7.3. AVANTAJE ŞI DEZAVANTAJE PRIVIND UTILIZAREA SISTEMELOR EOLIENE
Avantajele utilizării sistemelor eoliene
În contextul actual, caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de producerea
energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependenţei
de aceşti combustibili.
Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluţie foarte bună la problema energetică globală.
Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul
particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia
eoliană în special este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicaţiilor la scară
redusă.
Menţionăm câteva avantaje ale energiei eoliene:
emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se
ard combustibili.
nu se produc deşeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici unui
fel de deşeuri.
costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în
centralele eoliene moderne a scăzut substanţial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să fie chiar mai
mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare
externalităţile negative inerente utilizării combustibililor clasici. În 2004, preţul energiei eoliene
ajunsese deja la o cincime faţă de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scăderii
acestora, deoarece se pun în funcţiuni tot mai multe unităţi eoliene cu putere instalată de mai mulţi
megawaţi.
costuri reduse de scoatere din funcţiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de
exemplu, unde costurile de scoatere din funcţiune pot fi de câteva ori mai mari decât costurile
centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune, la capătul perioadei
normale de funcţionare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.
Dezavantajele utilizării sistemelor eoliene:
resursa energetică relativ limitată;
inconstanţa datorită variaţiei vitezei vântului şi numărului redus de amplasamente
posibile. Puţine locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii de electricitate folosind energia
vântului;
la început, un important dezavantaj al producţiei de energie eoliană a fost preţul destul
de mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă, preţul
de producţie pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prin îmbunătăţirea
parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenţi pe kilowatt oră;
un alt dezavantaj este şi "poluarea vizuală" - adică, au o apariţie neplăcută;
de asemenea produc "poluare sonoră" (sunt prea gălăgioase);
se afirmă că turbinele afectează mediul şi ecosistemele din împrejurimi, omorând
păsări şi necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor.
Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt au o apariţie atractivă
stilizată, că maşinile omoară mai multe păsări pe an decât turbinele şi că alte surse de energie,
precum generarea de electricitate folosind cărbunele, sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu,
deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră.
riscul mare de distrugere în cazul furtunilor dacă viteza vântului depăşeşte limitele
admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca ea să fie
depăşită.
Chiar dacă eolienele de primă generaţie erau deranjante din punct de vedere sonor, se pare că,
în prezent, dezvoltările tehnologice au permis reducerea considerabilă a zgomotului produs de astfel
84
de instalaţii. Astfel, pe scara surselor de zgomot, eolienele se situează undeva între zgomotul produs
de un vânt slab şi zgomotul din interiorul unei locuinţe, respectiv la aproximativ 45 dB. Evoluţia
nivelului sonor în funcţie de numărul de eoliene este logaritmică, respectiv instalarea unei a doua
eoliene determină creşterea nivelului sonor cu 3 dB şi nu dublarea acestuia.
Pentru diminuarea poluării sonore există mai multe căi:
multiplicatoarele sunt special concepute pentru eoliene. În plus, se încearcă
favorizarea acţionărilor directe, fără utilizarea multiplicatoarelor;
profilul palelor face obiectul unor cercetări intense pentru reducerea poluării sonore
determinată de scurgerea vântului în jurul palelor sau a emisiilor datorate nacelei sau pilonului.
Arborii de transmisie sunt prevăzuţi cu amortizoare pentru limitarea vibraţiilor;
antifonarea nacelei permite, de asemenea, reducerea zgomotelor.
7.4. STOCAREA ENERGIEI EOLIENE
Viteza vântului variază în timp, astfel şi puterea extrasă variază în timp. Din acest punct de
vedere sursa de energie eoliană este incomodă faţă de sursele clasice.
Vechile mori măcinau când bătea vântul sau pompele utilizate pentru evacuarea apelor din
polderele olandeze pompau când bătea vântul.
Unele utilizări ale agregatelor mici pentru gospodării tolerează această neuniformitate şi în
prezent. Majoritatea aplicaţiilor moderne sunt însă deranjate de regimul vântului. Aceste sisteme nu
pot fi concepute fără stocări sau compensări cu alte surse. Energia vântului valorificată economiseşte
alte surse de energie convenţionale.
Se întâlnesc două situaţii distincte:
agregate aeroelectrice cuplate la sistemul național sau regional;
agregate insulare pentru utilizări diverse.
În primul caz se situează centralele aeroelectrice dar şi agregatele mici aeroelectrice în zone
în care pot fi conectate la reţeaua electrică. Când bate vântul aceste centrale şi agregate izolate
injectează enegie în sistemul de transport, economisind surse termoelectrice dar mai ales
hidroelectrice care dispun de lacuri de acumulare.
Sistemele insulare de putere mică trebuie să rezolve stocarea pe plan local. Soluţiile sunt:
stocarea în acumulatoare electrice;
sisteme mixte vânt – hidro;
sisteme mixte vânt - generator termoelectric (sisteme vânt - Diesel), eventual și
generatoare de gaz sau biogaz;
stocări în rezervoare de apa;
stocări în aer comprimat.
Aceste sisteme mixte sau hibride sunt actuale pentru consumatori izolaţi la care dezvoltarea
reţelelor electrice nu este economică.
Datorită caracterului aleator manifestat prin variaţia continuă a elementelor caracteristice,
energia eoliană fiind dependentă de anotimp şi amplasament, s-a impus căutarea unor soluţii de
înmagazinare, de stocare a acesteia sub diferite forme, pentru ca apoi să poată fi utilizată în funcţie
de necesităţi. Acumularea energiei obţinute din vânt este de importanţă majoră, întrucât necesarul de
energie nu corespunde întotdeauna în timp cu existenţa fenomenelor care generează această energie.
Mijloacele tehnice care ne stau astăzi la dispoziţie permit stocarea energiei eoliene în:
acumulatoare electrice clasice (acide și alcaline)
acumulatoare hidraulice
aer comprimat
hidrogen (prin hidroliza apei).
Bateriile de acumulare clasice pot înmagazina cantităţi suficiente numai pentru
aprovizionarea cu energie a unor consumatori izolaţi şi numai pentru câteva zile. Se urmăreşte în
85
general satisfacerea consumurilor de primă necesitate. Energia înmagazinată în acumulatoare acide
sau alcaline nu poate depăşi 5 kwh.
Prin utilizarea instalaţiilor eoliene pentru pomparea şi stocarea apei în rezervoare amenajate
la cote superioare se urmareşte ca, în funcţie de cerinţe, aceasta să antreneze ulterior, prin cădere,
turbine hidraulice dimensionate corespunzător. Pompajul hidraulic este folosit în special în cadrul
amenajărilor eoliene mari, pentru orice valoare a energiei, şi mai ales în avalul unor amenajări
hidroenergetice, pentru repomparea apei în sistem, beneficind de existenţa acumulatorului hidraulic
(figura 7.1.).
Fig. 7.1. Schema de stocare a energiei eoliene în acumulatoare hidraulice
Producerea aerului comprimat pentru energii până la 10 kWh, este posibilă prin cuplarea unui
compresor de aer la maşina eoliană, energia pneumatică obţinută putând fi înmagazinată în recipienţi
special concepuţi în acest scop şi utilizată pentru diverse folosinţe, inclusiv pentru acţionarea unor
turbine de gaz, cuplate la generatoare de curent electric, în perioadele lipsite de vânt (fig 7.2.).
Fig.7.2. Schema de stocare a energiei eoliene în acumulatoare pneumatice
În cazul valorificării industriale în centrale cu putere instalată mare, de ordinul megawaţilor,
energia obţinută din vânt poate fi injectată direct în sistemul energetic naţional, de unde poate fi
extrasă în funcţie de necesităţi.
86
7.5. TIPURI DE TURBINE EOLIENE
Tubine eoliene cu ax vertical
Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică, având înălţimi de 0,1 – 0,5 din înălţimea
rotorului.
Aceasta permite amplasarea întregului echipament de conversie a energiei (multiplicator,
generator) la piciorul eolienei, facilitând astfel operaţiunile de întreţinere.
În plus, nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului, ca în cazul
eolienelor cu ax orizontal.
Totuşi, vântul are intensitate redusă la nivelul solului, ceea ce determină un randament redus
al eolienei, aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vânt.
În plus, aceste eoliene trebuiesc antrenate pentru a porni, pilonul este supus unor solicitări
mecanice importante.
Cele mai răspândite două structuri de eoliene cu ax vertical se bazează pe principiul tracţiunii
diferenţiale sau a variaţiei periodice a incidenţei:
Rotorul lui Savonius (figura 7.3.) în cazul căruia, funcţionarea se bazează pe principiul
tracţiunii diferenţiale.
Eforturile exercitate de vânt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi diferite.
Rezultă un cuplu care determină rotirea ansamblului.
Fig. 7.3. Rotorul Savonius
Rotorul lui Darrieus (figura 7.4.) se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei.
Un profil plasat într-un curent de aer, în funcţie de diferitele unghiuri, este supus unor forţe
ale căror intensitate şi direcţie sunt diferite.
Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor care roteşte dispozitivul.
87
Fig.7.4. Rotorul lui Darrieus
Turbine eoliene cu ax orizontal
Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vânt. Cel mai
adesea, rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic, deoarece astfel se obţine
un bun compromis între coeficientul de putere, cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian, ca şi o
ameliorare a aspectului estetic, faţă de rotorul cu două pale.
Turbinele eoliene cu ax orizontal sunt cele mai utilizate, deoarece randamentul lor
aerodinamic este superior celui al turbinelor eoliene cu ax vertical, sunt mai puţin supuse unor
solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut.
Există două tipuri de turbine eoliene cu ax orizontal:
- amonte: vântul suflă pe faţa palelor, faţă de direcţia nacelei. Palele sunt rigide,
iar rotorul este orientat, cu ajutorul unui dispozitiv, după direcţia vântului
(figura 7.5.).
Fig.7.5. Turbină eoliană amonte
- aval: vântul suflă pe spatele palelor, faţă de nacelă. Rotorul este flexibil şi se
auto- orientează (figura 7.6.).
88
Fig.7.6. Turbină eoliană aval
Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată, deoarece este mai simplă şi dă cele mai
bune rezultate la puteri mari: nu are suprafeţe de direcţionare, eforturile de manevrare sunt mai
reduse şi are o stabilitate mai bună.
Palele turbinelor eoliene cu ax orizontal trebuiesc întotdeauna, orientate în funcţie de direcţia
şi forţa vântului. Pentru aceasta, există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vântului şi de
orientare a palelor, în funcţie de intensitatea acestuia.
7.6. ALCĂTUIREA ŞI FUNCŢIONAREA UNEI TURBINE EOLIENE
Turbina eoliana este alcătuită din:
pale-forma şi concepţia lor este esenţială pentru a asigura forţa de rotaţie necesară.
Acest design este propriu fiecărui tip de generator electric;
nacela- conţine generatorul electric asigurând şi o protecţie mecanică;
pilon- asigură structura de susţinere şi rezistenţă a asamblului superior;
fundaţie- asigură rezistenţa mecanică a generatorului eolian (figura 7.7 a şi b.).
89
Fig. 7.7a. Turbina eoliană- părţi componente
Fig.7.7b.- Turbina eoliană- părţi componente(generatorul)
Funcţionarea unei turbine eoliene(figura 7.8.)
Sistemul se bazează pe un principiu simplu. Vântul pune în mişcare palele care, la rândul lor
acţionează generatorul electric. Sistemul mecanic are în componenţă şi un multiplicator de viteză
care acţionează direct axul central al generatorului electric. Curentul electric obţinut este, fie transmis
spre înmagazinare în baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui invertor DC-AC (în cazul turbinelor de
mică capacitate), fie livrat direct reţelei de curent alternativ (AC) spre distribuitori.
90
Fig.7.8. Funcţionarea unei turbine eoliene
7.7. ENERGIA EOLIANĂ ÎN ROMÂNIA
Conform Programului privind strategia energetică a României, în 2010 ţara noastră a trebuit
să asigure din surse regenerabile 33 % din consumul intern brut, cota urmând să ajungă la 35% în
2015 şi la 38% în anul 2020.
Dar, trebuie să menţionăm că, România înregistrează una dintre cele mai rapide creşteri ,în
cadrul UE, în domeniul energiei eoliene; capacitatea totală instalată a atins deja 462 MW(de 33 de
ori mai mult decât în 2009). La sfârşitul semestrului I al acestui an-2011- erau operaţionali 570 MW
şi, potrivit estimărilor Asociaţiei Române pentru Energie Eoliană capacitatea instalată de producţie a
energiei eoliene ar ajunge , la finele anului, la 1000 MW, aceasta însemnând dublu faţă de 2010.
Ministerul Economiei, Comerţului şi Mediului de Afaceri estimează că, peste 20-25 de ani
producţia de energie electrică va fi asigurată la nivel naţional, în principal, de centrale
nuclearoelectrice şi de turbine eoliene.
Potenţialul României în domeniul energiei eoliene este de 14000 MW instalaţi (respectiv 23
000 GWh, producţie de energie electrică pe an), aproape cât întreaga capacitate existentă în toate
tipurile de unităţi de producţie a energiei(Sursa: publicaţia „Univers Ingineresc”, nr. 18, din sept.
2011 ).
Este absolut necesar să fie prezentată o hartă a României cu potenţialul energetic eolian de
care dispune ţara noastră.
91
Fig. 7.9. Potenţialul energetic eolian al României
Considerând doar potenţialul tehnic şi economic amenajabil, de circa 2500 MW, producţia de
energie electrică corespunzătoare ar fi de aproximativ 6000 GWh pe an, ceea ce ar însemna 11% din
producţia totală de energie electrică a ţării noastre.
Pentru a întelege semnificaţia cifrelor de mai sus consideram că este necesar să subliniem
câteva lucruri:
6000 GWh se pot obţine prin aderarea a 6,5 milioane tone de cărbune, 1,5 miliarde m3
de gaz sau 1,2 milioane tone păcură;
6000 GWh = 1 200 000 tone păcură = 300 000 000 $ anual, altfel spus o reducere a
imporurilor de păcură cu peste 1,2 milioane tone şi o economie anuală de peste 300 milioane de
dolari.
6000 GWh energie electrică produsă în termocentrale pe cărbune, duc la eliminarea în
atmosferă a peste 7 milioane tone bioxid de carbon. Prin producerea aceleiaşi cantităţi de energie în
centralele eoliene emisiile de bioxid de carbon ar fi zero.
6000 GWh energie electrică produsă în centrale eoliene ar duce la crearea unui număr
de peste 7.500 locuri de muncă permanente şi cel puţin încă pe atât locuri de muncă temporare.
În Germania, făcând comparaţie între numărul de locuri de muncă din domeniul energiei
eoliene şi cel al energiei nucleare, raportul este de 10 la 1 în favoarea energiei eoliene, calculele
arătând că, aceeaşi unitate energetică creează de 10 ori mai multe locuri de muncă.
92
CAPITOLUL 8. BIOMASA - SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ
Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deşeurilor şi reziduurilor din agricultură,
inclusiv substanţele vegetale şi animale, silvicultură şi industriile conexe, precum şi partea
biodegradabilă a deşeurilor industriale şi urbane. Ea reprezintă resursa regenerabilă cea mai
abundentă de pe planetă. Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele
metabolice ale organismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu
descoperirea focului.
8.1. FORME DE VALORIFICARE ENERGETICĂ A BIOMASEI (BIOCARBURANŢI)
În ultimele câteva sute de ani, omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune.
Acest combustibil fosil a rezultat în urma unor transformări chimice îndelungate. Combustibilii fosili
sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa proaspătă. Cu toate
acestea, ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza timpului îndelungat de care au
nevoie pentru a se forma. În aceeaşi situaţie se află şi gazele naturale şi petrolul.
Azi, omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile. După energia solară,
biomasa a fost folosită în scopuri energetice.
Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de carbon şi, prin
urmare, ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta.
Astăzi, cercetările se concentrează pe conversia biomasei în alcool, care ar putea servi drept
carburant pentru suplimentarea şi chiar înlocuirea benzinei şi a motorinei. Alte forme lichide de
energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale. Metanolul produs prin distilarea lemnului şi a
deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi industrie, la preţuri
care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din lichefierea carbonului.
Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin, dar problema mare este că utilizează resurse
alimentare, cum sunt porumbul sau grâul. Dacă însă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri
alimentare sau agricole, deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari, efortul s-ar justifica pentru că
se reciclează deşeurile.
Există o largă varietate de surse de biomasă, printre care se numără copacii cu viteză mare de
dezvoltare (plopul, salcia, eucaliptul), trestia de zahăr, rapiţa, plantele erbacee cu rapiditate de
creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi din construcţii,
paiele şi tulpinele cerealelor, deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului, deşeurile de hârtie şi
uleiurile vegetale uzate. Principala resursă de biomasă o reprezintă însă lemnul.
Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale României, în
prezent ţara noastră îşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse hidro.
Exploatarea biomasei câştigă însă tot mai mult teren şi la noi.
Oficialii de la Bruxelles cer ca 20% din carburantul utilizat în 2020 să fie biogaz (în anul
2010 procentul a fost de 6% ). Pentru a atinge acest obiectiv, guvernul britanic a redus taxele asupra
biocarburanţilor cu 0,30 de euro pe litru, în timp ce reprezentanţii Uniunii Europene au dat,
agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc combustibili verzi (biogaz sau
alcool) (o perioadă, pentru că, pe măsură ce suprafeţele ocupate de plante ce produc biocombustibili
au crescut, subvenţiile acordate de UE au suferit modificări) .
Utilizaţi la scară mică, biocarburanţii sunt inofensivi. Dar, susţin unii specialişti în domeniul
energiei, proiectele Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de
combustibil, ceea ce nu reprezintă tocmai un demers ecologic.
93
Produse energetice finale rezultate din biomasă
Biomasa acoperă un evantai larg de filiere de producţie cu numeroase tipuri de resurse, un
anumit număr de tehnologii de conversie şi trei produse energetice finale:
Căldură
Energie electrică
Combustibili lichizi pentru transport
Ea utilizează:
Plantele oleaginoase (rapiţa, floarea soarelui, soia)
Plantele cu zahăr şi amidon (sfecla de zahăr, cereale, sorgul dulce)
Biomasa solidă (lemnul, paiele, turba)
Biomasa umedă (deşeuri organice, bălegarul)
Contrar altor resurse energetice, utilizarea biomasei are două avantaje: pe de o parte se
produce energie, iar pe de altă parte se scapă de deşeuri, care reprezintă un risc potenţial pentru
mediu.
a) Producţia de căldură
Arderea lemnului pentru a produce căldură este unul din principalele moduri de a genera
bioenergie. În funcţie de volum se pot utiliza mai multe sisteme: sobele cu lemne, casnice, care
utilizează buşteni sau granule; cazane care ard talaş; cazane mari, capabile să ardă o gamă largă de
combustibili, de la deşeuri de lemn până la combustibil extras din gunoaie.
b) Energie electrică, sau cogenerare de căldură şi energie electrică
Arderea este principala opţiune exploatată în prezent în acest domeniu, însă apar noi
tehnologii: gazeificarea (tratarea termică a biomasei, care permite obţinerea unui amestec de gaze ce
pot fi utilizate pentru generarea de energie); piroliza (degradarea termică a lemnului, care este
transformat în lichid, biouleiul); fermentarea anaerobă (proces biologic care converteşte biomasa în
biogaz, în principal metan şi CO2; cogenerarea, similară celei aplicate combustibililor fosili pentru
creşterea eficienţei energetice globale, ajungându-se la un randament global de 80-90%, faţă de 30-
40% în cazul unei centrale termoelectrice clasice. Utilizarea deşeurilor urbane pentru a genera
energie electrică şi căldură este tot mai mult acceptată ca o manieră importantă de a reduce costul
colectării deşeurilor, constituind totodată o strategie interesantă pentru o dezvoltare urbană durabilă.
Astfel este posibil să se transforme gunoiul menajer în biogaz, în vaste întreprinderi industriale de
producere a metanului (metanizare - ca la Seine – Saint Denis, în Franţa) în scopul de a reduce cât
mai mult cantitatea de deşeuri şi de a utiliza o parte din deşeurile menajere cu putere calorică mai
mare, combinate cu combustibili tradiţionali, pentru cogenerarea de căldură şi energie electrică.
Totuşi, trebuie menţionat că utilizarea deşeurilor urbane pentru cogenerarea de căldură şi energie
electrică prezintă şi riscuri şi inconveniente, ceea ce face această metodă puţin atrăgătoare.
Compostarea deşeurilor urbane comportă diverse riscuri şi prezintă conotaţii socioculturale negative,
cum ar fi potenţialul de transmitere a bolilor şi a agenţilor patogeni; ea presupune de asemenea şi un
cost suplimentar pentru transportul materiilor prime şi a produselor finale, costuri salariale pentru
colectarea şi trierea deşeurilor, precum şi degradarea calităţii vieţii în vecinătatea întreprinderilor de
tratare.
c) Biocombustibilii lichizi
Uleiurile vegetale, esterii metilici şi biodiesel-ul pot fi utilizate în motoarele automobilelor,
fie în stare pură, fie în amestec cu motorină. Etanolul (un biocombustibil lichid produs prin
fermentarea materiilor prime pe bază de sfeclă, urmată de o distilare) poate fi folosit în motoarele pe
benzină. Se pot obţine, de asemenea, biocombustibili lichizi pornind de la biogaz îmbogăţit (metan)
şi se dezvoltă în prezent producerea lor din materii prime pe bază de lemn.
94
În UE se pune tot mai mult accent pe obţinerea de biocombustibili lichizi din seminţele unor
plante de cultură, dar mai ales din seminţele de rapiţă (Brassica napus L. ssp. oleifera DC).
Valoarea energetică a uleiului de rapiţă şi a seminţelor în general este foarte ridicată. La o
producţie de 3,2 t/ha seminţe, rezultă 1,4 t ulei/ha, cu 1302*107 calorii – valoare energetică şi un total
de 1845*107 calorii /ha. Este considerat o sursă alternativă de energie – biocarburant pentru
motoarele Diesel, fie ca atare sau de ester metilic, în cadrul eforturilor globale de diminuare a
consumului combustibililor fosili în curs de epuizare şi a efectului „de seră” intensificat prin arderea
acestora.
Diesterul – produsul tehnic pe bază de ester metilic – rapiţă, realizat în Austria, Germania,
Franţa, Italia are performanţe tehnice superioare de combustibil, este biodegradabil, nu este toxic
pentru organismele acvatice, emite puţin fum prin ardere, nu degajă oxizi de sulf, responsabili de
ploile acide, nu conţine hidrocarburi aromatice, dar emite oxizi de azot.
Pentru România se propune crearea unui sistem integrat de producere a biocombustibilului,
care să includă şi diesterul metilic de rapiţă, astfel încât să se asigure fiecare formă o utilizare mai
eficientă a energiei, acompaniată de protecţia mediului.
Uleiul de rapiţă este un lubrifiant al sistemelor mecanice, oferind o mai buna protecţie la
uzură, cu un impact mai redus asupra mediului, comparativ cu lubrifianţii minerali, fiind mai puţin
volatil decât aceştia.
Dacă biomasa se gestionează de manieră durabilă, arderea ei nu produce aceleaşi efecte ca
cele ale combustibililor fosili: vegetalele suplimentare recoltate ca sursă viitoare de biomasă
consumă dioxid de carbon prin procesul de fotosinteză, astfel că, global, emisiile de CO2 sunt mai
mici în cursul procesului de ardere, faţă de arderea combustibililor fosili.
Avantaje ale utilizării biomasei , ca sursă de energie
Biomasa, ca sursă de energie, are următoarele avantaje:
componentele sale sunt foarte uşor de procurat;
securitatea aprovizionării este garantată (poate fi stocată în cantităţi mari);
tehnologia ei contribuie la crearea de locuri de muncă stabile, în special în regiunile
rurale;
oferă bune oportunităţi de a exporta tehnologii de dezvoltare şi know-how (savoir-faire);
utilizarea ei contribuie la atenuarea emisiilor de CO2 şi la reducerea altor emisii, de
exemplu SOx.
Totuşi, vegetalele sunt foarte puţin eficiente în ceea ce priveşte conversia energiei solare în
biomasă şi este necesar să se consacre suprafeţe considerabile de terenuri cultivate pentru a obţine
acelaşi randament energetic. Conform unor estimări, ar trebui circa 600 ha de vegetale recoltate
pentru a obţine 1 MW într-o centrală electrică.
8.2. BIOCOMBUSTIBILII
Biocombustibilii sunt combustibili solizi, lichizi şi gazoşi obtinuţi din biomasă, plante
ierboase sau lemnoase, deşeuri agricole şi forestiere, deşeuri organice municipale şi industriale.
Criza mondială de energie din ultimul timp a pus pe jar comunitatea ştiinţifică internaţională.
Preţul ţiţeiului este tot mai greu de controlat. De aceea, trebuie căutate noi metode de a obţine
combustibili “pe cale naturală”.
Se pare că soluţia cea mai bună o reprezintă înlocuirea combustibililor convenţionali, fosili cu
combustibili obţinuţi din surse regenerabile. Aceştia se numesc biocombustibili şi deja s-a început
procesul de substituire treptată a combustibililor convenţionali cu acest nou tip de carburant.
95
Din ce se pot obţine biocombustibilii?
După cum o spune şi definiţia lor – din resurse regenerabile, adică dintr-o materie primă care
poate fi refăcută permanent. O sursă permanentă de materie energetică o reprezintă plantele care
conţin glucide sau poliglucide care înmagazinează energie. O astfel de plantă este porumbul.
Orice crescător de animale ştie că porumbul conţine mult amidon, care este transformat de
animalul care îl consumă în energie, care, dacă depăşeşte necesităţile energetice ale organismului
este stocată sub formă de ţesut adipos. Amidonul poate fi transformat însă cu ajutorul enzimelor în
glucoză, care poate fi fermentată cu ajutorul microorganismelor în etanol. Iată, deci o altă modalitate
de a exploata energia înmagazinată în porumb, şi anume transformarea ei în etanol, care poate fi
amestecat cu benzina şi ars în motoare.
Pe lângă porumb, se mai folosesc şi alte produse vegetale pentru obţinerea de
biocombustibili: sfecla de zahăr, soia, rapiţa, sau chiar uleiurile rezultate de la restaurante după
prăjirea alimentelor.
Biocombustibilii şi depoluarea La nivel planetar, se “consumă” anual prin fotosinteză cca. 770x109 t de CO2, în timp ce sunt
emise în atmosferă cca. 797x109 t/an (Klass, 1998). Cantitatea totală de CO2 din atmosfera terestră
este de 2567x109 t. Astfel, se poate vedea că fotosinteza utilizează doar cca. 30 % din cantitatea de
CO2 şi deci că emisiile de CO2 exced consumul prin fotosinteză cu 27x109 t în fiecare an (cca. 1 %),
fapt ce conduce implicit (dacă nu se modifică nivelul absorbţiei) la dublarea concentraţiei de CO2 la
fiecare 100 de ani.
In acest moment, în ţara noastră utilizarea combustibililor de tip bio la motoarele
autovehiculelor rutiere este cu mult sub cerinţele impuse de asigurarea unui mediu mai curat.
Biomasa, materia primă pentru biocombustibili
Biomasa contribuie cu 14% la consumul mondial de energie primară, iar pentru trei sferturi
din populaţia globului care trăieşte în ţările în curs de dezvoltare aceasta reprezintă cea mai
importantă sursă de energie.
În prezent, în UE, 4% din necesarul de energie este asigurat din biomasă.
Folosită atât pentru obţinerea de curent electric, cât şi a agentului termic pentru locuinţe,
energia extrasă din biomasă ridică, mai nou, probleme de etică, întrucât în multe zone ale lumii e
nevoie mai degrabă de hrană, decât de combustibili.
Deşi folosirea biomasei în scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene,
există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări. Motivele
scepticilor sunt două: poluarea şi lipsa de hrană.
Biomasa este ansamblul materiilor organice nonfosile, în care se înscriu: lemnul, pleava,
uleiurile şi deşeurile vegetale din sectorul forestier, agricol şi industrial, dar şi cerealele şi fructele,
din care se poate face etanol.
La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili, energia produsă din biomasă provine
din energia solară înmagazinată în plante, prin procesul de fotosinteză.
Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea: combustibilii fosili nu
pot fi transformaţi în energie utilizabilă decât după mii de ani, în timp ce energia biomasei este
regenerabilă, putând fi folosită an de an.
Prima generatie de biocombustibili
Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică probleme etice, cum ar fi concurenţa
între produsele alimentare şi carburanţi.
Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei obţinuţi din diverse culturi precum grâu, porumb,
sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din rapiţă, floarea-soarelui, arahide, palmier de ulei pentru
filiera biodiesel.
96
A doua generatie de biocombustibili
Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase, din reziduuri
alimentare şi industriale. În acest sens, oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor din cea
de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic.
Ţări precum Germania, Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat sistemul de
biocarburanţi din cea de-a doua generaţie, dar costurile pentru construcţia unor astfel de biorafinării
sunt foarte mari.
Pe de altă parte, aceşti specialişti au sugerat că reîmpăduririle şi protejarea habitatelor
constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de gaze cu efect de seră. Ei susţin că pădurile
ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decât ar putea-o face utilizarea de biocarburanţi în aceeaşi
arie. Dimpotrivă, producerea de biocarburant ar duce la alte defrişări.
Întrucât dezvoltarea industriei de bioetanol din cereale a dus la creşterea preţului acestora, se
promovează cercetările pentru obţinerea de biocombustibili din biomasă lignocelulozică (paie,
coceni, plante nefurajere şi nealimentare etc) sau din dejecţii şi deşeuri (gunoi de grajd, ape uzate,
gunoaie orăşeneşti, deşeuri industriale etc).
Biocombustibilii solizi se obţin cel mai simplu, din biomasă vegetală nevaloroasă. Există
echipamente de producere a brichetelor (peleţilor), fixe, sau chiar şi mobile, care convertesc
deşeurile celulozice (rumeguş, paie, alte produse vegetale, care nu sunt valorificate în alt mod, sau
pur şi simplu sunt arse pe câmp fără a se folosi acea energie degajată) într-o marfă vandabilă.
Biocombustibilii lichizi sunt biodieselul şi bioetanolul.
Tipuri de biocombustibili:
Biocombustibil Ce este? Argumente Pro Argumente Contra
Eta
nol
din
bio
mas
ă
agri
col
ă
Alcool obţinut prin
fermentarea cerealelor,
plantelor tehnice şi altor surse
vegetale.
Combustibil cu cifră octanică
mare şi emisii reduse de gaze
cu efect de seră.
Dificultăţi în transportul prin
conducte, consumă cantităţi
mari de biomasă agricolă
alimentară sau furajeră.
Eta
nol
din
lign
oce
lul
oză
Alcool obţinut prin conversia
biomasei lignocelulozice la
glucide fermentescibile
urmată de fermentarea
acestora la etanol.
Combustibil cu cifră octanică
mare şi emisii reduse de gaze
cu efect de seră. Nu utilizează
materii prime alimentare sau
furajere.
Dificultăţi în transportul prin
conducte. Este mai scump
decât etanolul din cereale.
Bio
gaz
Amestec de gaze in care
predomină metanul, obţinut
prin fermentarea anaerobă a
gunoiului sau altor deşeuri
sau subproduse agricole,
menajere sau industrial.
Materia primă este
nevaloroasă, rol important în
managementul deşeurilor.
Poate fi o sursă de energie în
comunităţi rurale, sau zone
sărace ale globului.
Este greu de lichefiat şi de
aceea nu poate fi folosit în
transporturi. Comoziţia lui este
heterogenă, în funcţie de
materia primă şi tehnologie.
Bio
die
s
el Un carburant asemănător
motorinei, obţinut din uleiuri
vegetale.
Reduce emisiile şi este
lubrifiant pentru motoare.
Dificultăţi în transportul prin
conducte. Nu este agreat de toţi
constructorii de motoare şi
automobile.
Motorină
regen
erabilă
Un carburant asemănător
motorinei, obţinut din grăsimi
vegetale şi hidrocarburi.
Corespunde standardelor
pentru motorină cu conţinut
foarte scăzut de sulf, adaosul
de grăsimi animale
îmbunătăţeşte proprietăţile de
igniţie; poate fi transportat
prin conducte
Emisiile sunt mai ridicate ca în
cazul biodieselului.
Bio
b
uta
n
ol Combustibil alcoolic,
asemănător etanolului.
Mai uşor de transportat, mai
puţin coroziv în conducte
decât etanolul.
Nu se produce încă la
capacitate mare.
97
a) Etanol din biomasă agricolă
Etanolul din biomasă agricolă este un alcool obţinut prin fermentarea cerealelor, plantelor
tehnice şi altor surse vegetale.
Spre deosebire de biomasa forestieră, care este disponibilă pe toată perioada anului, biomasa
agricolă nu este, de obicei, disponibilă decât o dată pe an.
Intrări:
Cereale
Melasă
Coceni
Rumeguş
Borhot
Plante energetice
Deşeuri
Ieşiri:
Alcool
CO2
Glicerol
Sustanţe chimice
Subst. Solubile
Drojdie
Aditivi furajeri
Biorafinărie
b) Etanol din biomasa lignocelulozica
Subprodusele sau deşeurile rezultate din activităţi agricole sau industriale şi care conţin
celuloză (paie, coceni, hârtie etc) reprezintă o sursă importantă de energie nevalorificată
corespunzător.
Deşeurile celulozice pot fi hidrolizate la glucide simple, fermentescibile (glucoză, celobioză,
xiloză etc), care pot fi fermentate la etanol, butanol, sau alţi compuşi care pot fi carburanţi sau
materie primă pentru industria chimică.
Pentru a fi viabil din punct de vedere economic, costul de producţie a etanolului din biomasă
lignocelulozică, trebuie să fie competitiv cu ceilaţi biocombustibili.
Etanolul din lignoceluloză este un alcool obţinut prin conversia biomasei lignocelulozice la
glucide fermentescibile, urmată de fermentarea acestora la etanol.
c) Biogaz
Amestecul gazos format din metan (maximum 80%) şi dioxid de carbon (minimum 20%),
alături de care se întâlnesc cantităţi mici de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptan, vapori de apă,
precum şi urme de amoniac, azot, indol şi scatol constituie biogazul; se formează prin
descompunerea substanţelor organice în mediu umed şi lipsă de oxigen. Componentul de bază a
biogazului este metanul.
Primele descrieri a biogazului sunt efectuate de către fizicianul Volta la sfârşitul secolului al
XVII-lea. Volta a extras pentru prima dată metanul din gazele de mlaştină.
Ca materie primă pentru formarea biogazului serveşte biomasa, ce reprezintă materiale
vegetale reziduale. Celuloza este principalul component a materiei organice utilizate la formarea
biogazului. Conţinutul celulozei în materia organică este de circa 50%. Dintre componentele chimice
ale materiei organice, gradele cele mai ridicate de conversiune în biogaz au celulozele,
hemicelulozele şi grăsimile.
98
Procesul de formare a biogazului, fermentarea anaerobă, are loc la temperaturi între 20-45°C,
în prezenţa a două specii de bacterii:
Bacilus cellulosae methanicus, responsabil de formarea metanului
Bacilus cellulosae hidrogenicus, responsabil de formarea hidrogenului
Ulterior, aceste două specii au fost reunite sub denumirea comună de methano-bacterium.
Fermentarea anaerobă nu poate avea loc în prezenţa luminii şi oxigenului, în lipsa unui mediu
cu umiditate mare. La descompunerea materiei organice participă şi microorganisme fermentative
nespecializate: bacterii celulozice, lactice, acetice, sulfat-reductoare şi denitrificatoare, precum şi
numeroase specii de ciuperci şi unele drojdii. Microorganismele menţionate îşi petrec activitatea în
prima fază a fermentării.
Cel mai ridicat potenţial îl are procesul de fermentare anaerobă la temperaturi în jur de 40°C.
Prin fermentarea anaerobă, microorganismele descompun materia organică, eliberând o serie de
metaboliţi, în principal bioxid de carbon şi metan.
În functie de materia primă, cantitatea de metan în biogaz este de 35-80%. Cantitatea maximă
de metan se obţine la fermentarea resturilor animaliere, în special de la complexele avicole.
În prezent există circa şapte procedee de recuperare a energiei din reziduurile organice
agricole: fermentarea anaerobă la temperatura mediului ambiant, fermentarea anaerobă la temperaturi
ridicate, descompunere anaerobă termofilă, distilarea distinctivă, compostarea, incinerarea şi
transferul de căldură.
Biogazul necesită a fi prelucrat până la utilizare. De obicei este trecut prin separatoare
speciale, unde metanul este separat de restul gazelor.
Utilizarea biogazului brut (preseparat) poate duce la intoxicare, deoarece în componenta
acestuia se gasesc gaze toxice.
Metanul este componentul care conferă biogazului valoare energetică. În stare pură este un
gaz combustibil, lipsit de culoare, miros sau gust; mai uşor decât aerul (M=16); arde cu flacără
albăstruie; are o putere calorică de 97 MJ pe mililitru (puţin mai mult ca motorina).
Biogazul, comparativ cu metanul pur, are o putere de 25 MJ/ml, din cauza prezenţei în el a
bioxidului de carbon şi altor gaze. Metanul nu se lichefiază la temperatura mediului ambiant (de la -
20°C până la +40°C). Se păstrează la presiuni joase în containere cu volum mare sau presiuni ridi-
cate în volume mici.
Metanul se întrebuinţează ca agent energetic. Este un combustibil superior cărbunelui şi chiar
unor produse petroliere prin puterea calorică mai mare, cheltuieli de exploatare şi transport mai
redus. Poate fi utilizat la obţinerea hidrogenului prin descompunere sau prin oxidare, când se obţine
carbon, vapori de apă sau oxizi de carbon şi hydrogen.
Ca atare,biogazul este este termenul folosit pentru amestecul de gaze(metan, hidrogen și
bioxid de carbon etc.) de origine biogenă, care iau naștere prin procesele de fermentație sau
gazeificare a diferite substanțe organice.
Aceste gaze servind prin ardere ca sursă energetică (energie biogenă). Energia obținută din
acest lanț, biomasă→biogaz→curent electric și agent termic, se numește energie regenerabilă, pe
următorul considerent: dioxidul de carbon eliminat în atmosferă la arderea biogazului, reprezintă o
cantitate cel mult egală cu cu cantitatea asimilată de plantele sau nutrețurile consumate de animale,
în perioada lor vegetală.
În ideea protocolului de la Kyoto, biogazul reprezintă un circuit închis de dioxid de carbon,
spre deosebire de carburanții fosili (gaz metan, cărbune, țiței) la arderea cărora se degajă dioxid de
carbon care a fost asimilat cu multe mii de ani în urmă.
Biogazul provenind din bălegar poate încălzi locuinţele; purificat şi comprimat, el poate
alimenta maşinile agricole.
Utilizarea deşeurilor animaliere sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea,
minimizând problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie.
99
d) Biodiesel
Biodieselul este un biocombustibil sintetic lichid care se obţine din lipide naturale , ca uleiuri
vegetale sau grasimi animale, noi sau folosite, prin procese industriale de esterificare şi trans-
esterificare. Se poate folosi în substituirea totală sau parţială a petro-dieselului.
Biodieselul poate să se amestece cu motorină care provine din rafinarea petrolului în diferite
cantităţi. Se folosesc abrevieri potrivit procentajului de biodiesel din amestec: B100 în cazul folosirii
de 100% biodiesel, sau notaţii ca B5, B15 sau B30 unde numărul indică procentajul de volum
biodiesel din amestec.
Uleiul vegetal, ale cărui propietăţi pentru impulsarea motoarelor se cunosc de la inventarea
motorului Diesel datorită rezultatelor lui Rudolf Diesel. La începutul secolului XXI, în contextul
căutării de noi surse de enegie şi a îngrijorării privind încălzirea globală, s-a impulsat folosirea lor în
locul derivaţilor din petrol.
Biodieselul descompune cauciucul natural, de aceea este necesar substituirea prin elastomeri
sintetici în cazul folosirii de amestecuri cu un înalt conţinut de biodiesel.
Impactul ambiental si consecinţele sociale din previzibila producţie şi comercializare masivă,
în special în tările în curs de dezvoltare sau în lumea a treia, este obiectul între specialişti şi diferite
agenţi sociali, guvernamentali şi internaţionali.
Carburanţii biodiesel sunt o alternativă ecologică la motorină, fiind cu mult mai puţin
poluanţi, dar oferă şi avantajul ca pot fi produşi din mai multe surse regenerabile, principala
modalitate folosită fiind uleiurile vegetale.
Biodieselul are şi câteva dezavantaje, precum:
o durată de păstrare mai redusă decât a motorinei (circa opt luni)
putere mai mică a motoarelor alimentate cu biodiesel, faţă de cele alimentate cu motorină
punct de inflamabilitate mai ridicat decât al motorinei
o vâscozitate mai mare decât motorina, în anumite perioade ale anului, care pune unele
probleme motoarelor
Toate aceste deficienţe pot fi remediate prin diverse procedee tehnice, inclusiv prin adăugarea
de aditivi.
Biodieselul se descrie ca un compus organic din acizi graşi de lanţ lung sau scurt.
e) Motorină regenerabilă
Motorina regenerabila este un carburant asemănător motorinei, obţinut din grăsimi vegetale şi
hidrocarburi.
Aceasta corespunde standardelor pentru motorină cu conţinut foarte scăzut de sulf, adaosul de
grăsimi animale îmbunătăţeşte proprietăţile de igniţie. Poate fi transportat prin conducte.
Principalul dezavantaj constă în faptul că emisiile sunt mai ridicate ca în cazul biodieselului.
f) Biobutanol
Butanolul poate fi folosit ca un combustibil într-un motor cu ardere internă. Butanolul din
biomasă se numeşte biobutanolul. Acesta poate fi utilizat nemodificat, în motoarele care folosesc
benzină. Butanolul poate fi făcut din alge sau diatomee folosind numai energie solară. Acest tip de
combustibil are o densitate de energie cu 10% mai puţin decât benzina şi mai mare decât cea a
etanolului sau a metanolului . În majoritatea motoarelor pe benzină, butanolul poate fi folosit în loc
de benzină, fără nici o modificare.
În mai multe teste, consumul de butanol este similar cu cel de benzină, dar în amestec cu
benzina, oferă o performanţă mai bună şi rezistenţă la coroziune decât cea de etanol.
Şi deşeurile verzi rămase de la extracţia uleiului de alge poate fi folosit pentru a produce
butanol.
100
BIBLIOGRAFIE
1. Stela Axinte, Curs de Ecologie, Ed. I.P. Iaşi, 1994.
2. Berca, M., Ecologie generală şi protecţia mediului, Ed. Ceres, Bucureşti, 2000.
3. Stela Axinte, ş.a., Ecologie şi protecţia mediului, Ed. ECOZONE, Iaşi, 2003.
4. Leca A., Principii de management energetic, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1997.
5. Gătina, V.- Note de curs. Universitatea „Petru Maior” din Tg. Mureş, 2007.
6. Constantin Iulian – Utilizarea energiei valurilor. Editura tehnica, Bucuresti 1990
7. Articole:
Relicovschi, Adina – „Politici în managementul mediului”, Institutul European din
România, Bucureşti: 2000
Jehlicka, Petr -“Environmental Implications of Eastern Enlargement of the EU: The
End of Progressive Environmental Policy”, Robert Schuman Centre for Studies, European University
Institute: Florence, 2002.
KOK, Wim – „Enlarging the European Union: Achievements and Challenges ?”,
Robert Schuman Centre for Advanced Studies, European University Institute: Florence, 2003.
Rapoarte: 2002 Regular report on Romania’s progress towards accession –
2002)1409, Bruxelles, 2002.
“România curată – Program concret pentru sănătatea mediului”, Bucureşti: aprilie
2002 “Europe’s Environment: The Third Assesment” - Environmental Assesment Report, European
Environment Agency: Copenhagen, 2003.
“Raport asupra progreselor înregistrate în pregătirea pentru aderarea la Uniunea
Europeană în perioada septembrie 2002 - iunie 2003”, Guvernul României :iunie 2003.
Legislaţie: Communication from the Commission to the Council, the European and
the candidate countries in Central and Eastern Europe of 20 May 1998 on Accession strategies for
the environment:Page 41 meeting the challenge of enlargement with the candidate countries in
Central and Eastern Europe Communication from the Commission of 15 May 2001 - A sustainable
Europe for Better world: a European Union strategy for sustainable development (Commission's
proposal to the Gothenburg European Council).
Communication from the Commission to the European Parliament, the Council.
8. Adrese de web:
-http://www.euobserver.com/
-http://www.euractiv.com
-http://www.gefonline.org
-http://www.infoeuropa.ro
-http://www.mappm.ro
-http://www.mie.ro
-http://www.un.org/
-www.gvec.net
-www.evea.org
-http://ro.wikipedia.org/wiki/Val
-http://www.biocombustibil-
tm.ro/prezentare.html
-http://www.revista-ferma.ro/articole-actualitate/biomasa-
bioenergie-biocombustibili.html
-http://www.ecomagazin.ro/combustibilii-bio-nocivi-pentru-
mediu/
-http://www.ecomagazin.ro/biocombustibilii-mai-daunatori-
pentru-mediu-decat-combustibilii-fosili/
-http://www.ziare.com/mediu/energie-verde/biocombustibilul-
mai-periculos-pentru-mediu-decat-cel-fosil-1054244
-http://ro.wikipedia.org/wiki/Biodiesel
-http://ro.wikipedia.org/wiki/Biogaz
-http://spiridons.ecosapiens.ro/biogazul/
*** Publicaţia AGIR “ Univers Ingineresc”, nr. 15-18, din august-septembrie 2011.
*** Revista Biodiesel Magazin