UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ

ŞI TEHNOLOGIA INFORMAłIEI

REZUMAT

TEZĂ DE DOCTORAT

METODĂ DE PROGNOZĂ ŞI CONTROL PRIVIND POSIBILITĂłILE DE UTILIZARE

EFICIENTĂ A POTENłIALULUI GEOTERMAL DIN ROMÂNIA

Conducător ştiinŃific: Prof.dr.ing. Teodor MAGHIAR

Doctorand: Ing. Elena A. VASII (ZIERLER)

Oradea 2009

1. Introducere Procesele accelerate de industrializare şi de urbanizare care au cuprins, în

ultimele decenii întreaga lume, au condus inevitabil la o creştere accelerată a consumului de energie. Ca şi mari consumatoare de energie putem enumera următoarele activităŃi:

� InstalaŃii şi forŃă în industrie 30-40% � Transporturi 20-25% � UtilităŃi menajere 15-20% � Încălzirea clădirilor 15-18%

Criza mondială de energie care vizează în primul rând resursele energetice clasice a impus găsirea mijloacelor celor mai convenabile de exploatare şi de valorificare competitivă a resurselor energetice neconvenŃionale.

Resursele neconvenŃionale cu o potenŃialitate energetică remarcabilă sunt: energia nucleară, energia solară, energia eoliană, energia hidraulică şi mareică, şi energia geotermală.

Pământul este un rezervor imens de energie sub formă de căldură. Partea cea mai mare din această energie se află la adâncimi prea mari în interiorul planetei şi se răspândeşte prea difuz în părŃile ei superioare, unde când ajunge este complect mascată de energia calorică a radiaŃiei solare. Toate mişcările din interiorul globului sunt raportate la evenimente termice.

Comisia Europeană recunoaşte necesitatea promovării surselor regenerabile de energie (SRE) ca o măsură prioritară, dată fiind contribuŃia exploatării acestora la protecŃia mediului şi dezvoltarea durabilă. Utilizarea ridicată a SRE reprezintă o parte importantă a Protocolului de la Kyoto asupra schimbărilor climatice, valabil până în 2012. La 10 ianuarie 2007, Comisia Europeană a adoptat un pachet integrat de măsuri, în domeniul energiei şi al schimbărilor climatice, invitând Consiliul şi Parlamentul European să aprobe un angajament independent al UE de a reduce cu cel puŃin 20% emisiile de gaze cu efect de seră până în anul 2020, comparativ cu nivelurile noxelor din anul 2005, precum şi obiectivul de a obŃine 20% din totalul energiei din surse regenerabile, până în 2020, inclusiv obŃinerea a 10% energie produsă din biocarburanŃi.

În condiŃiile concrete din Romania, în balanŃa energetică se iau în considerare următoarele tipuri de surse regenerabile de energie:

� energia solară - utilizată la producerea de căldură prin metode de conversie pasiv a sau activă sau la furnizarea de energie electrică prin sisteme fotovoltaice;

� energia eoliană - utilizată la producerea de energie electrică cu grupuri aerogeneratoare;

� hidroenergia - centrale hidroelectrice cu o putere instalată mai mică sau egală cu 10 MW ("hidroenergia mică"), respectiv centrale hidro cu o putere instalată mai mare de 10 MW ("hidroenergia mare");

� biomasa - provine din reziduri de la exploatări forestiere şi agricole, deşeuri din prelucrarea lemnului şi alte produse; biogazul este rezultatul fermentării în regim anaerob a dejecŃiilor animaliere sau de la staŃiile de epurare orăşeneşti;

� energia geotermală - energia înmagazinată în depozite şi zăcăminte hidrogeotermale subterane, exploatabilă cu tehnologii speciale de foraj şi extracŃie.

Fig. 1.1. DistribuŃia teritorială a energiilor regenerabile. I - Delta Dunării (energie

solară); II - Dobrogea (energie solară, energie eoliană); III - Moldova (câmpie şi platou: micro-hidro, energie eoliană, biomasă); IV - CarpaŃii (IV1 - CarpaŃii de Est; IV2 - CarpaŃii de Sud; IV3 - CarpaŃii de Vest, potenŃial ridicat in biomasă, micro-hidro si eoliana); V - Platoul Transilvaniei (potenŃial ridicat pentru micro-hidro si biomasa); VI - Câmpia de Vest (potenŃial ridicat pentru energie geotermică si eoliana); VII - SubcarpaŃii (VII1 - SubcarpaŃii getici; VII2 - SubcarpaŃii de curbură; VII3 - SubcarpaŃii Moldovei (potenŃial ridicat pentru biomasă, micro-hidro); VIII - Câmpia de Sud (biomasă, energie geotermică, energie solară) (sursa: AIE).

DistribuŃia procentuală a energiilor regenerabile (estimare pentru anul 2010)

� 65% biomasă � 17% energie eoliană � 13% energie solară � 4% microhidrocentrale � 1% energia geotermală

65%

13%

4%

17%

1%

biomasa

energia eoliana

energia solara

microhidrocentrale

energia geotermala

Fig. 1.2. DistribuŃia procentuală a energiilor regenerabile

2. ENERGIE GEOTERMALĂ

În toate scenariile, perioada de vârf a combustibililor fosili este aproape depăşită. Se prognozează ca benzina şi gazul să continue să fie importante surse de energie; se aşteaptă o creştere semnificativă în domeniul resurselor regenerabile (cu 30÷80% în 2100). Puterea hidro şi biomasa sunt deja factori importanŃi în producŃia de energie, contribuind cu 28% din totalul energiei cerute, acolo unde resursele regenerabile de energie constituie numai 2% din energia primară utilizată în lume. Energia solară este singura resursă regenerabilă de energie cu un potenŃial larg care nu este încă comercializată competitiv ca sursă convenŃională de energie. Biomasa, energia eoliană şi energia geotermală sunt comercializate competitiv şi înregistrează progrese relativ rapide.

2.1. Aspecte generale privind energia geotermală Dezvoltarea extraordinară a societăŃii umane din ultima jumătate de secol,

impune un consum energetic tot mai mare. Acest lucru a determinat orientarea cercetătorilor spre noi surse de energie, ieftine şi nepoluante. O sursă de energie practic inepuizabilă şi "curată" sunt apele geotermale. În ultimele decenii tehnologiile geotermale au devenit importante.

Gradientul geotermal exprimă creşterea temperaturii cu adâncimea, valoarea medie fiind de 2,5-30C/100 m, ceea ce corespunde unei temperaturi de 1000C la 3000 m adâncime. Există numeroase zone unde valoarea gradientului geotermal diferă considerabil faŃă de valoarea medie. Spre exemplu în zonele unde platoul de rocă a suferit prăbuşiri rapide şi bazinul este umplut cu sedimente „foarte tinere” din punct de vedere geologic, gradientul geotermal poate fi mai mic de 10C/100 m. Pe de altă parte în alte zone geotermale gradientul depăşeşte de câteva ori media.

In general, valoarea acestui gradient este de 250C/km, însă există numeroase zone în care gradientul termic din apropierea scoarŃei este mult mai mare. Aceste zone sunt adevarate rezervoare termale subterane, de energie geotermică de potenŃial ridicat, care, în anumite condiŃii favorabile, pot fi exploatate pentru a deservi instalaŃiile de încălzire şi instalaŃiile de preparare a apei calde menajere.

Sistemele geotermale pot fi găsite în zone cu un gradient geotermal

normal sau aproape normal şi în regiuni joase, unde gradientul geotermal poate fi

semnificativ mai ridicat decât media. În primul caz sistemele vor fi caracterizate de temperaturi scăzute, de obicei ajungându-se până la 1000C pentru adâncimi optime din punct de vedere economic. În al doilea caz temperaturile se pot situa într-o plajă largă, de la foarte scăzute până la foarte înalte, atingând 4000C.

Un sistem geotermal poate fi descris ca un sistem în care apa este folosită ca agent de transport, prin intermediul căruia căldura este preluată de la sursa din subsol şi transmisă la suprafaŃă către un consumator.

Un sistem geotermal este compus din 3 elemente principale: o sursă de căldură, un rezervor şi un fluid.

� Sursa poate fi o intruziune de rocă magmatică de temperatură foarte înaltă (> 6000C), situată la adâncimi relativ mici (5-10 km).

� Rezervorul este un volum de roci fierbinŃi, permeabile, de la care fluidele transportoare extrag căldura. Rezervorul este de obicei acoperit de un strat de roci impermeabile şi conectat cu o zonă de încărcare de suprafaŃă, prin care apa din precipitaŃii poate înlocui total sau parŃial fluidele ce se pierd din rezervor prin izvoare sau sunt extrase prin sonde.

� Fluidul geotermal este apa, în majoritatea cazurilor din precipitaŃii, în stare lichidă sau vapori, funcŃie de temperatură şi presiune. Această apă transportă de asemenea elemente chimice şi gaze precum CO2, H2S etc.

Sistemele geotermice se clasifica in funcŃie de temperatura şi presiunea sistemului şi de modul in care energia termică este transferată spre sol. Se identifică patru tipuri de sisteme geotermice.

2.2. Tipuri de surse geotermale (Sisteme geotermale)

Etapele cunoaŃterii naturii sunt responsabile de crearea şi îmbogăŃirea imaginii

generale a lumii materiale dominată de unicitate, de mişcare, de interacŃine. Mişcarea materiei îmbracă diferite forme (atomică, subatomică, mecanică, termică, electromagnetică, chimică, biologică, socială, cibernetic-informaŃională, cosmică) forme caracterizate de sistemul prorpiu fiecăruia. Sistemul fiind un compus de elemente care se mişcă. În mişcarea termică sistemul este termodinamic iar elementele sale în mişcare sunt ansamble imense, ca număr de atomi şi molecule. Mişcarea termică există oriunde se află un sistem material cu o temperatură oarecare. Fenomenele termice care se produc în interiorul planetei sunt conexate, fiecare într-un anumit fel de starea termică a masei terestre.

Se disting patru categorii de surse geotermale: a) Surse hidrotermale b) B) Surse sub presiune c) C) Roci fierbinŃi d) D) Magma

2.3. Explorarea zăcămintelor de resurse geotermale Pentru a determina parametrii de exploatare ai resurselor geotermale, este

necesar să se facă cercetări. Cercetările sunt de natură hidro-geologică, geofizică şi geochimică. Studiile geologice şi hidro-geologice au un rol important în toate fazele cercetării geotermale, până la amplasarea obiectivului şi crearea sondelor. De asemenea, oferă informaŃiile suport pentru interpretarea datelor obŃinute de la alte

metode de explorare şi, în final, pentru construcŃia unui model realist al sistemului geotermal şi stabilirea potenŃialului resurselor.

2.3.1. Forarea După diverse activităŃi de cercetare a zonei, următorul pas în dezvoltarea

proiectului geotermal îl reprezintă forarea. PuŃurile geotermale, indiferent dacă sunt de explorare sau producŃie, sunt realizate utilizând tehnologii de forare rotativă, adoptate masiv din industria petrolieră. Acestea au fost modificate pentru a lucra la temperaturi înalte şi în formaŃiuni de rocă specifice. Adâncimea puŃurilor geotermale în câmpurile actuale de producŃie este între 500 şi 5 000 m, cu o medie a adâncimii de 1 500 m.

2.3.2. Utilizarea resurselor geotermale Utilizarea energiei geotermale depinde de parametrii termici ai resursei. Spre

exemplu resursele cu fluide geotermale ce depăşesc 1500C pot fi utilizate la producerea de energie electrică, fiind pe deplin justificate tehnic şi economic (pragul minim actual pentru producerea de energie electrică este de 970C). Sub această temperatură, energia geotermală este utilizată în tehnologii de prelucrare directă, majoritatea construite ca sisteme în cascadă (vezi figura 2.3). Pe ansamblu, energia geotermală prezintă o serie de avantaje certe:

• Este o sursă locală de energie primară care poate reduce importul unor combustibili fosili scumpi (gaz natural, petrol);

• Are un impact pozitiv asupra mediului înconjurător prin înlocuirea unor combustibili fosili puternic poluanŃi (cărbunele);

• Spre deosebire de alte forme de energie regenerabilă (solară, eoliană) poate fi exploatată în mod continuu, indiferent de condiŃiile atmosferice;

• Reprezintă o sursă de energie primară sigură care nu necesită instalaŃii de stocare.

a) Centrale electrice geotermale a.1) Centrală electrică geotermală cu abur uscat a.2) Centrală electrică geotermală utilizand apa fierbinte a.3) Centrală electrică geotermală cu ciclu binar a.4) Dezvoltarea centralelor electrice geotermale

b) Utilizarea directă a energiei geotermale b.1) Încălzirea încăperilor şi prepararea apei calde menajere b.2) Utilizări industriale

c) Principii de baza ale pompelor de căldură

c.1) Pompe de căldură cu compresie mecanică de vapori c.2) Pompe de căldură cu absorbŃie

Industria energetică a devenit o ramură importantă în cadrul economiei

mondiale. În perioada contemporană se realizează un vast program de utilizare a hidroenergiei, exploatarea industrială a resurselor de petrol, valorificarea resurselor de gaze naturale, utilizarea energiei nucleare, precum şi a altor surse de energie primară.

Realizarea şi depăşirea unui ritm alert de exploatare a impus o campanie la nivel mondial, pentru a descoperi areale noi de exploatare a surselor de energie primară. În acest sens rezultatele deosebite au fost obŃinute în domeniul resurselor de hidrocarburi. În acelaşi timp evoluŃia şi perfecŃionare a tehnologiei de prospectare,

exploatare şi prelucrare au pus în evidenŃă noi surse ce pot fi valorificate şi anume: minerurile radioactive, energia mareelor, şisturile bitumioase, gheizerele şi apele termale.

Toate acestea sunt legate de dezvoltarea continuă a forŃelor de producŃie şi în general a societăŃii umane, care în condiŃiile progresului rapid caracteristic etapei contemporane, impun un volum mereu sporit de resurse energetice şi de energie electrică.

3. POTENłIALUL GEOTERMAL AL ROMÂNIEI Energia geotermală are, în prezent, un considerabil potenŃial economic, numai

în ariile unde zăcămintele geotermale sunt concentrate la adâncimi mai mici de 3 km. Prin utilizarea pompelor de căldură, energia geotermală poate fi folosită aproape în toate Ńările, atât pentru asigurarea condiŃiilor de confort termic şi prepararea apei calde menajere, deoarece pompa de căldură, prin caracteristicile sale, necesită temperaturi scăzute ale fluidului geotermal, fluid care, în aceste condiŃii, se găseşte la adâncimi economic exploatabile. Trebuie accentuat că pompele de căldură pot fii folosite oriunde.

În timpul ultimului deceniu un număr de Ńări au încurajat utilizatorii casnici individuali să-şi instaleze pompe de căldură în sursele din pământ pentru asigurarea condiŃiilor de confort termic şi prepararea apei calde menajere. Metodele de stimulare financiară au fost propuse în comun de guverne şi centralele electrice, iar pompele de căldură reduc necesarul pentru puterea de vârf şi înlocuiesc noile capacităŃi generatoare de energie. Pe teritoriul SUA au fost instalate pe această cale 400.000 pompe de căldură, cu o putere instalată de aproximativ 4.800.MWt cu o producŃie de 3.300.GWh/an în 1999.

3.1. SINTEZA DATELOR GEOLOGICE Teritoriul României au evoluat în contextul a două tipuri de unităŃi structural-

geologice, unităŃi ce continuă în Ńările vecine şi în Ńinuturi mai depărtate ale continentului euroasiatic.

Un prim tip aparŃine regiunilor care şi-au încheiat mobilitatea tectonică de geosinclinal în Precambrian sau în Paleozoic. După consolidarea soclului, aceste unităŃi au trecut în regim de stabilitate (de platformă) şi au fost acoperite în intervalul Paleozoic-Cuaternar de o cuvertură sedimentară discordantă.

Cel de-al doilea tip îl reprezintă regiunile geologice active în ultimile două ere (Mezozoic şi Neozoic), cutate în orogeneza alpină (Săndulescu, 1994).

În continuare va fi prezentat conŃintul litostratigrafic al fiecărei din unităŃile structurale menŃionate, cu explicitări ale geologiei intervalul 0-2000 m adâncime în sectoarele de interes din punct devedere economic.

3.2. DATE HIDROGEOLOGICE

In hidrogeologia României s-au separat trei câmpuri de cunoaştere: al apelor minerale, al apelor potabile şi respectiv, al celor termale. În cazul celui dintâi, prima lucrare cu caracter sintetic “Apele metalice ale României Mari” a apărut în 1837 şi a fost redactată de Episcopescu Valer. În domeniul apelor potabile, prima lucrare de referinŃă datează din 1895, este semnată de Mateiu Drăghiceanu şi poartă numele:

Studii asupra idrologiei subterane din România Mare”. Istoricul cunoaşterii în hidrogeologia românească (Mitrofan, în: Enciu, Feru, Mitrofan, Orăşeanu, Palcu, łenu, Iurkiewicz, depus în 2005) nu consemnează existenŃa vreunei lucrări de sinteză în domeniul apelor termale. Însă, sinteza grafică a cunoaşterii în acest domeniu se regăseşte în 6 planşe în Atlasul resurselor geotermale din Europa (Panu et al., 2002).

3.3. SINTEZA PRINCIPALELOR AREALE CU GEOTERMALISM

În cazul platformelor Europei Orientale şi Scitică, cunoscute în literatura română de specialitate ca platformele Moldovenească şi Bârladului, datorită grosimii mari a crustei (40 - 50 km), premizele de generare a apelor termale sunt mult diminuate (Roşca et al., 1998).

De reŃinut este faptul că pentru studiul principaleore areale cu geotermalism este acumularea a cât mai multor informaŃii referitoare la structura, morfologia, cât şi elemente specifice care caracterizează scoarŃa terestră de pe teritoriul României. Ceea ce poate garanta deschiderea unor căi largi de cunoaştere al potenŃialului geotermic la subsolului naŃional, stă în mare parte în reuşita sistematizării tuturor datelor care privesc acest spaŃiu.

3.4. DATE DE GEOTERMIE ConsideraŃii generale Spre deosebire de apele reci şi potabile, întâlnite în mod obişnuit pe primii

300-500 m de la suprafaŃa terenului (subcap. II.1), apele geotermale se poziŃionează la adâncime medie şi mare, iar ocurenŃa lor este condiŃionată de evoluŃia geotectonică a fiecărei unităŃi.

Deşi sunt prezente în subasmentul unor regiuni, identificarea arealelor cu ape geotermale este anevoioasă întrucât acestea se răcesc în drumul spre suprafaŃă. Fac excepŃie apele termale din rocile stâncoase (metamorfice, magmatice şi sedimentare vechi) în lungul alineamentelor de fracturi deschise din punct de vedere hidrogeologic, cu circulaŃie ascendentă rapidă şi răcire mult diminuată. Pentru a cunoaşte distribuŃia areală şi intensitatea anomaliilor geotermice şi pentru estimarea potenŃialului geotermic, au fost folosite tehnici variate: i) prospecŃiunea geotermică prin măsurători în foraje de mică adâncime (50 m), ii) interpretarea măsurătorilor de temperatură în sondele de petrol, iii) cercetarea termogeochimică şi multe altele.

Sursele principale de căldură din crustă sunt datorate: i) dezintegrării materialelor radioactive, ii) stresului tectonic şi iii) convecŃiei căldurii dinspre manta (în porŃiunile cu o crustă subŃire). Anomaliile geotermice reprezintă arii de întindere mai mare sau mai redusă

caracterizate prin diferenŃe pronunŃate ale fluxurilor termice, diferenŃe datorate geologiei regiunii. Conform unor studii efectuate de Veliciu (1984), în ariile cu tectogeneze terŃiare, cele trei componente ale fluxului geotermic contribuie cu 36 mW/m2, 27 mW/m2 şi, respectiv, 27 mW/m2 la stabilirea valorii medii de aproximativ 90 mW/m2. Cea de a doua componenta dispare la 300 Ma dupa evenimentul termo-tectonic, astfel că în regiunile cu tectogeneză hercinică sau mai veche sunt prezente componentele I (radiogenă) şi III (fondul de flux geotermic). Potrivit autorului, cele două componente totalizează împreună aproximativ 45 mW/m2 în regiunile cu tectogeneză precambriană.

3.5. POTENłIALUL ŞI PREMISE DE VALORIFICARE A SURSELOR DE ENERGIE GEOTERMALĂ ÎN ROMÂNIA

În Romania, temperatura surselor hidrogeotermale (cu exploatare prin foraj-extracŃie) în geotermie de "joasă entalpie", are temperaturi cuprinse între 25°C şi 60°C (în ape de adâncime), iar la geotermia de temperatură medie temperaturile variază de la 60°C până la 125°C (‘ape mezotermale’), aşa cum se prezintă în figura 1. De asememenea, în figura 2 se prezintă zonele de interes de pe teritoriul României pentru producere de energie electrică (la adâncimi de peste 3000m temperatura apei geotermale depăşeşte 140°C). Resursele geotermale de „joasă entalpie” se utilizează la încălzirea şi prepararea apei calde menajere în locuinŃe individuale, servicii sociale (birouri, învăŃământ, spaŃii comerciale şi sociale etc.), sectorul industrial sau spaŃii agrozootehnice (sere, solarii, ferme pentru creşterea animalelor.ş.a.). Limita economică de foraj şi extracŃie pentru ape geotermale s-a convenit pentru adâncimea de 3.300 m şi a fost atinsă în unele zone din România, precum bazinul geotermal Bucureşti Nord–Otopeni, anumite perimetre din aria localităŃilor Snagov şi Baloteşti ş.a.

Pentru definirea ariilor cu potenŃial geotermal pe teritoriul României trebuie luate în considerare toate datele geofizice existente pentru completarea şi spijinirea lucrărilor de prospecŃiuni şi explorări geologice şi geotermice anume gândite şi executate în acest scop. Energia geotermală este una din bogăŃiile importante ale subsolului României. Reprezentarea energiei geotermale corespunde unui con cu vârful în centrul Pământului şi cu baza sprijinită pe graniŃele Ńării. De aici se desprinde concluzia că direcŃiile deficitare care reclamă acumulări importante de date sunt cele care se referă la câmpul geotermic şi localizarea acestuia pe teritoriul României. Din datele prezentate sunt de reŃinut următoarele tipuri de informaŃii:

� apropierea de un orizont permeabil purtător de ape termale este marcată de un palier pozitiv de temperatură,

� la apropierea de un ecran geotermic cu orizont de CO2 sub presiune temperatura nu prezintă variaŃii.

4.ADMINISTRAREA SECTORULUI ENERGETIC GEOTERMAL ÎN ROMANIA

4.1. Reconsiderarea rolului statului în administrarea sectorului energetic

În zilele noastre se remarcă o preocupare insistentă din partea specialiştilor

care lucrează în unul din cele mai sensibile sectoare industriale, cel energetic, pentru creşterea performanŃei şi eficienŃei acestuia. până nu demult, dezvoltarea acestui sector s-a realizat cu o puternică implicare din partea statului, urmărindu-se atât asigurarea securităŃii energetice, cât şi eficienŃa economică. S-au conturat astfel structuri monopoliste rigide, cu slabă diversitate şi flexibilitate redusă, ce nu permiteau consumatorilor să-şi aleagă furnizorii. BirocraŃia şi centralizarea excesivă a tuturor activităŃilor din lanŃul energetic, existenŃa unui monopol absolut şi îndeplinirea de către stat a funcŃiilor de proprietar, gestionar, autoritate şi control sunt principalele probleme care au marcat sectoarele energetice din diverse Ńări în ultimele decenii.

4.2. Un nou tip de proprietate în sectorul energiei electrice

Tipul de proprietate asupra sectorului energetic variază de la proprietatea

integrată de tip monopol de stat până la companii multiple particulare, însă nici un guvern nu a renunŃat total la proprietate sau la o anumită formă de control a sistemului energetic. În Ńările europei sectorul energetic a avut evoluŃii diferite, fiind total integrat (germania, franŃa) sau total dezintegrat (marea britanie, Ńara galilor), iar dezintegrarea este uneori limitată doar la aspectele financiar-contabile.

4.3. Un nou tip de relaŃii pe piaŃa energiei electrice din

România

RelaŃiile care se stabilesc în cadrul pieŃei energiei sunt, înainte de toate, relaŃii economice şi sunt guvernate de legislaŃia economică din fiecare Ńară. Pe de altă parte, caracterul specific al acestor relaŃii a impus necesitatea unor reglementări speciale. Caracteristica de bază a acestor reglementări elaborate în domeniul energetic derivă din conceptul de “serviciu public”. acesta este, în general, asociat cu infrastructura economică şi socială, justificându-se prin rolul asumat de puterea publică, de protector al cetăŃeanului consumator, în special sub două aspecte: dreptul de a primi serviciul solicitat şi dreptul la echitate tarifară. este unanim acceptat faptul că poate exista serviciu public dacă o colectivitate (locală, regională, naŃională, europeană) estimează că la un moment dat, în sfera de responsabilitate, un bun sau un serviciu esenŃial pentru toŃi, existent sau nou, nu poate fi realizat în mod satisfăcător doar prin mecanismele pieŃei. dintre principiile generale ale serviciului public elaborate la scară europeană, se consideră a fi definitorii pentru serviciul public în domeniul energiei electrice următoarele: principiul pluralismului statutului de operatori (administraŃie, operator public, privat sau mixt), principiul evaluării serviciilor publice (atât în cazul autorităŃii de reglementare, cât şi în cel al operatorilor), principiul concurenŃei şi cooperării dintre operatori (sarcina autorităŃii

de reglementare constând în găsirea echilibrului privind concurenŃa şi cooperarea între operatori).

4.4. O nouă viziune în administrarea sectorului energetic Aceste reforme reflectă o nouă viziune în tratarea problemei energiei. Sectorul

nu mai este privit ca scop în sine, ci mai curând ca un factor care contribuie la dezvoltarea şi eficientizarea globală a economiei, precum şi la creşterea bunăstării sociale. Ca urmare, a fost reconsiderată şi concepŃia asupra obiectivului său prioritar, care nu mai este asigurarea securităŃii energetice, ci atragerea unor furnizori ce practică tarife mai reduse şi utilizează, în primul rând, tehnologii curate de producere a energiei, concentrate pe protejarea mediului înconjurător.

4.5. Modernizarea sectorului energetic din România. PriorităŃi în administrarea sectorului energetic din România

Locul energeticii în universul economic global, condiŃionările dintre energetică

şi dezvoltarea economică, volumul limitat al resurselor naturale, pragurile critice ale calităŃii factorilor de mediu, precum şi tendinŃele manifestate pe plan european în ceea ce priveşte problema energiei sunt elemente care impun româniei modernizarea şi dezvoltarea sectorului energetic. Astfel de acŃiuni au drept scop crearea structurilor şi condiŃiilor care să corespundă şi să facă faŃă pieŃei energetice europene, aflate într-un continuu proces de integrare.

5. SIMULAREA EXPLOATĂRILOR GEOTERMALE DIN ROMANIA

Model de simulare a exploatărilor geotermale de pe tertoriul României. Într-o rocă poros acviferă, procesele de acumulare şi de descărcare a apei,

cele ale mineralizaŃiei şi cele ale căldurii se propagă din aproape în aproape, prin difuzivitatea hidraulică, dispersională şi respectiv termică. Propagarea reală prin roca acviferă a apei eliberabile a căldurii se poate studia fie recurgându-se la legile fizicii clasice ale fluidelor, fie prin cele care descriu deplasarea unor medii continue, echivalente din punct de vedere hidrotermodinamic şi care se conformează legilor fizicii clasice ale fluidelor şi anume legile liniare de filtrare ale lui Darcy, de difuzie a lui Fick şi de termoconducŃie a lui Fourier.

5.1. PROGNOZA PRIVIND POSIBILITĂłILE DE UTILIZARE A

POTENłIALULUI GEOTERMAL DIN ROMÂNIA

Energia geotermală este energia termică din magma topită aflată în centrul pământului. Căldura este adusă aproape de suprafaŃă prin conducŃie termică şi prin pătrunderea magmei în crusta pământului.

Deoarece nu sunt implicaŃi combustibili fosili, energia geotermală produce emisii reduse sau neglijabile de CO2 comparativ cu sursele convenŃionale de energie.

5.2. METODĂ ŞI PROGRAM DE CALCUL PRIVIND POSIBILITĂłILE DE EXPLOATARE EFICIENTĂ A UNUI ZĂCĂMÂNT GEOTERMAL

Metodele de investigarea unui zăcămănt geotermal, se realizează prin

prospecŃiuni sau explorări hidrogeologice. Acestea sunt cartarea hidrogeologică, teledetecŃia, cercetarea geofizică, datarea apelor subterane cu izotopi de mediu şi forajul hidrogeologic.

Cartarea hidrogeologică - în fazele de prospecŃiune se efectuează cartarea hidrogeologică, constând dintr-o serie de operaŃiuni executate direct pe teren:

� verificarea datelor de arhivă adunate în etapa de documentare; � consemnarea pe hărŃile topografice însoŃitoare a tuturor puŃurilor; � măsurarea nivelurilor apei termale şi adâncimii puŃurilor; � măsurarea şi consemnarea debitelor izvoarelor de apă termală,

debitelor exploatate prin diferite lucrări şi a debitelor de apă termală; � măsurători fizico-chimice ale apei; � recoltarea şi fixarea probelor de apă pentru analizele chimice complete; � consemnarea pe hărŃi ale elementelor geomorfologice şi geologice

observate în teren, limite între unităŃile geomorfologice. 5.3. PROGRAMUL DE SIMULARE A EXPLOATĂRILOR

GEOTERMALE SVHeat 2D

Grafica pe calculator serveşte la sintetizarea imaginilor unor corpuri sau la prelucrarea digitală a unor imagini culese prin diferite procedee cum ar fi: cartografieere digitală şi meteorologie, bazate de imagini satelitare, termografie, tomoscanografie şi recunoaşterea formelor şi nu în ultimul rând modelare geotermală.

Imaginea generată pe ecran se compune din puncte numite pixeli. cu cât numărul de pixeli este mai mare cu atât imaginea va avea o calitate mai bună.

Flosind punctele putem trasa linii sau curbe iar acestea combinate pot da naştere obiectelor sau formelor dorite.

Pentru a putea crea imaginea unui corp sau a unei forme s-a găsit o formă de codificare nimerică a geometriei ca să furnizeze toate datele necesare.

Orice corp sau formă o putem transforma în variantă electronică cu ajutorul scannerului, digitizorului, prin fotografiere digitală etc. Pentru toate aceste forme s-a găsit o formă de codificare numerică a geometriei corpurilor care se numeşte data.

Data reprezintă o descriere simbolică a unui obiect, fenomen sau a unei forme. Simbolurile urmează o structură bazată pe o sintaxă prestabilită, înregistrată pe un suport material şi care poate fi prelucrată manual, electronic sau combinat.

Petru descrierea programului SV Heat 2D vom folosi: � date spaŃiale care sunt reprezentări digitatle ale hărŃilor şi � date atribut care sunt date alfanumerice organizate sub formă de

tabele pe linii şi pe coloane asociate cu datele spaŃiale.

5.3.2. Caracteristici pentru simulare

Fiecare metodă de modelare tratează diferit obiectele şi sub-obiectele si are

propriile avantaje şi dezavantaje. Unele tipuri de obiecte sunt mai uşor de modelat utilizând o anumită metodă în locul alteia.

SVHeat 3D oferă suport pentru următoarele metode de modelare: � Modelare bazată pe curbe spline � Modelare poligonală, sau bazată pe suprafeŃe de tip plasă (mesh) � Modelare parametrică � Modelare bazată pe suprafeŃe de tip petec (patch) � Modelare NURBS

5.3.3. Caracteristici de design

Într-o lume în care conceptul "time to market" a devenit extrem de important, Solid Edge furnizează soluŃii inteligente prin care întregul proces de proiectare devine mult mai eficient.

� Dincolo de a fi o puternică maşină de modelare 3D, SWHeat 3D este un instrument pentru managementul lucrărilor de proiectare, oferind prin Teamcenter Express capabilităŃi excelente pentru managemetul documentelor şi colaborare.

� SWHeat 3D este un software atotcuprinzător de prelucrare a resurselor geotermale care permite producătorilor să transforme întreg procesul inovării şi să ajungă să deŃină avantaje competitive. SWHeat 3D, o componentă de bază a Seriei Velocity™, oferă un randament ridicat al inevstiŃiei pentru un cost total de implementare scăzut.

5.3.4. Caracteristici de ieşire

� Culoare contur parcele de temperatură, nu sunt îngheŃate conŃinut de apă, sau de conductivitate termică poate fi produsă. shadings de culori la comandă pot fi specificate.

� Terenuri poate fi mărit la orice izola regiunea de interes. � Vectorul parcele de gradient termice. � Volumul sau integrale de volum de apă poate fi calculată pe întreaga

problemă sau orice regiune, de interes special. � Urmăriri ale ochiurilor parcele de ochiuri rafinament. � Terenuri de valoare faŃă de timp poate fi generat la orice coordonată

pentru următoarele valori: temperatura, conŃinutul de apă, sau de conductivitate termică.

� SuprafaŃa de parcele de orice 2D variabilă pot fi produse. � overlaying a parcelelor pot fi efectuate. de exemplu, vectori pot fi afişate în

regiunea 1, în timp ce contururile pot fi afişate în regiunea 2. � text şi linia de arta pot fi adăugate la ieşire. � graficele pot fi exportate din formate wmf, emf, dxf, gif, bmp. � rezultatele tranzitorii, pot fi animate. � Listarea pe plotter este posibilă. 5.4. Modelarea numerică a resurselor geotermale

Abordări diferite au fost aplicate în evaluarea resurselor de înaltă temperatură geotermală în Islanda, de exemplu, în domeniile volumetrice, analitice şi abordări

numerice (ketilsson, 2007). În abordare volumetrice rezervele recuperabile sunt estimate ca o fracŃiune de energie în locul iniŃial. EsenŃiala slăbiciune a metodei este de asumare a factorului fix de recuperare, în timp ce recuperarea reală de energie puternică depinde de condiŃiile fizice şi proprietăŃi de rezervor (parini şi riedel, 2000). Aceste modele numerice pot lua în considerare aspectele fizice, - care pot fi potrivite cu răspunsul istoric de producŃie şi alte date observaŃionale (bodvarsson şi witherspoon, 1989). Metodele de analiză au fost, de asemenea, dezvoltate, dar lipsa cuprinzătoare fizice complexe de descriere a resurselor geotermale (o'sullivan et al., 2001). 5.4.1. Metode de modelare Un rezervor geotermal este caracterizat fizic de condiŃiile şi proprietăŃile.

Folosind programul ENVI 4.3, sau mai recent, în meniul Topographic se regăsesc uneltele necesare pentru extragerea unui MNAT folosind imagini satelitare. Extragerea MNAT-ului este un proces bazat pe mai mulŃi paşi ce implică setarea mai multor parametri. Aceşti paşi pot fi realizaŃi separat în meniul Map sau pot fi folosiŃi într-o succesiune logică dată de procedura automată MNAT Extraction Wizard.

SVHeat 2D sau SVHeat 3D pune la dispoziŃie multe instrumente avansate pentru a putea crea simularea unor modele geotermale, care ar fi dificil sau chiar imposibil de creat utilizând cadre cheie pentru straturi sedimentare individuale. Din acest capitol rezultă însuşirea elementelor de bază legate de următoarele posibilităŃi şi tehnici:

� Crearea ierarhiilor de areale geotermale; � Tipuri de distorsiuni spaŃiale şi efectele acestora asupra exploatării

resurselor geotermale; � Deformarea suprafeŃelor de tip plasă utilizând instrumente de

metamorfoză; � Deformarea suprafeŃelor de tip plasă utilizând modificatori Skin şi Flex � Configurarea şi rezolvarea simulării dinamice.

6.Rezultate obŃinute în urma simulării În urma simulărilor efectuate pentru diferite zăcăminte geotermale de pe teritoriul României în ceea ce priveşte exploatarea raŃională a zăcământului, s-au obŃinut date de real interes care să permită o evaluare pertinentă a exploatărilor care se vor face în viitor, în scopul de a nu afecta potenŃialul geotermal al României.

6.1 Sistemul acvifer termal pannonian superior Depresiunea Panonică ce cuprinde zona de vest a tarii noastre, incluzand

Banatul, vestul MunŃilor Apuseni, teritoriul Ungariei şi al fostei Iugoslavii este o zonă bogată în zăcăminte geotermale.

6.1.1. Acviferului termal pannonian superior în sectorul nordic al Câmpiei de Vest.

Cel mai important sistem acvifer termal al Depresiunii Panonice il constituie sistemul din baza panonianului superior. Apele din acest sistem se manifestă in general eruptiv, datorită conŃinutului ridicat de gaze dizolvate.

Nivelul termic al apelor geotermale din zona de vest a Ńării este cuprins între 30 – 1200C din aceasta cauză, acestea pot fi utilizate in special in scopuri terapeutice, prepararea apei calde menajere, încălzirea locuinŃelor etc.

6.1.2. Acviferul termal pannonian superior în sectorul sudic al Câmpiei de Vest

6.5.1. Sistemul acvifer termal triasic din Unitatea de Bihor

A) ZONA ORADEA În acest scop, s-au utilizat date statistice ale temperaturii medii anuale pentru zona geografică a Oradiei. Datele disponibile pentru zona Oradea arată că temperatura medie anuală este de 12°C. În figura 3.17. se prezintă curba clasată a temperaturii medii pentru zona Oradea.

Oraşul de pe Crişul Repede are campusul universitar care cuprinde o serie ce construcŃii cu o suprafaŃă desfăşurată de aproximativ 70.000 m2 (volum construit Vcl.tot = 155.000 m3). O parte din clădirile deja existente pot fi considerate vechi. SuprafaŃa totală a acestor clădiri vechi este de aproximativ 32.000 m2 (Vcl.vechi = 125.000 m3), iar suprafaŃa construită a clădirilor noi este de 7.600 m2 (Vcl.noi = 30.000 m3). În cadrul acestor construcŃii sunt amenajate spaŃii de învăŃământ, laboratoare didactice şi de cercetare, birouri de cercetare-proiectare, săli de sport, birouri administrative, cămine studenŃeşti, etc. [21]

În planul de dezvoltare al UniversităŃii din Oradea sunt prevăzute, între altele, construirea unei noi biblioteci, cu o suprafaŃă desfăşurată de 5.900 m2 (Vcl.bibl. = 32.000 m3); cămine studenŃeşti cu o capacitate totală de 400 de locuri, având o suprafaŃă desfăşurată de 9.900 m2 (Vcl.cămin. = 30.000 m3); piscină cu apă geotermală; seră pentru practica studenŃilor de la Facultatea de Horticultură. Consumul de apă geotermală pentru termoficare şi prepararea apei calde menajere se ridică, în condiŃiile de calcul impuse, la aproximativ 160÷165 m3/h (≅45l/s). În prezent, conform modificărilor rezultate în urma analizei stadiului iniŃial, la punctele termice din Oradea asigură, în condiŃii de eficienŃă, necesarul de energie termică pentru actualii utilizatori de energie termică, prezentând dezavantajul că temperatura apei geotermale la ieşirea din punctul termic este de 50°C, temperatură care este relativ ridicată, atât pentru reinjecŃie cât, mai ales, pentru deversare. [11] Se constată faptul că, în cazul în care temperatura de ieşire a apei geotermale scade la aproximativ 30°C, ar fi disponibilă o energie termică de

h/kcal000.200.3Qdisp = , energie termică care ar putea fi utilizată pentru

termoficarea şi asigurarea de apă caldă menajeră viitorilor utilizatori de energie termică prevăzuŃi în planul de dezvoltare al oraşului Oradea.

Fig. 7.17. Gradientul termic şi temperatura pentru zona Oradea

Fig. 7.17. Gradientul termic şi temperatura pentru zona UniversităŃii din Oradea

Obiectivele principale ale programului de simulare au fost: verificarea şi

validarea calitativă şi cantitativă a variantelor de exploatare pentru o serie de sisteme acvifere termale în scopul determinării, pentru fiecare caz în parte, a soluŃiei de exploatare durabilă, a schimbului de căldură, a strategiei de conducere propuse pentru punctul termic, prin studiea comportării parametrilor ce definesc funcŃionarea acestuia şi, totodată, determinarea parametrilor regulatoarelor de tip pid utilizate. programul sursă este prezentat în anexă. În acest context s-a urmărit realizarea unei strategii proprii, originale de abordare a problemei simulării exploatării zăcămintelor geotermale în funcŃie de tipul acestuia: deschis sau închis; obŃinerea unui model matematic al procesului corespunzător fiecărui tip de zăcamânt şi a fiecărui tip de exploatare (cu sau fără reinjecŃie); realizarea şi implementarea programului de simulare a procesului de de exploatare a zăcămintelor geotermale; validarea modelului matematic implementat pe baza rezultatelor obŃinute pentru cazurile studiate; stabilirea principalilor factori pertubatori ce pot afecta exploatarea durabilă a zăcămintelor geotermale; sintetizarea principalelor avarii ce pot să apară în cadrul sistemului.

Se poate estima ca pana in anul 2030-2050, noile tehnologii din domeniul energiei geotermale vor permite o productie semnificativa de electricitate in multe tari care nu sunt considerate azi ca avand resurse geotermale importante.

Europa, per total, va putea produce pana la 10-20% din cererea energetică astfel, cifra comparabila cu capacitatea centralelor nucleare existente. Un studiu facut de Shell sugereaza ca exploatarea celor mai mari resurse geotermale de pe continent poate echivala programul nuclear actual (40-80 GW).

7. Concluzii finale şi contribuŃii personale

Prin această lucrare doresc să ofer posibilitatea cunoaşterii unei metode de prognoză şi control privind posibilităŃile de utilizare eficientă a potenŃialului geotermal de pe teritoriul României. Această lucrare este structurată pe două părŃi şi anume: o parte de documentare şi privire de ansamblu asupra energiei geotermale şi a cercetărilor în domeniu, iar a doua parte prezintă contribuŃiile personale ale autoarei pentru eficientizarea unei metode de prognoză şi control privind posibilităŃile de utilizare eficientă a potenŃialului geotermal din România.

Adaptarea corectă a sursei de căldură si a sistemului de distribuŃie a energiei termice la regimul de funcŃionare al pompelor de căldură, conduce la funcŃionarea sigură şi economică a instalaŃiilor de încălzire cu pompe de căldură.

In locul exploatarii necontrolate a apei geotermale trebuie sa trecem la o exploatare economica si eficienta. Scopul principal de dezvoltare si îmbunatatire al acestor sisteme este rezolvarea problemei repomparii apei uzate, pastrarea rezervei de apa si a presiunii in stratul de baza.

Toate puturile, inclusiv cele pozitive trebuie exploatate cu pompe submersibile. Acestea permit un control economic al debitului, toate dezavantajele utilizarii vanelor de reglaj fiind evitate.

Prin utilizarea unor schimbatoare de caldura la suprafata si repomparea apei uzate, se obtine un circuit inchis deoarece stratul de apa de mare adancime poate fi considerat inchis din punct de vedere hidrodinamic datorita curgerii apei cu o viteza foarte mica. Astfel, sistemul si procesele ce au loc pot fi reprezentate printr-un ciclu termodinamic. Sistemul de exploatare al energiei geotermale functioneaza in stare de echilibru exploatand si caldura acumulata in straturile de roca. Instalatiile moderne de exploatare ale apelor geotermale vor functiona intr-un sistem inchis, fiind alcatuite din mai multe puturi de exploatare si de repompare.

Pompa de căldură oferă premisele tehnice necesare pentru a folosi eficient energia geotermală sub formă de căldură ecologică pentru încălzire şi preparare a apei calde de consum.

InstalaŃiile de încălzire cu pompe de căldură realizează consumuri energetice minime în exploatare şi reprezintă cu siguranŃă o soluŃie de viitor pentru optimizarea energetică a clădirilor din Ńara noastră.

Avantajele energiilor regenerabile (mediu, economice, sociale)

� Mai puŃine gaze cu efect de seră � Mai puŃine deşeuri � Reducerea dependenŃei energetice � Promovarea de tehnologii moderne verzi � Noi oportunităŃi pentru mediul de afaceri, � Noi locuri de muncă � Economiile realizate faŃă de orice alt sistem clasic; � ProtecŃia si economia resurselor naturale limitate; � ProtecŃia mediului, deoarece nu ard combustibili fosili, nu produc gaze,

fum sau cenuşă; � Nu folosesc flacară deschisă şi nu există nici un pericol de explozie; � Sunt silenŃioase si nu necesită întreŃinere costisitoare; � Fiabilitate.

ContribuŃii personale

Din analiza materialului rezultă următoarele contribuŃii personale ale autorului: � realizarea unei documentări actualizate în ceea ce priveşte

cercetarea în domeniul geotermalismului şi a exploatării durabile a zăcămintelor geotermale;

� realizarea unei strategii proprii, originale de abordare a problemei simulării exploatării zăcămintelor geotermale în funcŃie de tipul acestuia: deschis sau închis;

� obŃinerea unui model matematic al procesului corespunzător fiecărui tip de zăcamânt şi a fiecărui tip de exploatare (cu sau fără reinjecŃie);

� realizarea şi implementarea programului de simulare a procesului de de exploatare a zăcămintelor geotermale;

� validarea modelului matematic implementat pe baza rezultatelor obŃinute pentru cazurile studiate;

� stabilirea principalilor factori pertubatori ce pot afecta exploatarea durabilă a zăcămintelor geotermale;

� sintetizarea principalelor avarii ce pot să apară în cadrul sistemului; � bibliografia este recentă, iar autorul a publicat lucrări proprii

anterioare în domeniu; � elaborarea unei lucrări de referinŃă în ceea ce priveşte posibilităŃile

de utilizare eficientă a energiei geotermale de pe teritoriul României. Toate modelele matematice, strategiile de automatizare şi programele de simulare folosite sunt adaptate inspirat la scopul propus. Având în vedere toate acestea, autoarea consideră că lucrarea este utilă pentru că elucidează majoritatea aspectelor teoretice care permit exploatarea durabilă a potenŃialului geotermal al României. Lucrarea de faŃă prezintă varianta la care a ajuns autoarea în urma activităŃii de cercetare efectuate în cadrul Centrului NaŃional de Cercetări Geotermale; nu sunt epuizate toate posibilităŃile de valorificare a resursei geotermale, cercetările putând continua cu succes în aceeaşi direcŃie, prezenta teză de doctorat constituindu-se ca punct de plecare în ceea ce priveşte posibilităŃile de exploatare a potenŃialului geotermal naŃional.