2.3.1.4. Surse electrice de lumină

se clasifică după modul de transformare al energiei electrice în energie luminoasă:lămpi cu incandescenţă, la care energia electrică este utilizată pentru a încălzi filamentele acestora la o temperatură la care radiaţiile emise posedă un anumit conţinut de radiaţii luminoase;lămpi cu descărcări electrice în gaze sau vapori metalici, la care radiaţiile luminoase apar ca urmare a fenomenelor de excitare a particulelor (electroluminescenţa) în prezenţa sau în lipsa substanţelor fotoluminiscente;lămpi cu arc, la care se produc atât radiaţii termice cât şi efecte de electroluminiscenţă.

Lămpi electrice cu incandescenţă

Toate corpurile a căror temperatură este diferită de zero emit o putere electromagnetică conform relaţiei lui Planck:

în care C1=3,707108 ; C2=1,432104 [Km]; este lungimea de undă [m]; T este temperatura absolută [K].

Pentru diferite temperaturi T se pot trasa curbe P=f() – Fig. 2.16.

.μmm

W

12

51

λn 2

T

C

e

CP

Fig. 2 .16 C urbele sp ect rale ale corp ului negrup ent ru diferit e t emp eraturi.

m

P

m

W

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

x 1 0 3

1 2 3 4 5 6 87 9 1 0

800

1000

1200

Fig. 2.18. Curbe spectrale conţinând şi spectrul vizibil.

Fig. 2.17. Legea deplasării maximului - Wien-Planck.

Legea lui Wien-Planck (Fig. 2.17):

unde b=2.883 Km.

bT m

La lămpile cu incandescenţă emisia de radiaţii luminoase are loc prin încălzirea unui filament de wolfram la o temperatură între 2.000 şi 3.000 K.

Filamentul lămpii, simplu sau dublu-spiralat, este închis într-un balon din sticlă cu vid înaintat – soluţie depăşită – sau umplut cu un gaz inert (amestec de azot şi argon). Folosirea amestecului de gaz inert permite reducerea vitezei de volatilizare a filamentului de wolfram şi deci determină o mărire a duratei de utilizare a lămpii.1 - filament de wolfram sau tungsten2 - cârlige de molibden3 - extremitatea bastonaşului de sticlă4 - bastonaş de sticlă 5 - disc (sau lopăţică) de sticlă6 - balonul din sticlă7 - tub de evacuare a aerului şi umplerea cu gaz inert8 - electrozi din cupru (la lămpile cu vid) sau din nichel (la lămpile cu gaz inert)9 - porţiunea din electrozi care se află în discul de sticlă10 - porţiunea din exterior a electrozilor din cupru Balonul de sticlă se fixează cu chit special pe soclu, care poate fi de tip Edison (11) sau tip baionetă (12).

Eficacitatea luminoasă a lămpilor cu incandescenţă este de 820 lm/W.

Durata medie de funcţionare a unei lămpi obişnuite este de circa 1.000 ore.

Luminanţa lămpilor cu incandescenţă este mare, fiind cuprinsă între 200104 şi 1.200104 nt, provocând orbirea (luminanţa Soarelui este 160.000104 nt).

Fig. 2 .19 Lamp ă elect rică cu incandescenţă.

1

2

3

4

56

7

10

1211

9

8

Lămpi electrice cu descărcări în gaze sau vapori metalici

• Luminiscenţa gazelor sau vaporilor metalici este determinată de excitarea şi dezexcitarea atomilor gazului sau vaporilor metalici, sub acţiunea câmpului electric.

• Caracteristica tensiune–curent (Ul–I) a descărcării în gaze sau vapori metalici este indicată în figura 2.20, scara orizontală fiind logaritmică.

- porţiunea OA, numită zona descărcării întunecoase, reprezintă zona deplasării electronilor şi ionilor liberi.- porţiunea BC, numimtă zona descărcării luminiscente, este zona de emisie de radiaţii luminoase. În zona BC se situează punctul de funcţionare al lămpilor luminiscente cu catodul rece.- porţiunea DE, numită zona emisiei termoelectronice, este zona în care are loc o descărcare luminiscentă în arc. În această zonă se situează punctul de funcţionare al lămpilor fluorescente cu catod cald şi al lămpilor cu arc.

Datorită pantei negative a caracteristicii descărcărilor electrice în vapori metalici sau gaze, sunt necesare elemente de stabilizare a regimului de funcţionare, numite balasturi, care pot fi:

- rezistoare,- bobine,- condensatoare,- transformatoare cu dispersie mărită.

Fig. 2 .20 C aracteris t ica t ens iune-curent adescărcării în gaz e sau vap ori metalici.

01 0 -9

1 0 0

2 0 0

3 0 0

U l[ V ]

I [ A ]1 0 -6 1 0 -3 1

AB C

D

E

Lămpile cu descărcări în gaze sau vapori metalici se pot clasifica astfel:

– lămpi cu descărcări luminiscente (în licărire), folosind lumina catodică;

– lămpi cu descărcări luminiscente (în licărire), folosind coloana pozitivă;

– lămpi cu descărcare în arc cu vapori metalici (mercur, sodiu, thaliu, indiu) sau cu gaze (xenon).

Lămpile cu descărcări luminiscente folosind lumina catodică

• menţin tensiunea constantă indiferent de variaţia curentului• funcţionează în curent continuu sau alternativ, fiind construite pentru puteri de 13 W, la tensiunea de 220 V• emit un flux luminos de circa 1 lm• sunt folosite pentru semnalizare, control, sincronizare, stabilizatoare de tensiune la puteri mici• durata de funcţionare este de 1.000-2.000 de ore• electrozii acestor lămpi sunt foarte apropiaţi, eliminându-se astfel coloana pozitivă• atmosfera în care are loc descărcarea este amestec de neon şi heliu, la o presiune cuprinsă între 5 şi 25 mmHg, motiv pentru care culoarea luminii este roşie-gălbuie.

Lămpile cu descărcări luminiscente folosind lumina pozitivă

• sunt folosite pentru reclame luminoase• au culoarea radiaţiei luminoase dependentă de natura gazului utilizat

- roşie, portocalie – pentru neon- galbenă – pentru heliu- albastră – pentru amestec de argon cu vapori de mercur

• eficacitatea luminoasă este de 218 lm/W• durata de funcţionare atinge 5.000 de ore• necesită o tensiune de amorsare cu 25-30% mai mare decât tensiunea de funcţionare• presiunea în tub variază între 1 şi 10 mmHg• lungimea acestuia poate fi oricât de mare, cu creşterea lungimii crescând însă şi valoarea tensiunii de alimentare.

Lămpi cu vapori de mercur cu descărcări în arc•fluxul luminos se datorează radiaţiilor monocromatice emise în timpul descărcării electrice în arc•emit radiaţii vizibile•emit şi radiaţii pe lungimi de undă din domeniul ultraviolet (=0,180,40 m)•creşterea presiunii din tub determină mărirea eficacităţii luminoase (Fig. 2.21).• lămpile cu vapori de mercur de joasă presiune sunt utilizate:

- la sterilizarea apei, aerului, alimentelor- în tehnica medicală

Aceste lămpi nu se utilizează în tehnica iluminatului.• lămpile cu vapori de mercur la presiuni mari sunt folosite în iluminatul public, în special acolo unde trebuie luminate spaţii mari.

Fig. 2 .21 Eficacit at ea luminoasă în funcţie de p res iuneavap orilor: 1 - balon din s t iclă cu cuarţ; 2 - balon

fluorescent .

1 0 -3 1 0 -2 1 0 -1 1 1 0 1 0 2 1 0 3 1 0 4

2 0

4 0

lmW

p[mmH g]

1

2

• luminanţa acestor lămpi este cu atât mai mare cu cât presiunea din interiorul tubului este mai mare• luminanţa variază între (210)106 nt, la presiuni de 110 bari şi (1001.000)106 nt la presiuni cuprinse între 100 şi 200 bari.• eficacitatea luminoasă a lămpilor cu vapori de mercur de înaltă presiune este cuprinsă între 35 şi 50 lm/W.• eficacitatea luminoasă creşte către 75 lm/W şi compoziţia spectrală a luminii se îmbunătăţeşte, dacă în tub se introduc şi ioduri ale unor metale ca thaliu, sodiu sau indiu• aprinderea lămpilor cu vapori de mercur durează între 5 şi 10 minute• în cazul stingerii lămpii pentru reaprinderea ei sunt necesare suplimentar 3-4 minute – pentru răcirea acesteia• factorul de putere scăzut determinat de prezenţa inductivităţii de balast se compensează cu ajutorul unui condensator. Durata de funcţionare a acestor lămpi este mare, fiind cuprinsă între 2.000 şi 3.000 de ore.

• În principiu, construcţia lămpilor cu vapori de mercur de diferite presiuni este aceeaşi - Fig. 2.22 - în care elementele componente au aceeaşi semnificaţie ca şi cele din figura 2.19.• Tubul de sticlă (cuarţ) 4, care dimensiuni din ce în ce mai mici şi pereţi din ce în ce mai groşi cu cât presiunea internă este mai mare, are în interior o atmosferă (vapori de mercur şi gaz nobil - argon, neon) în care are loc descărcarea.• Electrozii lămpii – principali E1 şi E2 şi secundar – E3 sunt executaţi din wolfram spiralat, acoperit cu oxizi de metale alcalino-pământoase.• Amorsarea tubului se realizează cu ajutorul electrodului secundar E3, care – fiind foarte aproape de electrodul E2 – creează împreună cu acesta din urmă un câmp electric foarte intens, determinând un proces de ionizare prin şoc.• Pe măsură ce ionii difuzează în tub descărcarea se mută între electrozii principali, deoarece curentul prin tub corespunzător electrodului secundar este limitat de rezistenţa R la o valoare mult inferioară curentului corespunzător electrozilor principali.• Balonul exterior poate fi executat din sticlă mată, ceea ce determină reducerea efectului de orbire dar şi reducerea eficacităţii luminoase a lămpii. Pentru îmbunătăţirea compoziţiei spectrale a radiaţiilor luminoase unele lămpi conţin şi un filament spiralat 1 din wolfram, constituind astfel o lampă cu lumină mixtă. Balonul acestor lămpi se execută din sticlă opală.

Fig. 2 .22 Lamp ă elect rică cu vap ori de mercurş i filament .

1

2

3

4

5

6

79

8

10

11

E1

E2

E3

R

Lămpile cu vapori de sodiu• emit o lumină galbenă practic monocromatică (0,5890 şi 0,5896 m)• asigură vizibilitatea pe timp ceţos•.structura acestor lămpi este asemănătoare cu cea a lămpilor cu vapori de mercur, diferenţa fiind dată de tubul interior al lămpii• amorsarea acestor lămpi are loc ca şi în cazul celor cu vapori de mercur, utilizându-se un electrod auxiliar• pentru lungimea de undă a radiaţiilor emise vizibilitatea relativă a ochiului omenesc este mare (0,757), ceea ce explică eficacitatea luminoasă mare a acestor lămpi• eficacitatea lor luminoasă este cuprinsă 110 şi 150 lm/W• se utilizează pentru iluminatul public, iluminatul şoselelor şi în general acolo unde nu deranjează deformarea culorilor• conectarea lămpilor cu vapori de sodiu la reţeaua de alimentare se face de asemenea prin intermediul unei bobine de balast şi a unui condensator pentru compensarea factorului de putere.

Lămpile cu xenon • se fabrică în două variante constructive:

- cu arc scurt- cu arc lung

• sunt caracterizate printr-o compoziţie spectrală a luminii emise foarte apropiată de cea a luminii diurne• temperatura de culoare este de peste 6.000 K• eficacitatea lor luminoasă este de 35120 lm/W• pentru amorsarea lor sunt necesare tensiuni înalte (5070 kV), motiv pentru care se foloseşte un starter special• se fabrică pentru puteri de până la 300 kW• se folosesc la iluminatul exterior (stadioane, aeroporturi, triaje, pieţe)

Lămpile cu arc• cu electrozi de cărbune constituie un izvor de mare luminanţă – 120.000104180.000104 nt (luminanţa medie a Soarelui fiind de 160.000104 nt)• se utilizează la aparatele de proiecţie din cinematografie ş.a.m.d.

Lămpile fluorescente• sunt lămpi cu vapori de mercur de joasă presiune (0,01 mmHg)• au pe peretele interior al tubului de sticlă luminofor, care converteşte radiaţiile ultraviolete puternice ce caracterizează descărcarea în vapori de mercur, în radiaţii luminoase

Luminoforul este constituit din- amestec de substanţă de bază- substanţă activatoare- fondant

• Substanţa de bază trebuie să îndeplinească o serie de condiţii, şi anume: să aibă capacitate de absorbţie pe lungimea de undă de 0,2537 m (lungimea de undă a emisiei vaporilor de mercur); să absoarbă cât mai puţin radiaţia vizibilă; să aibă o inerţie luminoasă mare, pentru a reduce efectul stroboscopic; să determine o compoziţie spectrală a luminii cât mai apropiată de cea a luminii diurne; să aibă punct de topire ridicat; să nu se degradeze în condiţiile existente în tub; să fie uşor de aplicat pe pereţii tubului.

• Ca substanţă de bază se utilizează:- amestecuri de silicaţi de zinc, beriliu, cadmiu – care emit radiaţii verzi-gălbui, galbene, portocalii- wolframaţi de magneziu şi de calciu – care emit lumină albastră- borat de cadmiu – care emite lumină roşiatică- halogeno-fosfaţii – care emit lumină albă

• Ca substanţe activatoare sunt folosite:- metale grele (cupru, argint, bismut)- pământuri rare, în cantităţi foarte mici (0,11%), pentru a iniţia producerea excitaţiei luminoase

• Fondantul asigură formarea cristalelor complexe ale luminoforului. Acesta poate fi NaCl, CaF 2, Na2B4O7

• Substanţa fluorescentă se aplică pe peretele interior al tubului de sticlă cu ajutorul unui liant (nitroceluloză), sub forma unui strat de pulbere fină (cristale de 24 m).

• Electrozii tubului – dublu spiralaţi – sunt aşezaţi la cele două capete ale tubului, putând fi:- calzi (900950C) - reci (150200C)

Sunt acoperiţi cu oxid de bariu şi au capetele scoase în afara tubului, pentru a putea fi racordaţi la circuitul exterior.• Lămpile fluorescente se caracterizează prin:

- luminanţă redusă (310)103 nt- eficacitate luminoasă mare (50-70 lm/W)- durată de funcţionare mare (3.5007.500 ore) – dependentă de numărul de conectări- temperatură redusă a tubului (cca 40C)- prezenţa efectului stroboscopic

• Lămpile fluorescente de regulă se prezintă sub forma unui tub de 2301.500 mm lungime şi de diametru între 10 şi 54 mm, având puteri de 14, 20, 40 şi 65 W. Firmele europene* produc lămpi fluorescente de 18, 36 şi 58 W. Curentul prin tubul fluorescent este cuprins între 0,25 şi 1 A.

• În prezent se fabrică lămpi fluorescente având formă circulară, spiralată etc. pentru aplicaţii speciale.

• Amorsarea şi funcţionarea tubului fluorescent necesită:– preîncălzirea electrozilor, în vederea unei emisii termoelectronice;– realizarea unei supratensiuni pentru amorsare;– stabilizarea punctului de funcţionare pe caracteristica tensiune-curent a descărcării;– limitarea curentului prin tub la valorile admise.

Aceste condiţii sunt asigurate prin folosirea starterului şi a balastului.

• Amorsarea unei lămpi fluorescente poate avea loc şi fără starter, folosindu-se un circuit de rezonanţă la frecvenţa reţelei, care produce tensiunea necesară.

* Gewiss Catalogue 2000 – Eurolite.

• Starterul cu descărcare (Fig. 2.23) este constituit din1 - tub mic de sticlă cu neon sau argon2 - electrod din conductor de nichel3 - lamelă bimetalică4 - casetă din plastic, cu placă de bază din textolit, pe care se fixează tubul de sticlă5 - bornele de contact6 - condensatorul, cu rolul de a reduce perturbaţiile în transmisiile radio

• La conectarea lămpilor fluorescente – Fig. 2.24 – tensiunea de amorsare a starterului fiind inferioară tensiunii de aprindere a lămpii, are loc o descărcare luminiscentă care încălzeşte bimetalul 3. Acesta se deformează şi atinge electrodul fix 2. Astfel, lampa este scurtcircuitată de către starter şi curentul ce se stabileşte prin circuitul care conţine bobina şi electrozii îi încălzeşte pe aceştia din urmă. După răcirea electrozilor starterului, circuitul se întrerupe. Variaţia bruscă a curentului determină – prin intermediul balastului inductiv – o supratensiune, care – însumată cu tensiunea reţelei – determină amorsarea descărcării în interiorul tubului. După aprinderea tubului, tensiunea la bornele acestuia fiind mai mică decât tensiunea de amorsare a starterului, acesta din urmă nu va mai acţiona. • Dacă Uft este tensiunea la bornele tubului amorsat, Uams este tensiunea de amorsare a starterului, U este tensiunea de alimentare şi Uamt este tensiunea de amorsare a tubului, se poate scrie relaţia

• Efectul stroboscopic al lîmpilor fluorescente trebuie redus.

Fig. 2 .23 St art er cu licărire.

1

2

6

3

4

5

~F ig . 2 .2 4 L a m p ă f lu o rescen tă L F A cu

s ta ter ş i b a la s t in d u ctiv .

.UUUU amtamsft

2.3.1.5. Corpuri de iluminat Sursele electrice de lumină se montează în general în corpuri (aparate) de iluminat, care îndeplinesc următoarele funcţiuni:

modifică distribuţia fluxului luminos emis de către sursă;reduc luminanţa sursei de lumină şi maschează elementele strălucitoare, în scopul reducerii (evitării) efectului de orbire;modifică compoziţia spectrală a luminii;permit fixarea şi alimentarea cu energie electrică a lămpii;protejează lampa împotriva agenţilor exteriori.

• Corpurile de iluminat se compun de obicei dintr-un sistem optic şi o armătură. • În funcţie de unghiul solid în care este emis fluxul luminos, se deosebesc:

– corpuri de iluminat obişnuite, destinate spaţiilor reduse, având distribuţie largă a fluxului luminos şi rază mică de acţiune– proiectoare, care emit fluxul luminos într-un unghi solid mic, caracterizate prin intensitate luminoasă mare şi rază de acţiune mare.

• După felul surselor de lumină utilizate corpurile de iluminat se clasifică în:– corpuri de iluminat pentru lămpi cu incandescenţă;– corpuri de iluminat pentru lămpi fluorescente.

• În funcţie de distribuţia fluxului luminos faţă de un plan orizontal care trece prin sursă, corpurile de iluminat se clasifică în:

– corpuri de iluminat cu repartiţie directă - 90% din fluxul luminos este emis în emisfera inferioară;– corpuri de iluminat cu repartiţie semidirectă - 60%÷90% din fluxul luminos este emis în emisfera inferioară;– corpuri de iluminat cu repartiţie mixtă - 40%÷60% din fluxul luminos total este emis în fiecare emisferă;– corpuri de iluminat cu repartiţie semiindirectă - 60%÷90% din fluxul total este emis în emisfera superioară;– corpuri de iluminat cu repartiţie indirectă - 90% din fluxul luminos este emis în emisfera superioară.

• Corpurile de iluminat sunt caracterizate prin curbe fotometrice, randament, unghi de protecţie, factor de depreciere.

2.3.1.6. Calitatea iluminatului artificial• este determinată de următorii factori:

nivelul de iluminare pe planul de lucru; luminanţa corpurilor de iluminat; contrastele de luminanţă; uniformitatea iluminării; culoarea şi compoziţia spectrală a luminii; umbrele şi perceperea detaliilor.

Nivelul de iluminare pe planul de lucru este condiţionat de: mărimea obiectelor ce trebuie observate de viteza şi gradul de precizie cu care trebuie observate detaliile de contrastul de luminanţă între obiecte şi fondNivelul de iluminare este standardizat.

Pentru nivele de iluminare scăzute şi timpi de utilizare reduşi se recomandă iluminatul cu lămpi incandescente. Pentru nivele de iluminare ridicate şi timpi de utilizare mari este recomandabil iluminatul cu lămpi fluorescente.

Luminanţa corpurilor de iluminat influenţează direct ochiul omenesc este factorul de calitate cel mai important al unei instalaţii de iluminat

Dacă luminanţa obiectelor aflate în câmpul vizual depăşeşte anumite valori pot avea loc fenomene de orbire. Pentru a se evita asemenea fenomene corpurile de iluminat trebuie să fie prevăzute cu dispozitive de protecţie (elemente difuzante), care să limiteze luminanţa acestora la valorile următoare:

– 3.0005.000 nt pentru corpurile de iluminat interior general;– 1.0002.000 nt pentru corpurile de iluminat interior local;– 5.00015.000 nt pentru corpurile de iluminat exterior.

Contrastele de luminanţă influenţează perceperea normală a detaliilor contribuie la fenomenul de orbire

Se recomandă respectarea următoarelor raporturi:– 3/1 între luminanţa obiectului observat şi cea a câmpului vizual din imediata sa vecinătate;– 10/1 între luminanţa obiectului observat şi cea a câmpului vizual înconjurător;– 20/1 între luminanţa sursei de lumină şi cea a suprafeţelor învecinate;– 40/1 între luminanţele a oricăror două obiecte din câmpul vizual.

Uniformitatea iluminării contribuie evitarea obosirii ochiului uniformitatea iluminării se exprimă prin doi factori de uniformitate*

- minim-maxim (Emin/Emax)- minim-mediu (Emin/Emed)

Valorile factorilor de uniformitate sunt date în literatura de specialitate.

Culoarea şi componenţa spectrală a luminiiEfectul fiziologic şi psihologic al iluminatului depinde de compoziţia spectrală a luminii, care influenţează

contrastul dintre detaliu şi fond şi de asemenea redarea culorilor.Iluminatul artificial trebuie să asigure o culoare corespunzătoare locului şi activităţii desfăşurate.În încăperile în care nu pătrunde lumina naturală şi deformarea culorilor nu deranjează pot fi folosite lămpi

incandescente sau fluorescente cu o temperatură de culoare scăzută, care creează o ambianţă caldă, odihnitoare. Culorile caracterizate printr-o tempera tură de culoare mai coborâtă se numesc – din considerente psihologice – culori calde. Ele se utilizează în cazul unor nivele de iluminare mai scăzute.

* Comşa. D. Utilizări ale energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1973.

Fig. 2 .25 D iagrama de confort viz ual (K ruithof).

2x10 4

1x10 4

5x10 3

2x10 3

1 x10 3

5x10 2

2x10 2

10 2

50

20

10

5

2000 3000 4000 6000 8000 Ktemp eratura de culoare

E [lx]

Z ona deconfor t v izual

3

3x

2x2

1,1x

Lămp ifluorescente

Lămp iincandescente

nive

lul d

e ilu

min

are

Dacă lumina artificială completează sau înlocuieşte periodic lumina naturală şi nu este permisă deformarea culorilor se folosesc lămpi fluorescente „lumina zilei“, care au o temperatură de culoare mai înaltă.

Culorile caracterizate prin temperaturi de culoare mai înalte, denumite – din considerente psihologice – culori reci, sunt utilizate pentru nivele de iluminare mai ridicate.

Corelaţia între temperatura de culoare şi nivelul de iluminare, impusă de necesitatea realizării confortului vizual, este exprimată în diagrama de confort vizual a lui Kruithof (Fig. 2.25).

Umbrele şi perceperea detaliilorDirecţia de incidenţă a luminii asupra

obiectului observat depinde de sistemul de iluminat ales.

Un obiect iluminat dintr-o singură direcţie va prezenta umbre puternice, marginile vor fi bine conturate, ceea ce asigură o uşoară percepere a sa.

În acest caz, contrastele de luminanţă vor fi mari şi pot deranja.

Obiectul luminat din mai multe direcţii va avea umbre mai slabe, contrastele de luminanţă vor fi mai reduse, ceea ce asigură o ambianţă plăcută, odihnitoare.

2.3.2. Conversia energiei electrice în energie termică. Instalaţii electrotermice• sunt instalaţiile folosite pentru realizarea proceselor electrotermice• au în componenţă

- sursele de alimentare- aparatajul de punere în funcţiune şi de reglare- aparatajul de control şi supraveghere- instalaţia propriu-zisă, care asigură conversia energiei electrice în căldură

Procesele în care energia termică astfel obţinută se utilizează în anumite scopuri tehnologice sunt numite procese electrotermice.

Electrotermia studiază probleme legate de transformarea energiei electrice în energie termică, incluzând totalitatea proceselor tehnologice care se realizează pe baza acestei transformări.

2.3.2.1. Avantaje şi domenii de utilizare a instalaţiilor electrotermiceUtilizarea instalaţiilor electrotermice prezintă unele avantaje faţă de utilizarea încălzirii cu flacără:

concentrarea unei puternice surse termice într-un spaţiu restrâns determină temperaturi ridicate (peste 2.000C); inexistenţa produselor de ardere şi deci posibilitatea de ermetizare a spaţiului de lucru; posibilitatea reglării precise şi rapide a temperaturii, în conformitate cu cerinţele procesului tehnologic; automatizarea simplă şi sigură în funcţionare; îmbunătăţirea condiţiilor de lucru şi mai buna utilizare a proceselor de producţie.

Aceste avantaje permit utilizarea instalaţiilor electrotermice în diferite procese industriale, şi anume: elaborarea oţelurilor şi aliajelor speciale, topirea pentru turnare a fontelor, oţelurilor şi metalelor neferoase; încălzirea metalelor în vederea tratamentelor termice (călire şi revenire, recoacere, îmbătrânire, cementare, nitro-carburare) şi a prelucrărilor la cald; producerea de materiale abrazive, a carburii de calciu, a electrografitului; sudarea metalelor şi maselor plastice; topirea şi tratamentul termic al sticlei şi al produselor ceramice; uscarea, prepararea şi sterilizarea produselor alimentare.

2.3.2.2. Clasificarea instalaţiilor electrotermice• Se face după modul de transformare a energiei electrice în energie termică.• Se deosebesc:

a) Instalaţii electrotermice de încălzire cu rezistoare (cuptoare electrice cu rezistoare) , bazate pe încălzirea conductoarelor parcurse de un curent electric (efectul Joule-Lentz). Încălzirea poate fi:

- directă - rezistorul este chiar materialul de încălzit – Fig. 2.26 a)- indirectă - energia termică dezvoltată în rezistoare se transmite – prin conducţie, convecţie sau

radiaţie – materialului ce urmează a fi încălzit – Fig. 2.26 b).b) Instalaţii electrotermice de încălzire cu arc electric, la care energia termică necesară este dezvoltată în

arcul electric, fiind transmisă materialului ce urmează a fi încălzit – prin radiaţie şi conducţie. Încălzirea cu arc electric este directă – dacă arcul electric se formează între electrod şi material – Fig. 2.26 c) – sau indirectă – dacă arcul electric se formează între electrozi şi încălzirea materialului se face prin radiaţie – Fig. 2.26 d).

c) Instalaţii electrotermice de încălzire prin inducţie a metalelor, care au la bază fenomenul inducţiei electromagnetice şi efectul Joule-Lentz al curenţilor induşi în materialul ce urmează a fi încălzit – Fig. 2.26 e), f), g), h). Transmiterea căldurii în profunzimea metalului are loc prin conducţie

d) Instalaţii electrotermice cu încălzire dielectrică sau capacitivă, bazate pe efectul termic al curenţilor de deplasare, ce apar în dielectricul introdus într-un câmp electric variabil în timp – Fig. 2.26 i).

e) Instalaţii electrotermice cu încălzire cu microunde (sau ultrasunete), bazate pe efectul termic al vibraţiilor transmise materialului de încălzit de către un dispozitiv numit sonotrod – Fig. 2.26 j).

f) Instalaţii electrotermice cu încălzire prin bombardament electronic în vid – Fig. 2.26 k). În acest caz, este utilizată energia cinetică a electronilor, energie care se transformă în căldură prin bombardarea locului de încălzit.

g) Instalaţii electrotermice de încălzire cu fascicol de lumină (sau laser: Light Amplification through Stimulated Emission of Radiation). Fasciculul laser – produs de un cristal de rubin sau de un gaz – permite o concentrare de energie care nu poate fi obţinută printr-un alt procedeu cunoscut şi aplicat. În ultimul timp instalaţiile electrotermice cu laser sunt tot mai frecvent aplicate în medicină.

Ultimele trei tipuri de instalaţii electrotermice sunt folosite cu bune rezultate la tăierea şi sudarea materialelor.

1

3

2

a)

~ 5

4

4

1

b)

~

1

3

6

7

c)

1

3

7 6

d)

~

1

1 0

9

g)

h)

91

~

i)

1

~

j) k)

~

1 2 1 31 4

1 5

1 61 71

e)

~

~

9

1 0

1

8

9

f)

1

8

9

Fig. 2 .26 T ransformarea energiei elect rice în căldură: 1 - material de încălz it ;2 - rez is toare; 3 - iz olaţie t ermică; 4 - contact e; 5 - t ransformator; 6 - arc elect ric; 7- elect roz i; 8 - miez feromagnet ic; 9 - inductor; 10 - creuz et din material refract ar;

11 - condensator de încălz ire; 12 - sonot rod (dip ol radiant ); 13 - disp oz it iv deîncălz ire; 14 - catod; 15 - elect rod de focaliz are; 16 - flux de elect roni; 17 - elect rod

de accelerare.

2.3.2.3. Indicatori energetici ai transformărilor electrotermice• Permit comparaţii între diferite instalaţii electrotermice, din punct de vedere tehnic şi economic.• Aceştia sunt:

- randamentul termic- randamentul electric- randamentul total- consumul specific de energie electrică

Randamentul termic ηt al unei instalaţii electrotermice este dat de raportul

.apu

ut QQQ

Q

,ifu cmQ

- Qu este cantitatea de căldură utilă necesară încălzirii materialului- Qp reprezintă pierderile de căldură datorate temperaturilor mari din instalaţia de încălzire- Qa este cantitatea de căldură necesară încălzirii pieselor auxiliare

Cantitatea de căldură necesară încălzirii unui corp de masă m, de la temperatura iniţială i la temperatura finală f este

- c este căldura specifică medie a materialului, în J/kggrad.Dacă se utilizează relaţia energia specifică i a materialului (în J/kg sau kWh/kg), relaţia de mai sus devine

Qu=mi.Energia specifică a unui material este cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui kilogram din acel

material, de la temperatura i la temperatura f, – Fig. 2.27.Observaţie: în figura 2.27 se observă fazele de topire ale diverselor materiale, când temperatura rămâne

constantă până ce întreaga masă a materialului a trecut în faza lichidă. Valorile uzuale ale randamentului termic sunt de 7095%.

4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 6 0 0

0 , 0 5

0 , 1 0

0 , 1 5

0 , 2 0

0 , 2 5

0 , 3 0

0 , 3 5

0 , 4 0

0 , 4 5

i[kW h/kg]

[ o C ]

Fig. 2 .27 Energia sp ecifică necesarăp ent ru încălz irea ş i t op irea metalelor.

4 3 Z n + 5 7 C u

Z n

C u

F eA l

C

Randamentul electric e al instalaţiei este dat de relaţia

- Qe reprezintă pierderile de energie electrică care se produc în echipamentul de alimentare cu energie electrică al instalaţiei.Randamentul electric are valori de:- 8095% pentru încălzirea cu rezistoare - 6080% pentru încălzirea prin inducţie.

Randamentul total al unei instalaţii electrotermice este

Consumul specific de energie electrică Qs al instalaţiei electrotermice este un indicator a cărui valoare exprimă economicitatea instalaţiei.

Consumul specific se defineşte cu relaţia

- P este puterea absorbită din reţeaua electrică, iar t este timpul de funcţionare.

,epu

pue QQQ

QQ

.etepu

u

QQQ

Q

,s

i

m

tPQ

2.3.2.4. Instalaţii electrotermice cu rezistoare (cuptoare electrice)

• Indicatorii energetici ai cuptoarelor electrice se determină în urma calculului termic al acestora, calcul bazat pe legile de transmitere a căldurii.• Transmiterea căldurii dintr-o porţiune a spaţiului spre altă porţiune se face datorită unei diferenţe de temperatură între cele două porţiuni ale spaţiului, reprezentând în ansamblu un proces complex.• Într-un sistem de corpuri temperatura unui punct este o funcţie de coordonatele punctului şi de timp:

Dacă temperatura diferitelor puncte nu variază în timp relaţia de mai sus se scrie

şi câmpul de temperatură este staţionar, iar procesul termic analizat este staţionar.Pentru uşurinţa studierii şi efectuării calculelor procesul complex de transmitere a căldurii se divide în trei fenomene mai simple cărora le corespund trei forme de transmitere a căldurii:

- prin conducţie- prin convecţie - prin radiaţie*

Se utilizează următoarele mărimi:- fluxul termic - cantitatea de căldură transmisă în unitate de timp:

- densitatea de flux termic, referitoare la o suprafaţă A:

- rezistenţa termică a unui perete având termeraturile 1, respectiv 2 :

* Altgauzen, A.P. ş.a. Instalaţii electrotermice industriale, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1975

.,,, tzyxf

zyxf ,,

].W[t

Q

.m

W2

A

q

.21T

R

Materiale utilizate în construcţia cuptoarelor electrice

• În construcţia cuptoarelor electrice se folosesc pe lângă materialele uzuale din construcţia de maşini şi materialele cu anumite proprietăţi care să corespundă condiţiilor de funcţionare la temperaturi ridicate.• Din acestea fac parte:

- materialele refractare- termoizolante - materialele pentru elementele încălzitoare

• Materiale refractare trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:– să reziste la temperaturi ridicate;– să aibă proprietăţi mecanice bune;– să suporte variaţiile de temperatură fără a se fisura;– să nu intre în combinaţii chimice cu materialul sau atmosfera din cuptor;– coeficientul de dilatare termică să fie cât mai mic;– să aibă conductibilitate termică redusă;– să aibă rezistivitate electrică mare;– să fie cât mai ieftine.

Principalele materiale refractare folosite sunt:- silica (SiO2 – cu caracter acid)- şamota (silico-aluminoasă SiO2-Al2O3 – cu caracter neutru)- argila refractară (alumina sau mulita – Al2O3)- magnezita (MgO) şi cromomagnezita (cu caracter bazic)- cărbunele; grafitul; carborundul (SiC) şi compuşi ai zirconiului.

Pentru acele părţi ale cuptorului unde se cere rezistenţă mecanică mărită (creuzete, plăci de vatră, suporţi pentru pereţi şi boltă, dispozitive pentru deplasarea sau susţinerea pieselor din cuptor) se folosesc materiale obţinute prin alierea oţelului şi a fontei cu crom sau cu crom-nichel. Pentru temperaturi mai mari de 1.100 C se utilizează molibdenul, wolframul, niobiul. Proprietăţile materialelor refractare sunt date în literatura de specialitate*.

* Comşa, D. Utilizări ale energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucreşti, 1973.

• Materiale termoizolante trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:- să aibă conductibilităţi termice cât mai scăzute- să aibă o temperatură de înmuiere cât mai ridicată- să asigure rezistenţa minimă la solicitări mecanice

Principalele materiale termoizolante sunt:- diatomita- vata de zgură- vata de sticlă - materialele obţinute pe bază de azbest.În ultima vreme s-au făcut studii care au dus la concluzia că asemenea materiale pe bază de azbest sunt cancerigene.

Proprietăţile acestor materiale sunt date în literatură*.

Structura pereţilor cuptoarelor electrice depinde de temperatura de lucru şi anume:– la cuptoarele cu temperaturi până la 350C căptuşeala este de regulă dintr-un singur strat

termoizolant (vată de zgură), intercalată între două carcase metalice;– la cuptoarele cu temperaturi de 4001.000C căptuşeala constă dintr-un strat refractar (60-80 mm la

cuptoarele mici şi 110-120 mm la cuptoarele mari) şi un strat termoizolant (120-200 mm).– la cuptoarele cu temperaturi între 1.000 şi 1.200C căptuşeala este formată dintr-un strat refractar şi

mai multe straturi termoizolante, în funcţie de temperatura admisă pe carcasa exterioară.Stratul de izolaţie termică trebuie astfel dimensionat încât temperatura exterioară a carcasei metalice

să nu depăşească 60C pentru cuptoare funcţionând la temperaturi până la 1.800C şi 150-400C pentru cuptoare de topit fontă, oţeluri, minereuri.

Relaţiile de calcul a fluxurilor termice transmise permit stabilire grosimii straturilor ce formează pereţii cuptorului, depinzând de forma concretă a cuptorului.

* Comşa, D. Utilizări ale energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucreşti, 1973.

Materiale pentru elementele încălzitoareale cuptoarelor şi aparatelor electrotermice cu rezistoare trebuie să aibă următoarele proprietăţi:

– stabilitate chimică şi rezistenţă mecanică la temperaturi înalte;– rezistivitate electrică mare pentru a reduce cantitatea necesară de material;– coeficientul de temperatură al rezistivităţii să fie mic, pentru ca diferenţa între rezistenţa electrică la rece şi cea la cald să fie mică, rezultând astfel o variaţie neimportantă a puterii absorbite de la reţea în timpul funcţionării;– materialul să nu îmbătrânească prea repede, evitându-se astfel scăderea puterii cuptorului în timp datorată creşterii rezistenţei electrice;– coeficientul de dilatare să fie mic, pentru a evita dificultăţile constructive;– să fie uşor de prelucrat, adică să permită trefilarea, laminarea şi sudarea;– să fie cât mai ieftin.

Materialele pentru construcţia elementelor încălzitoare pot fi: metalice, acestea putând fi metale pure cu punct de fuziune ridicat (wolfram – 3.380 C, molibden – 2.610 C, tantal – 2.996 C, niobiul – 2.468 C) sau aliaje, ale căror proprietăţi depind de proprietăţile elementelor chimice ce intră în componenţa lor; aliajele pot fi pe bază de nichel, pe bază de nichel şi crom, pe bază de nichel, crom şi aluminiu, pe bază de crom, nichel, fier şi aluminiu, acestea purtând diferite denumiri comerciale, cum ar fi: nichelină, constantan, fecral, cromal etc.; nemetalice: carborund (carbură de siliciu – SiC), cărbune, grafit etc.Acestea din urmă se folosesc la temperaturi mai mari, având însă dezavantajul dat de o pronunţată

variaţie a rezistivităţii cu temperatura (Fig. 2.28). Acest lucru impune alimentarea elementelor încălzitoare confecţionate din materiale nemetalice prin transformatoare cu tensiune reglabilă sub sarcină.

Grafitul, carbonul, molibdenul, tantalul, wolframul se oxidează la temperatura de lucru, de aceea funcţionarea lor se recomandă a avea loc în atmosferă protectoare sau în vid. Materialele pentru rezistoare, proprietăţile şi compoziţiile lor sunt indicate în literatură*.

* Altgauzen, A.P. ş.a. Instalaţii electrotermice industriale, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1975

Fig. 2 .28 Variaţia rez is t ivit ăţii SiC cu t emp eratura.

2 4

m

2mm

1

2

3

x10 3

6 8 10 12 14

[o C ]

x10 2

4

0

Fig. 2 .29 M oduri de fixare a rez is toarelor din sârmă sp iralat ă:a) p e bolt ă; b) p e p ereţii lat erali; c) sub vat ră; d) dimensiunile sp iralei

p ent ru sârmă cu diamet rul d= 3...8 mm.

a)

b)

c)

d)

tub ceram icdt

D

D = (6-10)d - C rN iD = (4-7)d - K antal

dt 2

Din punct de vedere constructiv, elementele încălzitoare sunt realizate din:

– sârmă spiralată pe un tub ceramic; – bandă în zig-zag; – bară sau ţeavă fixată direct în

căptuşeala cuptorului; – tuburi din oţel inoxidabil, în axa cărora

se fixează o spirală din crom-nichel, spaţiul dintre tub şi spirală fiind umplut cu oxid de magneziu cristalizat, care are proprietăţi electroizolante şi o bună conductibilitate termică.

Modurile de fixare şi principalele relaţii între dimensiuni sunt indicate în figurile 2.29 şi 2.30.

Dimensiunile spiralei se aleg astfel încât să asigure o rigiditate mecanică suficientă şi o transmitere cât mai completă a fluxului termic de la spiră spre materialul de încălzit, urmărindu-se reducerea efectului de ecranare reciprocă a spirelor. Diametrul spiralei D trebuie să fie cu atât mai mic faţă de diametrul sârmei d cu cât temperatura elementului încălzitor este mai mare.

La cuptoarele electrice industriale se întrebuinţează sârme cu diametrul de până la 8 mm. Deci dacă spirala este din sârmă de crom-nichel D trebuie să fie între 6 şi 10 d, iar dacă aliajul folosit este fecral atunci D trebuie să fie între 4 şi 7 d. Încălzitoarele în zig-zag confecţionate din bandă se fixează pe cârlige metalice rezistente la temperaturi înalte sau pe piese din material refractar de formă corespunzătoare.Capetele conductoarelor sunt sudate cu sârme mai groase sau cu bare rotunde, având secţiune mai mare tocmai pentru a nu se încălzi. Elementele încălzitoare sub formă de bară cu secţiune rotundă sau dreptunghiulară se confecţionează din grafit, carborund sau bisiliciură de molibden. Elementele din carborund mai sunt cunoscute sub numele de silită sau globar.

Fig. 2 .30 M oduri de fixare a rez is toarelor din bandă în z ig-z ag:a) susp endate cu cârlige p e bolt ă; b) p e p ereţii lat erali, montat e cu cârlige; c) sub vat ră;

d) dimensiunile buclei din vat ră.

a)

b)c) d)

b

b

a

205 b

a

dt 2

bA 100

d

Clasificarea cuptoarelor electrice• Cuptoarele cu rezistoare sunt cele mai răspândite şi mai diversificate cuptoare.• Acestea se pot clasifica după mai multe criterii, cele mai importante fiind următoarele:

1) după regimul de funcţionare:– cuptoare cu funcţionare intermitentă, la care ciclul de funcţionare cuprinde încărcarea, încălzirea şi descărcarea;– cuptoare cu funcţionare continuă, la care piesele ce urmează a se încălzi se deplasează continuu sau periodic de la capătul de încărcare la cel de descărcare.

2) după temperatura de lucru:– cuptoare de joasă temperatură (până la 600-700C);– cuptoare de înaltă temperatură (până la 1.600C).

3) după tipul constructiv:– pentru cuptoare cu funcţionare intermitentă: cuptoare cu cameră, verticale, cu clopot, cu vatră mobilă;– pentru cuptoare cu funcţionare continuă: cuptoare cu conveier, cu împingător, cu căi cu role, rotative, de tip tunel.

Pentru calculul cuptoarelor electrice este necesar să fie precizate următoarele date:– materialul ce urmează a fi încălzit;– forma şi dimensiunile încărcăturii;– regimul tehnologic necesar (timpul de încălzire, temperatura de încălzire, timpul de menţinere, temperatura de menţinere, timpul de răcire);– condiţii tehnologice speciale (de exemplu atmosferă de protecţie, vid etc.);– productivitatea cuptorului.Proiectarea constă în:– alegerea tipului şi a numărului necesar de cuptoare pe baza unui calcul tehnico-economic;– calculul termic şi al construcţiei cuptorului ales;– calculul termic al rezistoarelor;– calculul indicatorilor energetici ai cuptorului.

Calculul cuptoarelor electrice cu rezistoare cu încălzire indirectă

• are în vedere şi tipul de cuptor, motiv pentru care este prezentată în continuare o clasificare succintă a cuptoarelor electrice cu rezistoare cu încălzire indirectă. Acestea se pot clasifica astfel:

1) după regimul de funcţionare:– cuptoare cu funcţionare intermitentă, la care ciclul de funcţionare cuprinde încărcarea, încălzirea şi descărcarea;– cuptoare cu funcţionare continuă, la care piesele ce urmează a se încălzi se deplasează continuu sau periodic de la capătul de încărcare la cel de descărcare.

2) după temperatura de lucru:– cuptoare de joasă temperatură (până la 600-700C);– cuptoare de înaltă temperatură (până la 1.600C).

3) după tipul constructiv:– pentru cuptoare cu funcţionare intermitentă: cuptoare cu cameră, verticale, cu clopot, cu vatră mobilă;– pentru cuptoare cu funcţionare continuă: cuptoare cu conveier, cu împingător, cu căi cu role, rotative, de tip tunel.

• Pentru calculul cuptoarelor electrice este necesar să fie precizate următoarele date:– materialul ce urmează a fi încălzit;– forma şi dimensiunile încărcăturii;– regimul tehnologic necesar (timpul de încălzire, temperatura de încălzire, timpul de menţinere, temperatura de menţinere, timpul de răcire);– condiţii tehnologice speciale (de exemplu atmosferă de protecţie, vid etc.);– productivitatea cuptorului.

• Proiectarea constă în:– alegerea tipului şi a numărului necesar de cuptoare pe baza unui calcul tehnico-economic;– calculul termic şi al construcţiei cuptorului ales;– calculul termic al rezistoarelor.

a) Calculul termic al cuptorului electric cu rezistoare• Scopul calculului termic este acela de a determina consumul de căldură şi puterea cuptorului.• Se numeşte diagramă de funcţionare a unui cuptor variaţia temperaturii încărcăturii p în funcţie de timp.• La cuptoarele cu funcţionare intermitentă cele mai obişnuite diagrame de funcţionare sunt prezentate în figura 2.31.

- tc - durata unui ciclu complet- tî - timpul de încălzire - tm - timpul de menţinere la temperatură constantă în cuptor- tr - timpul de răcire în cuptor- to - timpul de încărcare-descărcare– Fig. 2.31 c)

Fig. 2 .31 D iagrame de funcţionare a cup toarelor cu rez is toare: a) încălz ire fără menţinerela t emp eratură cons tantă; b) încălz ire cu menţinere la t emp eratură cons tant ă; c) încălz ire

cu menţinere la t emp eratură cons tant ă urmată de răcire în cup tor.

tî to t

p[ o C ]

p[ o C ]

p[ o C ]

tî totm

a) b) c)

tî totm trt t

tc tc tc

• Dacă se reprezintă variaţia:- temperaturii rezistoarelor r,- temperaturii mediului interior al cuptorului c,- temperaturilor încărcăturii – la suprafaţa piesei sp,- temperatura încărcăturii în axa piesei ap rezultă o diagramă mai cuprinzătoare – Fig. 2.32.

• Necesarul de căldură Qc – în [J] – în timpul unui ciclu tc – [h] – al cuptorului cu funcţionare intermitentă este

- Qu - cantitatea de căldură utilă necesară pentru încălzirea pieselor de la temperatura iniţială i până la temperatura finală pf, dată de relaţia:

- Qa – cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea pieselor auxiliare (coşuri, etajere) între aceleaşi temperaturi, calculată cu aceeaşi relaţie;- Qp – cantitatea de căldură pierdută în timpul unui ciclu, care se poate calcula cu relaţia

Fig. 2 .32 R egimul t ermic la cup torul cu funcţionareint ermit entă; r m - t emp eratura maximă a rez is toarelor;c m - t emp eratura maximă a cup torului; i - t emp eratura

iniţială a p iesei; p f - t emp eratura finală a p iesei.

tî tm tr

a p

sp

r c

r mc m

p f

r

i

t

a psp

c

,pauc QQQQ

,rrrmmîîpp QtttkQ

,ifu cmQ

- kp este un coeficient care ţine seama de pierderile termice prin neetanşeităţi, prin bornele de alimentare ale rezistoarelor, prin elementele constructive ale cuptorului – se recomandă kp=1,2*;- î, m, r – fluxurile termice în [W] transmise prin pereţii cuptorului în perioada tî de încălzire, tm de menţinere la temperatură constantă, respectiv tr de răcire, în [h];- Qr – căldura pierdută prin radiaţia ce are loc prin uşile deschise – în [J] – în timpul t0 de descărcare-încărcare [h].

•Randamentul termic al cuptorului este

• Puterea cuptorului cu funcţionare intermitentă se calculează pe baza cantităţii de căldură necesare în perioada de încălzire, deoarece în această perioadă cuptorul are nevoie de cantitatea maximă de căldură:

unde

Puterea instalată a cuptorului se calculează cu relaţia

în care k=1,11,5 este coeficientul de siguranţă care ţine seama de posibilitatea forţării regimului de încălzire al cuptorului aflat în stare rece, de posibilitatea scăderii tensiunii reţelei faţă de valoarea sa nominală, de scăderea în timp a proprietăţilor izolaţiei termice, de îmbătrânirea elementelor încălzitoare – care determină o rezistenţă mai mare decât cea calculată iniţial şi deci o putere dezvoltată mai mică.

*Văzdăuţeanu, V. Utilizarea energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1973

].%[100c

u

Q

Q

],W[î

î

t

QP

.mmpcrrrîîpauî tkQQttkQQQ

],W[î

îi t

QkPkP

b) Calculul electric al cuptorului electric cu rezistoare• constă în: – alegerea materialului rezistoarelor; – stabilirea schemei de conexiuni; – determinarea dimensiunilor rezistoarelor; – stabilirea amplasării rezistoarelor în interiorul cuptoarelor; – determinarea randamentului şi consumului specific.• Datele necesare pentru calcul sunt: – puterea instalată a cuptorului Pi; – tensiunea de alimentare U; pentru protecţia împotriva electrocutărilor alimentarea rezistoarelor se face de obicei cu tensiune până la 500 V; – temperatura maximă de lucru a cuptorului cm sau a zonelor termice la care se referă calculul.• Materialul rezistoarelor se alege astfel încât temperatura sa maximă de lucru să depăşească cu 1020% temperatura maximă de lucru a mediului din interiorul cuptorului.• Rezistoarele pot fi conectate trifazat (stea, triunghi) sau monofazat.

Pentru a determina dimensiunile rezistoarelor este necesar a se defini şi calcula puterea specifică a acestora Ps:

- P - puterea dezvoltată de către rezistor, în [W], - A - suprafaţa laterală a rezistorului, în [m2].

• Puterea specifică a cuptorului cu rezistoare se determină având în vedere două situaţii: - cuptoare având temperatura sub 700°C - cuptoare având temperatura peste 700°C *

* Comşa, D. Utilizări ale energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1973.

,As

PP

Dimensionarea rezistoarelor • se face considerând că întreaga putere electrică Pf absorbită de un rezistor de la o fază a reţelei se transmite sub forma fluxului termic:

Dar

- Uf - tensiunea de fază aplicată la bornele rezistorului, în [V];- R – rezistenţa rezistorului [];- – rezistivitatea rezistorului la temperatura de lucru [·m];- S – secţiunea conductorului, în [m2];- Pf – puterea rezistoarelor montate pe o fază. Mărimile neprecizate se iau în sistemul internaţional (SI).Pentru rezistoare din sârmă cu diametrul d, rezultă

Pentru rezistoare din bandă, notând se obţin următoarele dimensiuni ale benzii:

a=mb

Amplasarea rezistoarelor în interiorul cuptorului se face astfel încât să se asigure cea mai bună transmitere a căldurii către piesă. Pentru piese aşezate vertical se recomandă aşezarea rezistoarelor pe pereţii laterali; pentru piesele plate, acestea se vor plasa pe boltă şi sub vatră.

.WAsf PP

,2

f2

ff

Sl

U

R

UP

;m4

32

f2

s

2f

UP

Pd

.m4

32

s2

2ff

P

UPl

b

am

;m

123

s2

f

2f

PUmm

Pb

].m[

143

2s

2

2ff

Pm

UPml

2.3.2.5. Instalaţii electrotermice pentru încălzirea prin inducţie

Încălzirea prin inducţie se bazează pe• fenomenul de pătrundere a energiei electromagnetice într-un conductor masiv situat în câmpul magnetic variabil în timp al unei bobine (inductor).• efectul Joule-Lentz al curenţilor turbionari induşi.

Faţă de alte metode de încălzire încălzirea prin inducţie prezintă următoarele avantaje:+ căldura se dezvoltă în metalul ce urmează a fi încălzit, rezultând o viteză mai mare de încălzire decât în cazul încălzirii electrice cu rezistoare;+ construcţia instalaţiilor de încălzire este mai simplă – fără contacte electrice între părţi (inductor şi indus) – ceea ce permite topirea în vid sau în atmosferă protectoare a metalelor, precum şi o automatizare uşoară;+ permite dozarea precisă a cantităţii de căldură necesare pentru tratarea superficială a pieselor.

Încălzirea prin inducţie este folosită pentru: topirea metalelor (oţel, fontă, aluminiu, cupru, zinc etc.); încălzirea în volum, în vederea deformării la cald (forjare, laminare, matriţare etc.); călirea superficială a pieselor; prelucrarea termochimică a pieselor; sudarea şi lipirea metalelor.

Pătrunderea energiei electromagnetice în metale.• Se consideră un bloc de material conductor:

- de permeabilitate magnetică - conductivitate - limitat spre stânga de o suprafaţă plană, teoretic infinit extinsă- ocupând întreg semispaţiul drept (Fig. 2.33).

• Câmpul electromagnetic este caracterizat de intensitateacâmpului magnetic H şi intensitatea câmpului electric E.• La suprafaţa semispaţiului conductor amplitudineaintensităţii câmpului magnetic tangenţial este

Fig. 2 .33 Semisp aţiu conductor infinit , excit at p esup rafaţa de delimit are de un câmp

elect romagnet ic.

E0

S 0

H 0

y

z

x

E

H

S

Datorită extinderii infinite după axa x a materialului conductor şi a omogenităţii materialului, toate mărimile de stare ale câmpului se consideră numai funcţii de timp şi de coordonata x, adică în materialul conductor se poate scrie

.sint max00 tHH

.tx,,tx,,tx, JJEEHH

Energia electromagnetică emisă de inductor se propagă sub formă de undă, ecuaţia acesteia fiind stabilită în funcţie de ecuaţiile fundamentale ale câmpului electromagnetic (ecuaţiile lui Maxwell), având în vedere că în metale curentul de deplasare este neglijabil faţă de cel de conducţie:

- B este inducţia magnetică;- J este intensitatea curentului electric de conducţie.

.;

;0div;0div

;rot;rot

EJHB

EH

t

BEJH

• Determinând expresiile mărimilor E şi H, se obţine energia electromagnetică absorbită de unitatea de suprafaţă a conductorului în unitate de timp (puterea specifică) – vectorul densităţii fluxului de energie (vectorul lui Poynting) fiind

• Soluţia în complex pentru intensitatea câmpului magnetic este

- H0 - valoarea efectivă a intensităţii câmpului magnetic la suprafaţă, - =–kx - defazajul variabil al vectorului, - k este inversul adâncimii de pătrundere, definită de relaţia

• Pentru intensitatea câmpului electric soluţia în complex este

• Puterea absorbită de unitatea de suprafaţă în unitatea de timp în complex simplificat este

- H* - expresia conjugată în complex simplificat a lui H,- SpP - puterea activă disipată prin efect Joule-Lentz pe unitatea de suprafaţă a conductorului, - SqQ - puterea reactivă pe unitatea de suprafaţă.• Pentru x=0 (suprafaţa semispaţiului) se obţine

.HES

,01

0 jxkxkj eeHeHH

k

12

.1 10

xkjejkHE

,1* qp22

0 SjSejkHHES xk

.1 q0p0200 SjSjkHS

• Factorul de putere corespunzător acestei situaţii este

• Adâncimea de pătrundere a undei electromagnetice în material:- este distanţa de la planul de separaţie al semispaţiului până la planul în care amplitudinea undei scade la

valoarea

Aceasta depinde de: - frecvenţa f a câmpului electromagnetic, - de permeabilitatea , - rezistivitatea a conductorului, - temperatura materialului de încălzit (prin intermediul mărimilor şi ).

.707,0cos20q

20p

p0

SS

S

.367,0 01

0 HeH

• În cazul încălzirii materialelor feromagnetice scade cu temperatura, ajungând la valoarea 0 pentru 730C (punctul Curie), iar creşte cu temperatura (respectiv scade cu temperatura), ceea ce conduce la variaţia lui cu temperatura.

Variaţia adâncimii de pătrundere în funcţie de frecvenţă este reprezentată în figura 2.34. Fig. 2 .34 A dâncimea de p ăt rundere în funcţie de frecvenţa f, p ent ru diferit e metale.

1 1 0 1 0 25 0 1 0 3 1 0 4 1 0 5 1 0 6 1 0 7

0 , 0 1

0 , 1

1

1 0

1 0 0[ m m ]

j o a s ă f r e c v .

5 0 H z

m e d i e f r e c v e n ţ ă î n a l t ă f r e c v e n ţ ă

C ă r b u n e

G r a f i t

O L l a 1 2 0 0 o C

O L l a 6 5 0 o CO L l a 3 0 0 o C

O L l a 6 0 o CO L l a 2 0 o C

A l a m ăA l u m i n i uC u p r uA r g i n t

f [H z ]

1 5 0 H z 5 0 0H z

4 k H z1 0k H z

0 , 4 5M H z 3 M H z

=0,1 .10 -8 m

1 .10 -8

10 .10 -8

100 .10 -8

1.000 .10 -8

10.000 .10 -8

100.000 .10 -8

2 k H z

• Puterea activă pe unitatea de suprafaţă transformată în căldură în interiorul adâncimii de pătrundere este

ceea ce se mai scrie

adică 86,5% din puterea activă ce pătrunde într-un corp metalic pe unitatea de suprafaţă se transformă în căldură în zona delimitată de adâncimea de pătrundere a câmpului electromagnetic.În relaţiilede mai sus pentru E şi H s-au considerat valorile efective.

Pentru cazurile concrete, puterea absorbită de unitatea de suprafaţă este dată de relaţia

- kp şi kq sunt funcţii exprimate cu ajutorul funcţiilor Bessel de ordinul zero modificate, de speţa I (ber, bei) şi de speţa a II-a (ker, kei), dependente de aplicaţia concretă*, reprezentate de regulă grafic.

Randamentul electric al sistemului inductor-piesă este determinat de relaţia

- P1 şi P2 sunt puterile active corespunzătoare conductorului, respectiv piesei metalice.

*Comşa, D. Utilizări ale energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1973.

,1 20

2p0p kHeSS

,865,01 2

0p

p0p e

S

SS

,qp20

*000 kjkkHHES

,1

1

2

121

2e

P

PPP

P

2.3.2.6. Clasificarea instalaţiilor de încălzire prin inducţie

Instalaţiile electrice de încălzire prin inducţie se clasifică după mai multe criterii: destinaţie, frecvenţa de lucru, mod de funcţionare etc. – Fig. 2.35*.

* Altgauzen, A.P., ş.a. Instalaţii electrotermice industriale, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1975.

Fig. 2.35 Clasificarea instalaţiilor de încălzire prin inducţie.

Instalaţii electrotermice de încălzire prin inducţie

Cuptoare pentru topireInstalaţii pentru încălzire în

volum (profunzime)

cu canal cu creuzet

Instalaţii pentrucălire superficială

Instalaţii speciale

funcţionarecontinuă

funcţionareintermitentă

cu vid descoperite

funcţionarecontinuă şi

semicontinuă

funcţionareintermitentă

călirecontinuă-succesivă

călire simultană

cu vidcu atmosferăde protecţie

descoperitecu atmosferăde protecţie

descoperite

Clasificarea instalaţiilor de încălzire prin inducţie

• După destinaţie se deosebesc următoarele tipuri de instalaţii:– cuptoare pentru topire prin inducţie;– instalaţii pentru încălzire în volum (în profunzime);– instalaţii pentru călire superficială;– instalaţii speciale.

• După frecvenţa curentului de alimentare se deosebesc:– instalaţii de frecvenţă industrială, care se alimentează direct de la reţeaua de 50 Hz sau prin transformatoare coborâtoare speciale;– instalaţii de frecvenţă medie (500-10.000 Hz), care se alimentează de la convertizoare de frecvenţă rotative sau statice;– instalaţii de frecvenţă înaltă, care se alimentează de la generatoare speciale.

• Se mai deosebesc următoarele tipuri de instalaţii de încălzire prin inducţie:– instalaţii cu funcţionare continuă;– instalaţii cu funcţionare intermitentă (periodică).

La instalaţiile cu funcţionare continuă în dreptul inductorului se găsesc în acelaşi timp mai multe piese, care se încălzesc pe măsura deplasării acestora faţă de inductor. La instalaţiile cu funcţionare intermitentă sub inductor se pot afla una sau mai multe piese a căror încălzire până la temperatura prescrisă se face simultan.

2.3.2.7. Cuptoare electrice pentru topire prin inducţie

Se deosebesc două tipuri de cuptoare electrice de inducţie:Cuptoare cu canal, care sunt mai economice, dar datorită materialelor refractare utilizate nu pot fi folosite peste 1.300C. Se folosesc pentru topirea aliajelor de cupru, aluminiu şi – în cazuri foarte rare – pentru topirea fontei. Sunt în general cuptoare cu funcţionare continuă.Cuptoare cu creuzet, care se folosesc pentru topirea materialelor feroase, pentru topirea metalelor în vid şi pentru topirea metalelor neferoase în mediu deschis. Sunt în general cuptoare cu funcţionare intermitentă.

Cuptoare electrice de inducţie cu canalCuptorul cu canal (Fig. 2.36) conţine:

- un transformator cu miez feromagnetic 1- o înfăşurare primară 2 (inductorul)- o înfăşurare secundară 3, constituită din metalul ce urmează a fi topit, aflat într-un canal.

Inductorul este o bobină cilindrică într-un strat, realizată din ţeavă de cupru, prin interiorul căreia circulă agentul de răcire. Spirele sunt izolate cu bandă textilă impregnată sau pe bază de sticlă.

Tensiunea de alimentare a inductorului nu depăşeşte 1.000 V din motive de securitate. Reţeaua scurtă care conectează inductorul la sursa de alimentare se execută de regulă din cabluri flexibile.

F ig. 2.36 C uptor de inducţie cu canal or izontal, cucircuit m agnetic în m anta.

1

2

3

• Circuitul magnetic poate fi executat atât cu coloane, cât şi în manta.• Pentru reducerea fluxului de dispersie este indicat ca pe aceeaşi coloană să se aşeze atât înfăşurarea primară cât şi canalul.• Din punct de vedere constructiv, cuptoarele cu canal pot fi:

- cu canal orizontal- cu canal vertical- cu canal înclinat

• Canalul este realizat din material refractar (şamotă, cuarţită, magnezită, corund – în funcţie de metalul ce se elaborează), fiind amplasat într-o carcasă metalică care îi conferă rezistenţa mecanică necesară. Pentru ca fluxul de dispersie să fie cât mai mic se recomandă ca grosimea canalului să fie între 50 şi 70 mm.

• Cuptorul este prevăzut cu un mecanism de basculare în vederea golirii.• Avantajele pe care le prezintă cuptorul cu canal constau în:

- simplitatea construcţiei, - procentul unic de ardere a metalului,- productivitate mare, - conţinut redus de gaze în metal,- consumul specific de energie electrică mai redus decât la alte tipuri de cuptoare.

• Consumul specific de energie electrică depinde de metalul topit:- alamă – 0,2 kWh/kg,- cupru – 0,29 kWh/kg,- aluminiu – 0,35-0,45 kWh/kg).

• Densitatea curentului în canal depinde de asemenea de metalul topit (alamă – 10 A/mm2, cupru – 15 A/mm2, aluminiu – 6-10 A/mm2).

F ig. 2.37 Agitaţia electrodinam ică am etalului în cuptorul cu canal v er tical.

1

2

3

h r

• Dezavantajele principale sunt următoarele:- necesitatea menţinerii unei părţi din metal în canal după turnarea şarjei, metal care trebuie încălzit până la următoarea încărcare a cuptorului,- dificultatea utilizării aceluiaşi cuptor pentru metale de diferite compoziţii chimice,- necesitatea utilizării materialelor refractare de calitate superioară pentru confecţionarea

canalului.La cuptoarele de inducţie cu canal se produce o amestecare intensă a metalului, datorită forţelor

electrodinamice care apar în acesta, ca urmare a următoarelor efecte:- efectul de contracţie- efectul turbionar- efectul motor (centrifugal)- efectul termic de convecţie• Efectul de contracţie. Considerând vâna de metal lichid

compusă din mai multe conductoare paralele, acestea se atrag, curenţii fiind de acelaşi sens. La creşterea peste o anumită limită a valorii curentului vâna se va contracta într-un anumit loc, putându-se chiar întrerupe. La locul întreruperii poate pătrunde un strat izolant, ceea ce poate duce la pierderea şarjei, deteriorarea cuptorului şi accidente de muncă.

Efectului de contracţie i se opune greutatea metalului. Pentru o anumită valoare a curentului Icr presiunea hidrostatică este egală cu presiunea de contracţie; mărind curentul peste valoarea critică se poate produce strangularea. Experimental, s-a dedus relaţia

unde este masa specifică a metalului topit [kg/m3], iar h înălţimea canalului [m].• La cuptoarele cu canal vertical efectul de contracţie nu se constată, deoarece presiunea hidrostatică a metalului din rezervorul superior este suficient de mare pentru a împiedica apariţia strangulării – Fig. 2.37.

,500.3cr hI

• Efectul turbionar are loc la cuptorul cu canal acoperit, determinând o circulaţie a metalului în direcţia axială a canalului, de la porţiunea de secţiune mai mică spre porţiunea de secţiune mai mare. Acest efect se datorează interacţiunii curentului cu diferite densităţi din canal cu fluxul magnetic creat de acelaşi curent.• Efectul motor sau efectul centrifugal apare datorită interacţiunii dintre fluxul de dispersie şi curentul care trece prin canalul cuptorului. Datorită acestui efect, care apare la cuptoarele cu canal orizontal descoperit, metalul lichid este respins de la suprafaţa interioară a canalului spre suprafaţa exterioară – Fig. 2.36.• Efectul termic de convecţie contribuie şi el la agitaţia metalului, deoarece temperatura metalului din canal este mai ridicată decât cea a metalului din rezervor. Agitaţia electrodinamică (Fig. 2.37) a băii de metal topit este utilă pentru uniformizarea temperaturii, dar o agitaţie exagerată produce o eroziune puternică a cuptorului, antrenând zgura în metal. Reglarea agitaţiei băii se poate face prin modificarea frecvenţei de alimentare sau modificarea poziţiei relative a canalului şi a bobinei inductoare.

• Echipamentul electric al cuptorului cu canal cuprinde separatorul, siguranţele de protecţie la scurtcircuit, întreruptorul, transformatorul sau autotransformatorul cu prize de tensiune, bateria de condensatoare pentru compensarea factorului de putere, aparataj de protecţie, măsură, comandă şi control, instalaţie de răcire cu apă sau aer (Fig. 2.38). Cuptoarele de puteri medii şi mari au inductoare bifazate sau trifazate; în cazul utilizării inductoare bifazate simetrizarea sarcinii se poate face după schemă Scott.

F ig. 2.38 Schem a de conectare a cuptorului m onofazat pentru topirea alum iniului: 1 - separator;2 - contactor de linie; 3 - autotrans form ator; 4 - controler; 5 - bater ie de condensatoare; 6 - inductorul

cuptorului; 7 - canal; 8 - term ocuplu; 9 - v entilator; 10 - transfom ator de m ăsură - curent;11 - trans form ator de m ăsură - tens iune.

8

7

9

65

4 4 0 V4 2 0 V

3 8 0 V1 6 0 V

4 0 0 V

1 4 0 V

la a p a r a te d e m ã su r ã

3 8 0 V5 0 H z

4

3

1

1 0

1 1

2

~

~

9

Cuptoare electrice de inducţie cu creuzet• Cuptoarele electrice cu creuzet se utilizează pentru topirea metalelor feroase şi a celor neferoase şi a acelor aliaje care nu pot fi topite în cuptoarele cu canal datorită acţiunii componentelor aliajului asupra căptuşelii acestor cuptoare, pentru retopirea aluminiului secundar şi a şpanului de aluminiu. Pot lucra în mediu deschis, în vid, sau în atmosferă protectoare, permiţând obţinerea fontei şi a oţelurilor speciale şi a aliajelor pure etc.

• Principalele avantaje ale cuptoarelor cu creuzet sunt următoarele:– temperaturile ridicate se obţin foarte repede, ceea ce determină o productivitate mare;– există un amestec intens al băii de metal – sub acţiunea forţelor electrodinamice;– se pot obţine aliaje pure, topirea fiind posibilă în vid sau în atmosferă protectoare;– permit o automatizare simplă şi un reglaj al puterii uşor de realizat;– au o construcţie simplă, necesitând spaţii relativ mici.

• După frecvenţa tensiunii de alimentare cuptoarele cu creuzet pot fi de frecvenţă industrială (50 Hz), medie (100-10.000 Hz) sau înaltă (50-400 kHz).

Un asemenea cuptor (Fig. 2.39) are în componenţa sa următoarele elemente principale:- inductorul 1,- creuzetul 3,- ecranul magnetic 5,- instalaţia de alimentare (nereprezentată în figură)- mecanismul de răsturnare.

• Inductorul este conectat la sursa de alimentare şi încălzeşte metalul topit 2, conţinut în creuzet.

Inductorul este construit din ţeavă de cupru, răcită cu apă. Spirele pot fi neizolate sau izolate cu bandă de sticlă sau cu micanită. Între inductor şi creuzet se montează un carton de azbest 4, pentru protecţia termică a inductorului. Creuzetul are căptuşeală acidă, bazică sau neutră, în funcţie de metalul sau aliajul ce urmează a fi topit. Creuzetul poate fi acoperit (la cuptoarele de frecvenţă industrială) sau descoperit (la cele de medie frecvenţă).

• Pentru a împiedica încălzirea elementelor constructive metalice ale cuptorului aflate în câmpul magnetic al inductorului se prevăd ecrane din cupru – la frecvenţe înalte – sau feromagnetice – la frecvenţe medii – sub forma unor pachete de tole 5, aşezate în jurul inductorului.• Asupra curenţilor turbionari induşi în baia de metal aflaţi în câmpul magnetic al inductorului acţionează forţe electrodinamice orientate de la suprafaţa laterală a băii spre interiorul acesteia. Neuniformitatea câmpului magnetic determină o repartiţie neuniformă a acestor forţe, fenomen având ca rezultat agitaţia băii de metal (Fig. 2.40). Ca urmare, la suprafaţa băii va apare un menisc convex a cărui înălţime depinde de:

- înălţimea băii,- solenaţia primarului (N1I1),- proprietăţile metalului topit (r, ).

• Pentru a se evita distrugerea căptuşelii cuptorului înălţimea meniscului hr trebuie să fie 8-12% din înălţimea h a băii de metal topit.

Puterea cuptorului se poate regla modificând tensiunea sursei de alimentare prin intermediul unor transformatoare monofazate speciale sau transformatoare trifazate cu ele mente de simetrizare, formate din bobine şi condensatoare.

• Consumul specific de energie electrică este de:– 0,55-0,6 kWh/kg la cuptoarele pentru topirea fontei şi a aluminiului,– 0,35-0,38 kWh/kg la cuptoarele pentru topirea alamei,– 0,4-0,45 kWh/kg la cele pentru topirea aliajelor de magneziu,– 0,675-1 kWh/kg la cuptoarele pentru topirea oţelului.• Valorile mai mari corespund cuptoarelor de capacitate mai mică.

F ig. 2.39 C uptorul cucreuzet.

12

3

4

5

1

2

3

4

5

• Echipamentul electric al cuptorului cu creuzet cuprinde:- sursa de alimentare, - transformatoare speciale,- aparatajul de comandă, măsură şi protecţie,- bateria de condensatoare conectată la bornele cuptorului, în scopul îmbunătăţirii factorului de putere, care - în lipsa compensării - este cuprins între 0,1-0,2.

F ig. 2.40 Fenom enul de agitaţie electrodinam ică al băii de m etal: a) dis tr ibuţia for ţelorelectrodinam ice care acţionează asupra suprafeţelor m etalului topit;

b) curenţii de m etal topit .h

h r

a) b)

Pentru mărirea siguranţei în funcţionare, cuptoarele cu creuzet se prevăd cu un dispozitiv de semnalizare a perforării creuzetului. Acest dispozitiv constă din electrozi îngropaţi în vatră, alimentaţi prin intermediul unui transformator de separaţie. În momentul apariţiei unei fisuri în creuzet, curentul electric ce se va închide între electrozi prin baia de metal topit va acţiona un contactor ce va pune în funcţiune instalaţia de semnalizarea optică şi acustică.

Puterea cuptorului se poate regla modificând tensiunea sursei de alimentare prin intermediul unor transformatoare monofazate speciale sau transformatoare trifazate cu ele mente de simetrizare, formate din bobine şi condensatoare.

2.3.2.8. Încălzirea în volum a metalelor

• Instalaţiile de încălzire prin inducţie în volum (în profunzime) se utilizează pentru încălzirea semifabricatelor metalice – din oţel, cupru, aluminiu şi aliaje ale acestora – ce urmează a fii deformate la cald prin forjare, matriţare, presare, laminare.

• Faţă de încălzirea rezistivă sau cu flacără încălzirea prin inducţie în volum are următoarele avantaje:- crusta de oxizi formată la suprafaţă are o grosime foarte mică, pierderile de metal sunt reduse;- temperatura se poate regla uşor şi precis;- viteza de încălzire are o valoare ridicată, determinând o productivitate mare;- permite încălzirea locală a semifabricatelor;- instalaţia ocupă o suprafaţă redusă;- permite adaptarea instalaţiei pentru diverse piese este simplă.

• La încălzirea în volum un rol important îl are transmiterea căldurii prin conducţie. Puterea indusă creşte odată cu frecvenţa, în timp ce adâncimea de pătrundere scade. Din acest motiv instalaţiile de încălzire în volum pot fi alimentate la frecvenţa industrială (50 Hz) sau la medie frecvenţă (100-10.000 Hz).• Frecvenţa de lucru se stabileşte avându-se în vedere dimensiunile pieselor ce urmează a fi încălzite, în scopul obţinerii unui randament cât mai ridicat. Inductorul se execută din ţevi de cupru răcite cu apă, izolate între ele cu bandă de sticlă, forma sa fiind determinată de forma şi dimensiunile pieselor ce urmează a fi încălzite.

• Inductoarele alimentate la frecvenţă industrială sunt folosite pentru încălzirea unor piese de dimensiuni mai mari, folosind miezuri feromagnetice pentru concentrarea câmpului în zona dorită. Astfel, în figura 2.41 sunt redate inductoare pentru încălzirea la frecvenţa de 50 Hz pentru câteva forme de semifabricat.• Inductoarele alimentate la frecvenţe medii sunt în general de formă solenoidală, fără circuite feromagnetice, putând avea şi alte forme – în funcţie de forma zonei din piesă care trebuie încălzită.

• Timpul de încălzire este limitat inferior de gradientul de temperatură dintre stratul cel mai rece şi stratul cel mai cald (50-100C), timp care la rândul lui limitează superior puterea specifică la circa 0,5 kW/cm2 (5 MW/m2).• Experimental, s-au stabilit relaţiile

- d este diametrul semifabricatului cilindric,- b este latura mică a secţiunii semifabricatului dreptunghiular [cm],- t este timpul, [s]*.

* Comşa, D. Utilizări ale energiei electrice, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1973.

,5

sau

4

2

2

bt

dt

F ig. 2.41 Inductoare pentru încălz irea în v olum lafrecv enţă indus tr ială pentru: a) ţeav ă de lungim em ică; b), c) profil plin de lungim e m ică; d) profil

plin de lungim e m are; 1 - inductor , 2 - circuitferom agnetic, 3 - piesa de încălz it.

a) b)

21

3 2

1

3

2

1

3

3

2

1

c) d)

• În cazul încălzirii unei piese cilindrice având diametrul d alegerea frecvenţei tensiunii de alimentare a inductoarelor se face astfel încât raportul d/ să aibă valori cuprinse între 2,5 şi 7, unde este adâncimea de pătrundere a câmpului electromagnetic în piesă.

Echipamentul electric al instalaţiei de încălzire în volum cuprinde:

– sursa de alimentare, care poate fi reţeaua de frecvenţă industrială, multiplicatoare de frecvenţă cu miezuri feromagnetice, generatoare rotative de frecvenţă sau convertoare de frecvenţă cu tiristoare;

– aparatajul de conectare, protecţie, măsură şi comandă şi bateria de condensatoare pentru îmbunătăţirea factorului de putere scăzut (0,1-0,3).

Conductoarele de alimentare a inductorului se execută, de regulă, din ţevi de cupru răcite cu apă.

2.3.2.9. Instalaţii de călire superficială prin inducţie

• Călirea superficială prin inducţie presupune încălzirea rapidă a unei piese sau a unei părţi dintr-o piesă – pe o adâncime redusă, utilizând curenţi de înaltă frecvenţă – urmată de răcirea în aer, apă sau ulei.• Scopul călirii superficiale este acela de a mări durabilitatea suprafeţei piesei, păstrând însă proprietăţile maleabile ale metalului în interior.• Faţă de alte procedee de durificare a suprafeţelor pieselor călirea superficială prin inducţie are următoarele avantaje:

– timpul de călire este redus, determinând o productivitate mare;– grosimea stratului călit este controlabilă;– regimul termic poate fi controlat;– călirea prin inducţie nu modifică forma şi dimensiunile suprafeţei;– instalaţia de călire ocupă loc redus.

• Pentru mărirea randamentului călirii superficiale este necesar ca frecvenţa tensiunii de alimentare să fie suficient de mare, astfel încât curenţii induşi în piesă să circule doar într-un strat subţire la suprafaţa acesteia.• Puterea specifică transmisă piesei trebuie de asemenea să fie suficient de mare pentru a permite realizarea unui timp de încălzire scurt, timp în care transmiterea căldurii prin conductibilitate spre straturile interioare ale piesei să nu provoace încălziri inadmisibile ale părţilor interioare ale piesei.• Pentru frecvenţe medii (8.000 Hz) – când se obţin grosimi minime de călire între 1,5 şi 15 mm – se recomandă ca puterea specifică SP să fie mai mică sau egală cu 12 kW/cm2.• Pentru frecvenţe înalte – când se obţin grosimi minime de călire de 0,2 mm – se recomandă ca puterea specifică SP să fie mai mică sau egală cu 20 kW/cm2.• Timpul de încălzire în vederea călirii este de obicei de ordinul fracţiunilor de secundă, este funcţie de mărimea puterii specifice (fiind cu atât mai mic cu cât puterea specifică este mai mare), de tipul de călire (simultană, simultană-succesivă, continuă-succesivă), de temperatura maxim admisă la suprafaţa piesei. Determinarea timpului de încălzire în vederea călirii pentru o anumită frecvenţă de lucru se face experimental.

• Frecvenţa de lucru se stabileşte în funcţie de grosimea stratului de călit , avându-se în vedere că există două posibilităţi teoretice de încălzire:

– încălzirea în profunzime pentru călire, când adâncimea de pătrundere în piesă este mai mare decât grosimea stratului de călire

– încălzirea superficială pentru călire, când , caz în care încălzirea stratului de călit are loc şi prin conducţie termică.• Pentru ca suprafaţa piesei să nu fie “arsă” este necesar ca timpul de încălzire să nu fie mare şi puterea specifică redusă.• Experimental, s-a stabilit că frecvenţa de lucru trebuie aleasă astfel încât adâncimea de pătrundere realizată să satisfacă relaţia

.4

F ig. 2.42 Inductor cu concentrator de câm pm agnetic: 1 - inductor; 2 - izolaţie electr ică;

3 - circuit ferom agnetic; 4 - piesă.

• Inductoarele – realizate de regulă din ţeavă de cupru de secţiune pătrată sau circulară – sunt răcite cu apă, forma acestora depinzând de forma piesei. De cele mai multe ori inductoarele au o singură spiră. Uneori se utilizează şi circuit feromagnetic, cu scopul de a concentra câmpul magnetic pe zona de călit (Fig. 2.42).

Echipamentul electric al instalaţiei de călire superficială se compune din:– sursa de alimentare, care poate fi un generator rotativ pentru medie frecvenţă sau generator static cu

tuburi sau semiconductoare pentru înaltă frecvenţă;– transformatorul de adaptare, care are rolul de a transmite puterea de la sursă la sarcină cu un

randament cât mai ridicat, transformând impedanţa sarcinii într-o impedanţă corespunzătoare generatorului;– inductorul mai sus amintit;– aparatajul de protecţie, conectare, comandă şi măsură;– bateria de condensatoare necesară compensării factorului de putere.

Tensiunea surselor de alimentare este:- 750-1.000 V pentru sursele de medie frecvenţă- 10-15 kV pentru cele de înaltă frecvenţă

Tensiunea de alimentare a spirei inductorului este de circa 20-50 V, obţinută cu ajutorul unui transformator cu raport de transformare variabil, pentru a permite folosirea diferitelor tipuri de inductoare.

• Din punct de vedere constructiv, transformatoarele de adaptare se construiesc:- cu miez feromagnetic pentru frecvenţe ce nu depăşesc 10.000 Hz- fără miez magnetic pentru frecvenţe mai mari

• Pierderile în fier şi în cupru fiind mai mari decât la transformatoarele normale se impune răcirea miezului magnetic cu apă, care circulă prin ţevi intercalate între pachetele acestuia şi a bobinajului, realizat din conductor tubular.

2.3.3. Instalaţii electrotermice cu încălzire dielectrică

• Încălzirea dielectrică (capacitivă) presupune ridicarea temperaturii unor materiale dielectrice în vederea efectuării unui tratament termic asupra acestora.• Utilizând încălzirea dielectrică se pot usca:

- materiale fibroase (lemn, hârtie, plăci aglomerate),- miezuri de turnătorie,

se pot usca şi steriliza - produse alimentare şi farmaceutice,

se pot lipi şi suda- materiale plastice.

• În instalaţiile de încălzire dielectrică materialul de încălzit se pune între armăturile unui condensator de lucru, alimentat de un generator de înaltă frecvenţă.

• Încălzirea se bazează pe pierderile de putere datorate atât faptului că dielectricul nu este prefect izolat, deci pot apare pierderi prin conducţie, cât şi fenomenului de histerezis dielectric. Histerezisul dielectric presupune întârzierea în urmărirea de către dipolii electrici moleculari a variaţiei câmpului electric; această întârziere se datorează agitaţiei termice. Fenomenul de histerezis dielectric determină transformarea energiei câmpului electric în energie termică.

• Aplicarea încălzirii dielectrice este determinată de avantajele care le oferă:– căldura se dezvoltă în dielectricul de încălzit, rezultând o încălzire uniformă, comparativ cu cazul când dielectricul (rău conducător de căldură) ar fi încălzit din exterior;– timpul de încălzire este redus;– produsele obţinute au calitate superioară;– procesul termic poate fi uşor controlat.

• Ansamblul format din armăturile condensatorului şi dielectricul de încălzit formează un condensator cu pierderi, căruia i se poate atribui o schemă echivalentă formată dintr-un condensator ideal C fără pierderi şi o rezistenţă R conectate în paralel (Fig. 2.43). Acestei scheme îi corespunde diagrama fazorială din figura 2.43 c), unde este unghiul de fază, iar – unghiul de pierderi al dielectricului, definit astfel:

• Puterea dezvoltată în dielectric este

Considerând un condensator plan C cu dielectric omogen şi izotrop, se poate scrie

F ig. 2.43 Încălz irea dielectr icilor: a) condensatorul de lucru cu pierder i;b) schem a echiv alentă; c) diagram a fazor ială.

U d

a )

U

IC

IR

I

b) c)

IC

IRU

I

r

S C R

.1

tgC

R

RCUCR

U

I

I

.tg22

CUR

UP

,d

SC

- =0r este permitivitatea dielectricului;- S – suprafaţa unei armături a condensatorului;- d – distanţa între armăturile condensatorului.• Puterea dezvoltată în dielectric va fi

Puterea specifică pe unitatea de volum a dielectricului va fi

unde E=U/d este intensitatea câmpului electric în dielectric.

.tg2 d

SUP

,tgtg

2

2

V

E

dSdS

U

V

Pp

• Deoarece în cazul proceselor de uscare temperatura finală* nu depăşeşte 150 C, pierderile prin conducţie, convecţie şi radiaţie sunt neglijabile, deci se poate considera că întreaga căldură dezvoltată în dielectric este căldură utilă, adică

unde:- este masa specifică a dielectricului [kg/m3];- c – căldura specifică [J/kgK];- f, i – temperatura finală, respectiv temperatura iniţială [C];- t – timpul de încălzire [s].

Din relaţia de mai sus rezultă

numită ecuaţia încălzirii dielectricului, unde f este frecvenţa câmpului alternativ.Analizând această relaţie rezultă că pentru mărirea temperaturii finale pot fi mărite E, f sau t.- Mărirea intensităţii câmpului electric este limitată de pericolul străpungerii dielectricului.- Mărirea timpului t conduce la scăderea productivităţii muncii.- Utilizarea frecvenţelor înalte (0,05-200 MHz - această posibilitate aduce cu sine neajunsul unei încălziri

neuniforme).Alegerea valorilor optime se face prin analiza limitelor mărimilor de mai sus, în cazuri concrete de aplicaţii.

• Generatoarele de înaltă frecvenţă sunt oscilatoare electronice de înaltă putere (între 0,1-200 kW). Permitivitatea dielectricului şi factorul de pierderi variind cu temperatura, determină modificarea puterii de absorbţie de la sursă. Pentru ca generatorul să aibă un regim invariabil de lucru se procedează la acordarea sarcinii cu bobine sau condensatoare variabile introduse în circuitul condensatorului de lucru. Se utilizează frecvenţe de 13,56 MHz, 27,12 MHz şi 40,68 MHz.

* Comşa, D., Pantelimon, L. Eletrotermie, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1979.

,tg if2

t

cE

,tg2 2

if c

tfE

2.3.4. Instalaţii electrotermice de încălzire cu arc electric

2.3.4.1. Arcul electric

• Arcul electric este o descărcare autonomă în gaze sau vapori metalici, caracterizată printr-o densitate mare a curentului de descărcare stabilită pentru valori mici ale tensiunii pe arc şi însoţită de efecte termice şi luminoase.

• Descărcarea autonomă sub formă de arc electric este determinată de:– natura gazului sau vaporilor metalici în care are loc descărcarea;– starea mediului de descărcare (presiune, volum, temperatură);– corpurile în care are loc descărcarea (compoziţie chimică, structură anatomică, dimensiuni);– tensiunea de alimentare a descărcării în arc;– lungimea intervalului între cei doi electrozi.

• Influenţa acestor factori trebuie examinată sub două aspecte:- sub aspectul stabilirii condiţiilor necesare amorsări arcului electric. - sub aspectul întreţinerii arcului.

• Arcul electric la cuptoarele cu arc este determinată în mod hotărâtor de emisia termoelectronică a catodului.• Densitatea curentului de emisie termoelectronică este dată de formula lui Richardson:

- J0 este o constantă care depinde de materialul şi natura suprafeţei catodului [A/m2k2];- T este temperatura suprafeţei catodului [K];- q – sarcina electrică a electronului [C];- Ue – potenţialul de ieşire a electronilor din metal [V];- K – constanta lui Boltzman [J/K].

,e

20

Tk

Uq

eTJJ

Caracteristicile arcului electric

A. Caracteristica statică a arcului electric (tensiune-curent) exprimă totalitatea punctelor de echilibru staţionar pe care le poate lua descărcarea în arc – Fig. 2.44 a).

Noţiunea de caracteristică statică este legată de modul de variaţie a curentului în timp, motiv pentru care se poate vorbi de caracteristica statică la arcul în curent continuu.

B. Caracteristica dinamică este legată de variaţii rapide ale curentului care nu mai sunt urmărite fidel de tensiune datorită inerţiei stărilor termice ceea ce se manifestă prin tensiuni diferite pentru aceeaşi valoare a curentului prin arc - Fig. 2.44 b). La creşterea curentului spre valoarea I1, datorită stării anterioare mai „reci” a materialului este necesară o tensiune U1 mai mare pentru a menţine valoarea I1 a curentului, decât în cazul când valoarea curentului I1 se obţine în urma unui proces de scădere a curentului caz în care starea anterioară mai caldă necesită o tensiune U2 mai mică.

F ig . 2 .44 C a ra c te r is t ic ile te n s iu n e -c u re n t a le a rc u lu i e le c tr ic : a ) c a ra c te r is t ic a s ta t ic ăp e n tru d ife r ite lu n g im i a le a rc u lu i: 1 - a rc s c u r t , 2 - a rc d e lu n g im e m e d ie , 3 - a rc lu n g ;

b ) ; c ) c a ra c te r is t ic i d in a m ic e .

U

a )

U am

I

3

2

1

U

b )I

U st

I1

U 2

U 1

c )

U

I

U a mU st

• La alimentarea în curent continuu se poate vorbi de caracteristica dinamică numai în perioada de tranziţie a arcului (amorsarea şi stingerea).• În curent alternativ caracteristica dinamică este de forma dată în figura 2. 44 c). • Măsurând valorile efective ale curentului şi tensiunii se poate vorbi şi în curent alternativ de caracteristici statice, care au aceeaşi alură ca şi în curent continuu.Pentru exprimarea analitică a caracteristici statice tensiune-curent se folosesc relaţii aproximative: Relaţia lui Nottinhem, care ţine seama de temperatură:

unde A, B, C, D sunt constante dependente de:- materialul din care este confecţionat electrodul- mediul în care arde arcul,

n=2,6210-4T, T fiind temperatura de fierbere a materialului anodului, în [K] l este lungimea arcului.

Relaţia lui Frönlich, folosită pentru curenţi mai mari de 150-200A:

unde A şi B sunt constante dependente de:- materialul electrodului, - mediul în care arde arcul,- presiune.

,nI

DlCBlAU

,BlAU

• Arcul electric de curent alternativ monofazat

• Particularităţile mai importante ale arcului de curent alternativ sunt:– curentul trece de două ori prin zero în timpul unei perioade, adică arcul se stinge şi se aprinde de 2f ori pe secundă, f fiind frecvenţa tensiunii de alimentare;– arcul electric reprezintă o rezistenţă neliniară, motiv pentru care tensiunea pe arc şi curentul prin arc sunt funcţii sinusoidale de timp;– la arcul de curent alternativ se constată un efect de deionizare;– la trecerea curentului electric printr-un arc de curent alternativ apare un efect de redresare.

• Efectul deionizant apare ca urmare a răcirii electrozilor la scăderea şi trecerea prin zero a curentului. Pentru reaprinderea arcului este necesar ca tensiunea arcului să atingă o valoarea mai mare decât valoarea obişnuită de ardere a arcului, cu alte cuvinte, tensiunea de amorsarea a arcului Uam să fie mai mare decât tensiunea obişnuită pe arc Ua (Uam>Ua).

• Tensiunea de alimentare a arcului fiind sinusoidală, amorsarea arcului are loc atunci când tensiune sursei us este mai mare sau egală cu tensiunea de amorsare (uUam). Dacă această condiţie este îndeplinită în momentul trecerii prin zero a curentului, arcul se reaprinde imediat, deci nu sunt pauze în funcţionarea arcului.

• Stabilitatea arcului în curent alternativ este determinată de mai mulţi factori, dintre care mai importanţi sunt:

- lungimea arcului- caracterul circuitului (rezistiv sau inductiv).

A) Arcul electric înseriat cu o rezistenţă R – Fig. 2.45 a). Teorema a doua a lui Kirchhoff se scrie astfel:

În momentul t1, tensiunea sursei devine egală cu tensiunea de amorsare şi arcul se aprinde, tensiunea pe arc coborând şi rămânând constantă ua până la scăderea tensiunii sursei sub această valoare, când are loc stingerea arcului. În momentul (t1 + t2) arcul se stinge şi reaprinderea lui are loc când tensiunea sursei depăşeşte din nou tensiunea de amorsare. Deci în acest caz arcul va arde cu pauze, având efecte nefavorabile asupra stabilităţii, iar datorită deformării puternice a curentului şi tensiunii, factorul de putere va fi scăzut (0,75-0,85).

.as uiRu

F ig . 2 .45 A rc u l e le c tr ic în s e r ie c u u n r e z is to r : a ) c ir c u itu l e le c tr ic ; b ) v a r ia ţia în t im p ate n s iu n ii su r se i u s, a te n s iu n ii a rc u lu i u a ş i a c u re n tu lu i p r in a rc i .

a ) b )

R

u s

i

u a

u a

i

u s, u a, i u s

t1 t2 t3t4

T /2

t

R . i

B) Arcul electric înseriat cu o bobină L – Fig. 2.46 a). Teorema a doua a lui Kirchoff se scrie astfel:

Datorită inductivităţii L curentul prin arc este defazat în urma tensiunii de alimentare cu unghiul – Fig. 2.46 b).

Dacă la t=0 condiţia de amorsare a arcului este satisfăcută, arcul se reaprinde instantaneu. Lipsa pauzelor de curent se explică prin aceea că la trecerea tensiunii us prin zero, curentul prin arc este menţinut datorită tensiunii de autoinducţie care apare la bornele bobinei L, tensiune a cărei valoare depăşeşte pe cea a tensiunii de amorsare.

.d

das u

t

iLu

F ig . 2 .4 6 A rcu l electr ic în s erie cu o in d u ctiv ita te: a ) c ircu itu l e lectr ic ; b ) v a ria ţ ia în t im p aten s iu n ii su rs ei u s, a ten s iu n ii a rcu lu i u a ş i a cu ren tu lu i p rin a rc i.

a ) b )

L

u s

i

u a

u s, u a, i

t

t

iL

d

d

u a

u s

i

• La o valoarea suficient de mare a inductivităţii L se poate realiza un defazaj potrivit între u şi i, astfel ca atunci când curentul trece prin zero să fie îndeplinită relaţia

• În literatură se arată că realizarea arcului de curent alternativ monofazat este posibilă pentru un factor de putere cos 0,85, corespunzător raportului

• La cuptoare electrice cu arc stabilitatea este satisfăcută şi în cazul în care prima relaţie nu este satisfăcută, deoarece electrozii puternic încălziţi au o inerţie termică suficient de mare pentru a împiedica deionizarea în timpul pauzelor de curent.

• Inductivitatea L din figura 2.46 pe lângă rolul de stabilizare a arcului are şi rolul de limitare a curentului prin arc.

• În cazul arcului electric trifazat apare avantajul încărcării simetrice a reţelei de alimentare.• În sistemele trifazate cu conductor nul, comportarea arcului este identică cu cea a arcului monofazat.• În sistemele trifazate fără conductor de nul, reaprinderea arcului stins al uneia dintre faze, are loc mai rapid decât în cazul arcului monofazat, din cauza deplasării nulului, şi deci a creşterii tensiunii pe faza stinsă. Stabilitatea arcului este îmbunătăţită în acest caz.

.sin ams uu

.54,0maxs

a u

u

2.3.4.2. Cuptoare electrice cu arc• Încălzirea materialelor în cuptoare electrice cu arc se bazează pe cantitatea de căldură dezvoltată în arcul electric stabilit între electrozi sau între electrozi şi materiale.• După locul de producere şi modul de transmitere a căldurii se deosebesc:

a) cuptoare cu arc cu acţiune directă;b) cuptoare cu arc cu acţiune indirectă;c) cuptoare cu arc cu rezistenţă;

a) Cuptoare cu arc cu acţiune directă• Arcul electric se produce între electrozi şi metalul topit, căldura dezvoltată în arc transmiţându-se şarjei prin radiaţie şi conducţie termică.• Permit realizarea unor temperaturi ridicate.• Se pot încărca şi numai cu deşeuri de fier vechi.• Dacă cuptorul are şi o instalaţie de vid, se poate folosi la topirea de metale şi aliaje greu fuzibile, active din punct de vedere chimic (zirconiu, titan, molibden).

Elemente constructive principale ale acestor cuptoare sunt:- cuva de topire,- electrozii şi portelectrozii,- cablurile de alimentare,- mecanismul de deplasare al electrozilor şi a bolţii,- mecanismul de înclinare a cuptorului.

Cuva de topire cuprinde:– pereţii laterali prevăzuţi cu deschideri de lucru şi de curgere;– bolta prevăzută cu orificii pentru trecerea electrozilor;– vatra cu rol esenţial în procesul de eliberare a oţelului, având căptuşeală acidă sau bazică;– carcasa din tablă de oţel.

Fig. 2.47 Construcţia cuptorului electric cu arc cu acţiune directă.1 - cuva;2 - coloana de pivotare;3 - transformatorul cuptorului;4 - reţeaua scurtă;5 - întreruptorul de sarcină;6 - braţul de susţinere al electrozilor;7 - dispozitivul de comandă hidraulică al alectrozilor;8 - capacul cu scheletul de susţinere.

• Izolaţia termică a cuptoarelor cu arc este mult mai slabă decât la cuptoarele cu rezistoare, deoarece temperatura de lucru este foarte apropiată de temperatura de înmuiere a materialului refractar. Solicitările mecanice trebuie să fie deci suportate de starturile refractare exterioare mai reci. Dacă izolaţia termică ar fi groasă, stratul refractar ar putea ajunge aproape la aceeaşi temperatură pe toată grosimea ce ar micşora rezistenţa mecanică a lui.• Temperatura peretelui exterior atinge valori de până la 400C.

Electrozii cuptorului se confecţionează din materiale cu următoarele proprietăţi:– conductivitate electrică mare;– conductivitate termică redusă;– temperatură de înmuiere ridicată;– rezistenţa faţă de agenţii chimici şi în special faţă de oxigen;– să fie prelucrabili mecanic şi să aibă un preţ redus.

Materialele ce îndeplinesc aceste condiţii sunt cărbunele şi grafitul. Din punct de vedere constructiv, electrozii sunt cilindrici:

- cu diametre între 100-1.000 mm, cu lungimea de 1-2 m, prevăzuţi cu cep şi bucşă pentru prelungire,- tip Soderberg cu autocoacere, sub formă de ţeavă umplută cu pastă de cărbune; prelungirea se realizează prin sudare.

Portelectrozii au rolul de a fixa electrozii într-o anumită poziţie şi de a realiza alimentarea lor cu energie electrică.Reţeaua scurtă face legătura electrică între portelectrozii şi transformatorul de alimentare; constă din cabluri flexibile din cupru de lungime suficientă pentru a permite deplasarea electrozilor.Pentru deplasarea electrozilor în sus şi în jos, în principiu se folosesc două tipuri de mecanisme:

– un cărucior rulează pe stâlp fix şi deplasează un electrod;– un stâlp care poartă în consolă un şi se mişcă într-un ghidaj telescopic.

Cursa suportului de electrod variază după capacitatea cuptorului, putând ajunge la valori de peste 2 m.Viteza de deplasare a electrozilor este cuprinsă între 0,4 şi 1,2 m/s, fiind în funcţie de sistemul de reglare automată utilizat.

•Pentru încărcarea cuptorului este necesară ridicarea bolţii împreună cu electrozii şi rotirea acestora faţă de cuvă, această operaţie fiind efectuată de către o coloană de pivotare prevăzută cu acţiune hidraulică.

Mecanismul de înclinare al cuptorului, realizat cu role sau cu cremalieră, este prevăzut cu acţionare hidraulică sau electromecanică şi permite înclinarea cuptorului în două sensuri pentru evacuarea zgurii şi a metalului topit.

b) Cuptoare cu arc cu acţiune indirectă• Arcul electric se introduce între electrozi dispuşi orizontal.• Căldura dezvoltată în arc se transmite materialului de încălzire prin radiaţie.• Utilizarea acestor cuptoare este limitată la topirea neferoaselor (în special cupru şi aliajele sale) şi a fontei, care necesită temperaturi de topire mai coborâte (sub 1.400C). Funcţionarea cuptoarelor cu arc cu acţiune indirectă la temperaturi sub 1.400C este impusă de faptul că electrozii sunt aşezaţi orizontal, deci sunt supuşi la încovoiere şi ca urmare nu pot suporta densităţi mari de curent.• În principiu, elementele constructive ale cuptoarelor cu arc cu acţiune indirectă sunt aceleaşi ca şi la cuptoarele cu arc cu acţiune directă.

c) Cuptoare cu arc şi rezistenţă• Electrozii sunt scufundaţi în masa încărcăturii, arcul electric de cele mai multe ori fiind închis în încărcătură.

Se deosebesc două tipuri:– cuptoare pentru reducerea minereurilor la temperatura ridicată în prezenţa carbonului, cantitatea de căldură necesară procesului termochimic dezvoltându-se preponderent în arcul electric. Produsul obţinut se colectează în stare lichidă pe vatra cuptorului şi se evacuează periodic prin gurile de scurgere.– cuptoare pentru obţinerea carborundului şi grafitarea electrozilor în care căldura se dezvoltă preponderent în rezistenţa încărcăturii.

Din punct de vedere constructiv aceste cuptoare sunt- descoperite - acoperite, în cazul degajării de gaze nocive.

Fig. 2.48. Cuptor electric cu arc şi rezistenţă de tip descoperit:1 - cuva cuptorului;2 - electrozii (de regulă de tip Soderberg);3 - silozurile de încărcare4 - sistemul de captare şi degajare a gazelor;5 - transformatoare mono sau trifazate;6 - reţeaua scurtă.

Cuptorul electric cu arc şi rezistenţă• nu necesită bobine pentru limitarea curenţilor de scurtcircuit• factorul de putere este mai mare (0,78-0,93)• curenţii în secundarul transformatorului de alimentare a electrozilor au valori cuprinse între 13 şi 87 kA pentru puteri de 2,5 până la 33 MVA• datorită variaţiei rezistenţei cu temperatura tensiunea secundarului transformatorului trebuie să fie reglabilă, având valori între 70 şi 250 VReglarea automată a poziţiei electrozilor se face în funcţie de curentul electric, utilizându-se o schemă de comandă automată cu contactoare şi relee a motorului trifazat de acţionare a portelectrozilor.

2.3.4.3. Echipamentul electric al cuptoarelor cu arc

• Cuprinde elementele prezentate în figura 2.49.

Fig. 2.49 Schema electrică de alimentare a cuptorului cu arc:1 - separator;2, 3 - contactoare;4 - bobină de reactanţă;5 - transformatorul de alimentare;6 - reţeaua scurtă;7 - cuptorul electric cu arc;8 - transformatoare de tensiune;9, 10 - transformatoare de curent.

• Puterea dezvoltată în arcul electric variază în timpul procesului de elaborare a şarjei. De exemplu, în perioada de afânare a oţelului puterea scade cu 50% faţă de puterea necesară în timpul topirii. Deci tensiunea secundarului transformatorului trebuie să fie reglabilă.• Bobina de rezistenţă se construieşte cu miez feromagnetic şi întrefier pentru ca inductivitatea ei să se menţină constantă în decursul variaţiilor mari ale curentului absorbit de cuptor. În perioadele de ardere stabilă a arcului (ex. afinarea oţelului) bobina de reactanţă poate fi scurtcircuitată. • La cuptoarele de mare capacitate reactanţa reţelei scurte este suficient de mare şi bobina de reactanţă poate lipsi.

Sistemul de reglare automată (SRA) a funcţionării cuptorului electric cu arc are rolul de a asigura un regim de funcţionare corespunzător din punct de vedere al procesului metalurgic şi o productivitate ridicată.

• Reglarea puterii arcului se face:- prin modificarea tensiunii de alimentare, - prin deplasarea electrozilor. Primul mod de reglare se aplică de regulă la trecerea de la o fază la alta a procesului tehnologic.

În cadrul aceleaşi faze reglarea puterii arcului se face prin deplasarea electrozilor. La cuptoarele electrice trifazate cu acţiune directă, fiecare electrod posedă sistemul său propriu de reglare. Reglarea poziţiei electrodului poate fi făcută astfel încât să fie menţinută constantă una din mărimile:

- tensiunea pe arc;- curentul prin arc;- puterea arcului;- factorul de putere al circuitului;- impedanţa arcului;- lungimea arcului.

Cel mai des se utilizează reglarea poziţiei electrozilor astfel ca impedanţa arcului să fie constantă (reglare diferenţială). Acţiunile care modifică lungimea arcului, deci impedanţa arcului sunt:

- creşterea temperaturii în cuptor (temperatura şarjei);- surparea încărcăturii care conduce la scurtcircuit sau la ruperea arcului;- deplasarea arcului sub influenţa forţelor electrodinamice;- scurtare electrozilor.

După modul de acţionare a electrozilor sistemele de reglare automată sunt:- electromecanice - electrohidraulice (care au performanţe superioare).

• Măsurarea impedanţei arcului se realizează prin compararea a două tensiuni:

– k1 Ua – proporţională cu tensiunea pe arc;– k2 Ia – proporţională cu curentul prin arc.

Condiţia de funcţionare stabilă se exprimă prin relaţia:k1 Ua – k2 Ia – k3 =0

Când această relaţie este satisfăcută electrodul este stabil. Dacă termenul (k1Ua–k2Ia–k3) este negativ electrodul se ridică, iar dacă termenul menţionat este pozitiv electrodul coboară.• Elementul de comparaţie poate fi reprezentat de:

- înfăşurarea de comandă a unei amplidine;- înfăşurare de comandă a unor amplificatoare magnetice;- înfăşurările statorice ale unui motor bifazat;- înfăşurarea unui electromagnet plonjor.

Fig. 2.50. Schema de reglare automată a poziţiei electrozilor cu amplidină:1 - motor de antrenare;2 - amplidină;3 - element de măsură;4, 5 - punte redresoare;6, 7 - rezistoare;8 - înfăşurarea de excitaţie a amplidinei.

Fig. 2.51. Schema de reglare automată a poziţiei electrozilor cu amplificatoare magnetice:1, 2, 3, 4 - amplificatoare magnetice principale;5, 6 - amplificatoare magnetice de comandă (auxiliare);7, 8 - redresoare;9 - transformator de curent;10 - element de preluare a informaţiei asupra tensiunii;11 - reostat rotoric;12 - motor trifazat cu rotor bobinat.

Reglarea electrozilor cu amplificatoare magnetice are avantajul că elimină maşinile de curent continuu, deci realizează o siguranţă mărită în exploatare. Motorul de acţionare 12 se conectează la reţea prin bobina 13 şi grupele de amplificatoare magnetice principale 1, 2 şi 3, 4. Dacă amplificatoarele magnetice 1, 2, 3, 4 sunt blocate, motorul este în repaus. Dacă se comandă amplificatoarele magnetice 1 şi 2 motorul este conectat la reţea şi se roteşte într-un sens. Dacă se comandă amplificatoarele magnetice 3 şi 4 motorul se roteşte în celălalt sens. Curentul de comandă pentru amplificatoarele 1 şi 2 este stabilit de amplificatorul auxiliar 5, iar pentru amplificatoarele 3 şi 4 de amplificatorul auxiliar 6.

2.3.4.4. Caracteristicile de funcţionare ale cuptorului electric cu arc

• Cuptorul electric cu arc este un mare consumator de energie, motiv pentru care funcţionarea sa optimă este foarte importantă.

• Caracteristicile de funcţionare se referă atât la fenomenele din cuptor, cât şi la întreaga instalaţie de alimentare a acestuia.• Neglijând curentul de magnetizare al transformatorului în raport cu curentul de sarcină, schema electrică echivalentă a cuptorului este cea reprezentată în figura 2.52, unde:

F ig . 2 .52 S c h e m a e le c tr ic ăe c h iv a le n tă a c u p to ru lu i c u a rc .

U

i r x

R

reprezintă suma parametrilor bobinei B, transformatorului T şi reţelei scurte L (raportată la primarul transformatorului).

- R este rezistenţa arcului electric raportată la primarul transformatorului, care variază între zero (la scurtcircuitul electrozilor cu şarja) şi infinit (la stingerea arcului electric),

- U este tensiunea de fază a reţelei de alimentare.• Funcţionarea cuptorului este determinată de valorile mărimilor U, x, r, R.. Diagrama impedanţelor este reprezentată în figura 2.53.• Se demonstrează că puterea absorbită de la reţea P, puterea dezvoltată în arcul electric Pa şi puterea dezvoltată în reţeaua scurtă Pr au expresiile:

,LTB RRRr LTB XXXx

cos2sin2

2

UIx

UP .sin2sin

2sin

tg2

2

222

2

2

a

x

rU

x

U

x

Ur

xP 22

2

2

r sin rIx

rUP

F ig . 2 .53 D ia g ra m a im p e d a n ţe lo r c u p to ru lu i c u a rc .

r R

Rm

AB C

D

x

z

m

m

sc

z sc z m

• Randamentul electric al cuptorului cu arc este

• Valoarea defazajului m între tensiune şi curent pentru care se obţine puterea maximă în arc (funcţionarea optimă), este

unde sc este factorul de putere la scurtcircuit al cuptorului, având expresia:

(a se vedea şi figura 2.53).

• Transferul maxim de putere are loc dacă

În cazul unei funcţionări optime, expresiile puterilor mai sus amintite sunt:

.cos 2

22a

el Rr

R

IRr

RI

UI

RI

P

P

,2sc

m

r

xarctgsc

.22 xrR

.2 22

2

mxr

UP

.

2 22

2

ma

xrr

UP .

2222

2

mr

xrrxr

rUP

• Analizând diagrama cercului corespunzătoare cuptorului electric cu arc (Fig. 2.54) rezultă că valoarea curentului de funcţionare trebuie să fie cel mult Im, ceea ce înseamnă ca rezistenţa arcului să fie cel puţin de valoarea dată de relaţia anterioară.• Creşterea curentului peste valoarea lui Im determină scăderea puterii dezvoltate în arc, creşterea puterii disipate în reţeaua scurtă, transformator şi bobină şi scăderea factorului de putere.• Expresia factorului de putere este

• Folosind diagrama cercului se pot trasa caracteristicile de funcţionare ale cuptorului electric cu arc (Fig. 2.55).• Stabilirea curentului nominal se face avându-se în vedere realizarea unui transfer maxim de putere în arc, dar şi realizarea unui factor de putere cât mai mare.• Pentru realizarea unui factor de putere bun (0,750,85) se recomandă ca raportul dintre curentul de scurtcircuit ideal şi curentul nominal să fie cuprins între 2,5 şi 3,5.• Uneori se impune îmbunătăţirea factorului de putere, caz în care se folosesc baterii de condensatoare.

F ig . 2 .54 D ia g ra m a c e rc u lu i la c u p to ru l c u a rc .

UIm

A

B

C

D

m

sc

Isc

I'sc

sc

I

sc

F ig . 2 .55 C a ra c te r is t ic i le d e fu n c ţio n a rea le c u p to ru lu i c u a rc .

0,8

cos,P , P a,P r

0,6

0,4

0,2

cosS

P

P a

P r

In Im I

.1

1112sin1cos2

n

sc

22

I

IU

Ix

Iz

Ix

2.3.5. Instalaţii electrotermice de încălzire şi uscare cu radiaţii infraroşii2.3.5.1. Radiaţiile infraroşii

• Radiaţiile infraroşii sunt radiaţiile electromagnetice ale căror lungimi de undă sunt cuprinse între 0,76 şi 100 m. Radiaţiile care au cea mai mare aplicabilitate în tehnică nu depăşesc 20 m.• Datorită efectului pe care-l au asupra corpurilor care le absorb, radiaţiile infraroşii mai sunt cunoscute sub numele de radiaţii termice.• Drept surse de radiaţii infraroşii pot fi utilizate toate corpurile a căror temperatură este diferită de zero absolut. În funcţie de repartiţia energiei radiante pe scara lungimilor de undă, de deosebesc izvoare cu spectru de emisie

- continuu - discontinuu

• Puterea radiantă pe unitatea de suprafaţă (corespunzătoare unei anumite lungimi de undă – emitanţa specifică spectrală) se defineşte cu formula lui Planck

Distribuţia puterii de radiaţie are un maxim dat de legea lui Wien-Planck.• Capacitatea de emisie energetică totală a unui corp negru este T4 (legea lui Stefan Boltzman), iar pentru corpurile cenuşii T4, fiind coeficientul de înnegrire sau de emisie al corpurilor cenuşii, de valoare subunitară.• Corpurile reale reflectă, absorb şi transmit în parte radiaţiile infraroşii.• Cunoscând factorul de reflexie spectral r(,T), factorul de absorbţie spectral a(,T) şi factorul de transmisie spectral t(,T) ca rapoarte între fluxurile: reflectat (r), absorbit (a), respectiv transmis (t) şi incident (i)se poate scrie relaţia (principiul conservării energiei)

.m

exp21

2

51

u

W

T

C

CP

.1T,T,T, tar

Legea lui Lambert-Bouqer stabileşte o relaţie între intensitatea radiaţiei incidente la corp (valoare corectată prin eliminarea pierderilor prin reflexie) I’0, intensitatea radiaţiei I la ieşirea din corp (Ie), grosimea corpului d şi o constantă dependentă de proprietăţile fizice ale corpului k.

Atenuarea radiaţiei la străbaterea unui strat de grosime elementară dx este

în care factorul de proporţionalitate k se numeşte constantă de extincţie. Atunci când atenuarea se datorează exclusiv absorbţiei – fără intervenţia fenomenelor de difuzie – constanta k se mai numeşte şi constantă de absorbţie. Integrând între limitele 0 şi d, rezultă:

care reprezintă legea absorbţiei. Mărimea

reprezintă factorul de transmisie totală sau factorul de transparenţă. Mărimea

reprezintă factorul de absorbţie globală pură.Deoarece pierderile prin reflexie au fost eliminate, principiul conservării energiei (pătrunse în corp) este

Adâncimea de pătrundere a radiaţiei incidente este distanţa d0, măsurată de la suprafaţa materialului până la suprafaţa constituită din punctele în care intensitatea radiaţiei reprezintă 0,01 din intensitatea radiaţiilor care au pătruns în corp.

Deci, la adâncimea d0 intensitatea radiaţiei este

,dxIkI

,'

kd

0

e eI

I

0

e

'I

It

.1 ta

'.01,0 0i II

kd

0

e0 1'

'

eI

IIa

Dar, conform legii Lambert-Bouquer:

de unde:

Această relaţie exprimă faptul că adâncimea de pătrundere a radiaţiilor într-un anumit material este cu atât mai mică cu cât constanta de extincţie este mai mare. Constanta de extincţie se poate scrie

Calculul adâncimii de pătrundere d0 a radiaţiilor infraroşii într-un material se face astfel:- se calculează cu relaţia de mai sus constanta de extincţie pentru acel material, factorul de absorbţie a şi

grosimea d a materialului fiind cunoscute- se introduce valoarea rezultată pentru k în relaţia a doua din pagină şi astfel rezultă adâncimea de

pătrundere d0.

Transformarea energiei radiaţiilor infraroşii în energie termică • Radiaţia infraroşie este o formă de energie (energie radiantă de natură electromagnetică). Pătrunzând în corpuri, radiaţia infraroşie provoacă oscilaţia forţată a particulelor (electroni, molecule sau sisteme de molecule). Energia mişcării oscilatorii se transformă în căldură în corpurile care au absorbit radiaţii infraroşii.• Raportul dintre energia transformată în căldură şi energia radiantă pe suprafaţa corpului determină randamentul încălzirii.• Pentru ca randamentul să fie cât mai ridicat este necesar ca sursa de radiaţii infraroşii să fie astfel aleasă încât lungimea de undă a maximului de emisie să coincidă cu lungimea de undă a maximului de absorbţie al corpului supus încălzirii.

,01,0'

0kd

0

eI

I i

.6,4

0 kd

.1

1ln

1

adk

Spectrul de absorbţie şi transmisie• Factorul de absorbţie spectra a(, T) şi factorul de transmisie spectral t(, T) variază cu lungimea de undă.• Variaţia factorului de absorbţie al unui material având o anumită grosime de strat (grosimea materialului corespunzătoare distanţei parcurse de radiaţii în interiorul acestuia) în funcţie de lungimea de undă reprezintă spectrul de absorbţie al materialului respectiv.• Spectrul de absorbţie reprezintă şi spectrul de transmisie al materialului dacă în dreptul valorilor 0 şi 1 ale factorului de absorbţie se notează valorile 1, respectiv 0 ale factorului de transmisie.• Maximele spectrului de absorbţie (minimele spectrului de transmisie) ale unui corp pun în evidenţă lungimile de undă ale radiaţiilor infraroşii care sunt absorbite puternic de corp.• Sursa de radiaţii infraroşii trebuie aleasă astfel încât maximul de energie emisă de sursă să corespundă exact sau cel puţin aproximativ cu maximul de absorbţie al corpului respectiv.• Spectrul de absorbţie (respectiv transmisie) depinde de grosimea de strat a materialului absorbant (apa) - Fig 2.56.• Maximele şi minimele au valori diferite pentru diverse grosimi de strat, dar corespund aceloraşi lungimi de undă.

F ig . 2 .56 S p e c tru l d e tra n sm is ie ş i a b so rb ţie a la p e i p e n tru d ife r i te g ro s im i d e s tra t .

1 ,0

0 ,8

0 ,6

0 ,4

0 ,2

20 4 6 81 ,0

0 ,8

0 ,6

0 ,4

0 ,2

0

0 ,0 1 m m

0 ,6 m m

0 ,0 5 m m

4 m m

2 0 m m

a

t• Pentru calculul încălzirii şi uscării cu radiaţii infraroşii a materialelor pe bază de celuloză se admite o grosime aproximativă pentru pelicula de apă de 0,6 mm. Radiaţiile infraroşii de lungime de undă mai mică de 1,3 m vor fi transmise în totalitate de pelicula de apă, care nu se va încălzi. În schimb, materialul suport le va absorbi şi se va încălzi.• Datorită faptului că în majoritatea cazurilor apa se află legată chimic cu corpul care trebuie uscat, la calculul lungimii de undă a maximului de absorbţie care defineşte tipul sursei de radiaţii se va ţine seama de coeficienţii de absorbţie ai tuturor elementelor componente.

Spectrul de reflexie a radiaţiilor infraroşii

• Variaţia factorului de reflexie al unui material în funcţie de lungimea de undă reprezintă spectrul de reflexie al materialului respectiv.• Reflexia respectă legile de reflexie valabile pentru toate radiaţiile electromagnetice.• Notăm cu I0 intensitatea fasciculului de radiaţii incident pe suprafaţa unui corp şi cu Ir intensitatea fasciculului de radiaţii reflectat de această suprafaţă se poate defini factorul global de reflexie:

Între mărimile I0, I0' şi Ir există relaţia

• În general, corpurile nu reflectă în aceeaşi măsură radiaţiile infraroşii şi cele vizibile.• Pentru studiul surselor de radiaţii infraroşii şi pentru aplicaţiile sale practice este necesară cunoaşterea factorului de reflexie al materialelor utilizate.• La majoritatea metalelor factorul de reflexie spectral r (, T) creşte cu lungimea de undă şi tinde asimptotic către 1 (Fig. 2.57).• Factorii de reflexie şi absorbţie globală ai materialelor folosite în tehnică pentru radiaţii infraroşii (în ordine crescătoare a factorului de reflexie) sunt daţi în literatură.

.0

r

I

Ir

.' r00 III

F ig . 2 .57 F a c to ru l d e r e fle x ie sp e c tra lă a m e ta le lo r : a ) p e n tru e le m e n te le 1 -8 ; b )p e n tru e le m e n te le 9 -1 4 ; 1 - a rg in t , 2 - a u r , 3 - ro d iu , 4 - p la t in ă , 5 - w o lfra m , 6 -

m o lib d e n , 7 - o ţe l , 8 - c u p ru , 9 - a lu m in iu d e p u s p r in e v a p o ra re , 1 0 - a lu m in iu p o lisa t ,1 1 - n ic h e l, 1 2 - z in c , 1 3 - c ro m , 1 4 - a n tim o n iu .

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

00,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

r

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

00,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

r

a )

b )

12

3

4

5

6

7

8

141311

4,0

4,0

9

10

12

• Argintul, aurul, cuprul şi aluminiul au factor de reflexie mare în infraroşu. Datorită acestui fapt argintul se foloseşte ca oglindă în vasele termoizolante (termosuri, vase Dewar), iar cuprul şi aluminiul ca reflectoare la lămpile cu radiaţii infraroşii.

• Factorul de reflexie este dependent, la lungimi mici de undă, de starea suprafeţei.

• La lungimi mari de undă starea suprafeţei nu mai prezintă importanţă.

• Depunerea prafului pe suprafaţa metalelor determină o reducere considerabilă a factorului de reflexie.

• Valoarea factorului de reflexie scade şi mai mult când suprafaţa corpului este umedă.

2.3.5.2. Surse de radiaţii infraroşii

• Se pot clasifica după mai multe criterii:a) după provenienţa lor:– surse naturale;

– surse artificiale.b) după mecanismul de emisie al radiaţiilor:– surse termice care emit radiaţii prin procesul de ardere sau de încălzire a unor corpuri;

–surse electroluminiscente;–surse mixte.

c) după spectrul de emisie:– surse cu spectru continuu;

–surse cu spectru discontinuu.

• Sursele de radiaţii infraroşii folosite în scopuri industriale se construiesc cu temperatura de încălzire cuprinsă între 150C şi 2.500C.• Încălzirea radiatorului sursei de poate realiza pe cale electrică (prin efect Joule-Lentz) sau prin arderea unui amestec de combustie.

• Sursele de radiaţii încălzite electric, la care temperatura emiţătorului atinge 2.400 C, emit radiaţii în intervalul 0,5-3 m, maximul fiind situat în intervalul 1,1-1,8 m. Deoarece emisia de radiaţii infraroşii este însoţită de radiaţii luminoase, acestea se numesc surse luminoase.

• Sursele de radiaţii încălzite la temperaturi ce nu depăşesc 700 C emit radiaţii cu lungimi de undă cuprinse în banda 1,8-10 m. Aceste surse se numesc surse întunecate.

Sursele luminoase Pot fi lămpi cu incandescenţă cu filament de wolfram încălzit la o temperatură de 2.000-3.000 K. •Construcţia acestor lămpi (Fig. 2.58 - unde: 1 - calotă mătuită, 2 - strat reflector de aluminiu, 3 - filament de wolfram, 4 - soclu cu dulie Edison) se deosebeşte de cea a lămpilor cu incandescenţă normale prin prezenţa unui strat reflectorizant din aluminiu depus pe balonul de sticlă şi prin calota mătuită a balonului, care au scopul de a realiza o distribuţie uniformă a energiei radiante.• Sunt construite pentru puteri de 100 – 1.000 W (la tensiuni nominale de 110 sau 220 V), variaţia puterii emise putând fi obţinută prin conectarea în serie sau în paralel a filamentelor lămpii.

F ig. 2.58 L am pă electr ică cuincandescenţă pentru radiaţii

infraroş ii.

1

2

3

4

Distribuţia spaţială a temperaturilor unei lămpi este dată cu ajutorul curbelor de temperatură înregistrate în diferite puncte aflate la distanţa d de axul lămpii, pentru diferite distanţe h între lampă şi obiect.

F ig. 2.59 C urbele de tem peratură ale lăm pii IR 250 W .

6 0

1 0 0

1 4 0

1 8 0

2 2 0

1 7 1 3 9 5 0 5 9 1 3 1 7 2 1

d [ c m ]

[ ° C ]

2 6 0

2 1

d [ c m ]

d

h

d ia m e t ru l b a lo n u lu i1 2 , 5 c m

h=10 m

h=20 m

h=4 0 m

Sursele întunecate cel mai des utilizate sunt:A. Sursele tubulare din cuarţ:

- sunt surse de radiaţii infraroşii medii (2…4 m), cu filamentul spiralat al lămpii din crom-nichel (temperatura de lucru: 1.300-1.400 K);

- surse de radiaţii infraroşii scurte şi medii, cu filamentul din wolfram (1.300-2.500 K).Filamentul înfăşurat pe o bară de cuarţ este introdus într-un tub protector de sticlă de cuarţ, care are factor de transmisie mare pentru lungimi de undă mai mici de 4 m. Prin utilizarea cuarţului opac (rotosil – produs ceramic din cuarţ), care absoarbe radiaţiile de lungime de undă mare, tubul protector devine un radiator secundar.• Puterile acestor lămpi variază între 100 şi 7.500 W.• Concentrarea energiei radiante se realizează cu ajutorul unui reflector de profil aproximativ semisferic (Fig. 2.60, unde: 1 - reflector; 2 - spirală de cuarţ, în interiorul căreia se află rezistenţa electrică de încălzire), în interiorul căruia se găseşte o spirală de cuarţ rotosil, care închide la rândul său o spirală de crom-nichel.• Se folosesc la evaporarea solvenţilor şi soluţiilor de pe suprafeţe mari.

F ig. 2.60 Sursă de radiaţii cu spirală de cuar ţcu reflector aproxim ativ s fer ic.

1

2

320 mm

200 mm

40 mm

B. Sursele cu corp tubular metalic constau dintr-un tub de oţel refractar în interiorul căruia se află o spirală de crom-nichel, izolată electric faţă de tubul de crom-nichel prin praf de oxid de magneziu. Temperatura de lucru a filamentului este de 700-900 K. Introduse în reflectoare parabolice din aluminiu, sursele tubulare metalice se impun tot mai mult în instalaţiile industriale, datorită rezistenţei lor termice şi mecanice ridicate.C. Radiatoarele ceramice se compun dintr-un rezistor de încălzire (crom-nichel, kantal) înglobat într-un material ceramic de diferite forme şi mărimi, care are rolul de radiator secundar. Radiaţiile infraroşii emise sunt medii (=2…4 m), temperatura de lucru a rezistorului putând atinge 1.000 K. Se construiesc pentru puteri de 500-1.500 W, la tensiuni de 110 şi 220 V.D. Sursele de radiaţii din carbură de siliciu (silit) se întrebuinţează la instalaţiile în care trebuie realizate temperaturi ridicate, fiind bare de carbură de siliciu. Funcţionează la o temperatură de 1.350 C, cu o sarcină specifică de 8 W/cm2 de suprafaţă de radiaţie şi sunt sensibile faţă de oxigen, dioxid de carbon, apă etc.

2.3.5.3. Calculul instalaţiilor de încălzire cu radiaţii infraroşii

Pentru construirea unei instalaţii de uscare cu radiaţii infraroşii se face un calcul termic sumar, având drept scop determinarea cantităţii de căldură necesare încălzirii sau uscării, se experimentează uscarea/încălzirea pe o instalaţie de probă, apoi – pe baza unui calcul mai detaliat – se trece la executarea instalaţiei industriale.

Calculul termic general (sumar) se face având în vedere că totalul cantităţii de căldură necesar pentru procesul de uscare se consumă prin:

- încălzirea lichidului ce trebuie eliminat, de la temperatura iniţială () la temperatura de evaporare (e) – Q1;

- evaporarea lichidului – Qe;- încălzirea corpului umed la temperatura de evaporare a lichidului – Qs.Cantitatea de căldură este dată de relaţia

unde

în care ms este masa corpului solid anhidru; ml – masa lichidului de evaporat; Cs – căldura specifică a corpului solid anhidru; Cl – căldura specifică a lichidului; Cv – căldura de vaporizare a lichidului; s – factorul de absorbţie totală în infraroşii a corpului solid; – randamentul instalaţiei de uscare (0,20,7).

,1sel QQQQ

,

;

;

l

vle

l

0elll

s

0esss

CmQ

CmQ

CmQ

Caracteristicile materialelor şi factorii de absorbţie în infraroşu sunt redaţi în literatura de specialitate. Timpul de încălzire t depinde de temperatura mediului înconjurător, de tipul ventilaţiei şi viteza aerului de ventilaţiei, de temperatura finală, de masa şi grosimea corpului încălzit. Dacă se cunoaşte acest timp t şi puterea P a tipului de sursă ales, rezultă numărul de surse necesare:

Aşezarea surselor de radiaţii infraroşii se face în funcţie de nivelul de uniformitate impus temperaturilor

urmărindu-se un randament al instalaţiei cât mai ridicat.Dispunerea surselor se face în general sub forma unor forme geometrice simetrice: în vârfurile

unor pătrate (Fig. 2.61 - a) sau triunghiuri echilaterale (Fig. 2.61 - b).

.tP

Qn

8,06,0.max

.min

F ig. 2 .61 Panour i radiante cu radiatoare circulare.

d

d

d

dd

a) b)

• Modificând distanţa d dintre surse şi distanţa dintre planul surselor şi suprafaţa corpului de încălzit se obţin curbele de temperatură ale panoului radiant (Fig. 2.62).• Fixarea surselor de radiaţii infraroşii, în special a lămpilor cu incandescenţă, se efectuează în aşa fel încât solicitarea termică a duliei şi a soclului să nu depăşească valorile admisibile. Există două variante de fixare: a) soclul şi dulia se află în afara incintei de încălzire, răcirea lor realizându-se prin convenţie naturală şi b) soclul şi dulia se află într-un spaţiu alăturat incintei de încălzire, separat de aceasta printr-un panou reflectant prevăzut cu orificii prin care trec calotele lămpilor, în acest caz răcirea soclurilor făcându-se prin convecţie forţată, aerul preîncălzit astfel fiind apoi folosit pentru ventilarea propriu-zisă a incintei instalaţiei.• În majoritatea instalaţiilor industriale de încălzit cu radiaţii infraroşii materialul ce urmează a fi încălzit (uscat) se deplasează prin tuneluri de formă similară cu cea a secţiunii transversale a lor sau se rotesc în faţa panoului cu surse.

F ig. 2.62 C urbele de tem peratură în difer ite secţiuni longitudinale ale unui panouradiant com pus din 5x5 lăm pi IR de 250 W .

300

260

220

180

140

100

60

340

2052 44 36 28 20 12 4 0 5244362820124

cmcm

tem

per

atur

a

[°C

]

t emp eratura aerului 20°C49 lămp i/m 2

12,25 kW /m 2

D ist anţa ins t rumentului de măsurăfaţă de p anou 20 cm, aces t a fiindp lasat sub lamp a cent rală

25x250 W

R â n d 1R â n d 2R â n d 3R â n d 4R â n d 5

122°C

81°C

R â n d 1 + 2 + 3 + 4 + 5

R â n d 2 + 3 + 4

R â n d 3

R â n d 4

R â n d 5

o la m p ă

14,314,3 14,314,3

250 W 250 W 250 W 250 W 250 W

2.3.5.4. Domenii de utilizare şi avantajele încălzirii cu radiaţii infraroşiiLa utilizarea în diverse domenii a încălzirii cu radiaţii infraroşii se are în vedere faptul că

temperatura corpului de încălzit nu poate depăşi 300C. Astfel, principalele domenii de utilizare sunt următoarele:

– uscarea vopselelor şi a lacurilor în industria constructoare de maşini şi aparate;– uscarea materialelor textile (lână, bumbac, pânzeturi, tricotaje);– uscarea produselor din lemn (hârtie, carton, placaje, furnire etc.);– uscarea pieselor din porţelan, argilă, şamotă;– uscarea miezurilor de turnătorie;– uscarea pieilor tăbăcite, a încălţămintei;– uscarea produselor farmaceutice;– uscarea produselor agricole şi deparazitarea seminţelor;– uscarea hârtiei fotografice;– încălzirea încăperilor;– tratamente medicale;– coacerea produselor de panificaţie (biscuiţi).Utilizarea încălzirii cu radiaţii infraroşii în domeniile în care rezultă clar eficienţa sa este

determinată de următoarele avantaje: timpul de încălzire este mai redus faţă de încălzirea prin conducţie sau prin convecţie; creşterea rapidă a temperaturii corpului de încălzit după punerea în funcţiune a instalaţiei, ceea ce permite deconectarea instalaţiei atunci când apar intervale în încărcarea instalaţiei; reglarea temperaturii se poate continuu şi precis; încălzirea corpurilor nu se face numai la suprafaţă ci şi în profunzime, până la o oarecare adâncime în material; asigură condiţii excelente de curăţenie şi siguranţă.

Cu toate aceste avantaje, există cazuri în care încălzirea cu radiaţii infraroşii nu poate fi aplicată, de exemplu: la corpuri foarte voluminoase, la suprafeţe cu factor de reflexie ridicat, la materiale cu umiditate peste 50% etc.

Capitolul III

Auditul energetic, instrument de analiză a consumului de energie

3.1. Sistemul de management energetic - SME

Managementul este arta de a dirija (a conduca, a comanda, a administra) resursele umane şi materiale în scopul atingerii unor obiective specifice şi eficiente.

• Managementul energetic constă în aplicarea unor măsuri ce permit o mai bună utilizare în domeniul energetic a mijloacelor materiale şi umane, urmărind reducerea costurilor de consum, producţie şi exploatare.• Managementul energetic trebuie fundamentat pe patru direcţii de bază:

• planificarea – stabilirea obiectivelor,– analizarea strategiilor convenabile,– realizarea unui plan de acţiune

• organizarea– adaptarea resurselor materiale şi umane în scopul atingerii obiectivelor fixate

• antrenarea (dirijarea)– dirijarea utilizării resurselor pentru realizarea obiectivelor propuse

• controlul– compararea rezultatelor obţinute cu obiectivele iniţiale– depistarea diferenţelor existente– luarea deciziilor menite să realizeze corecturile necesare

3.1.1. Managementul energetic aplicat în practică

Domeniile în care operează managementul energetic*:

• diagnoză şi control: colectarea sistematică a datelor şi a realităţilor energetice existente, pentru analizarea şi compararea lor

• planificare şi programe de acţiune: utilizarea informaţiilor SME pentru a elabora strategii de aplicat, precum şi planuri de acţiune, în vederea realizării obiectivelor iniţiale

*SOCER – Implementarea sistemelor de management egergetic, manual, lucr. Elaborată de Institutl catalan pt. Energie (ICAEN), 1997

PLANIFICARE

Stabilirea obiectivelor

DIAGNOZĂ ŞI CONTROL

SME

INFORMAŢIE EXTERNĂ

INFORMAŢIE INTERNĂ

STRATEGIE

PROGRAM DE ACŢIUNE

• motivaţie

• perfecţionare

• imbunătăţiri (prognoze) operaţionale

• progrese tehnologice

Fig. 3.1 Diagrama operaţiilor globale ale managementului energetic într-o companie.

3.1.2. Obiectivele, verigile şi beneficiile unui SME

• În sens restrâns SME poate fi numit “contabilitate energetică” - acţiune de colectare şi procesare a datelor• În sens larg SME stă la baza studierii situaţiei energetice în companie, permiţând analiza şi realizarea obiectivelor

• În analiza efectuată de SME sunt utilizate următoarele tipuri de valori ale consumurilor energetice:– valorile reale ale consumurilor energetice, monitorizate regulat– valorile standard ale aceloraţi consumuri, determinate prealabil– valorile optime ale consumurilor, corespuzând consumului energetic prevăzut a fi realizat după implementarea îmbunătăţirilor propuse

• Obiectivele unui SME sunt următoarele:– stabilirea responsabilităţilor managerilor în centrele de consum privind consumurile energetice– identificarea nivelurilor standard ale consumurilor de energie– stabilirea obiectivelor realizabile pentru consumul de energie– furnizarea de informaţii cât mai detaliate privind consumul de energie– perfecţionarea nivelului de înţelegere a factorilor implicaţi în consumul energetic– optimizarea acţiunilor de instruire pentru reducerea costurilor de producţie, prin minimizarea consumurilor energetice– îmbunătăţirea cunoştinţelor generale ale personalului firmei privind utilizarea şi controlul resurselor energetice

Centru

de consum

energetic

Date energetice

Date de producţie

Variabile externe

Identificarea funcţionării

Date istorice

Analiză şi decizieRaportare

Acţiune

Standard Obiective

Fig. 3.2 Verigile unui SME, raportat la obiective.

• Verigile unui SME sunt prezentate în figura 3.2• Beneficiile aplicării SME:

– control al utilizării energiei– reducerea de 5-15% a costurilor energetice, prin măsuri organizatorice (nu necesită investiţii)– informare în timp real asupra consumurilor energetice - determină decizii corecte privind optimizarea lor– cunoaşterea amănunţită a costurilor de producţie– creşterea productivităţii activităţilor desfăşurate şi calităţii produselor– perfecţionarea elaborării bugetelor energetice pe baza obiectivelor de consum determinate– perfecţionarea procesărilor de date– introducerea unei filosofii generale de comparare a datelor reale ci cele standard

3.1.3. Costurile implementării unui SME şi factorii ce influenţează aceste costuri

• Implementarea unui SME necesită a fi avute în vederea următoarele:

– Stabilirea costurilor implementării unui SME trebuie făcută de fiecare companie

– Echipamentul de bază necesar să fie cât mai simplu, impunând investiţii minime

– Valoarea echipamentelor să nu depăşească 5% din costurile energetice totale anuale, echipamentele achiziţionate să fie amortizate rapid din economiile obţinute prin implementarea SME

• Factorii care influenţează costurile implementării unui SME sunt următorii:

– Tipul purtătorului de energie primară (energie electrică, abur, apă, aer comprimat etc.). Cele mai ieftine aparate de măsură sunt cele pentru energia electrică, iar cele mai scumpe sunt aparatele de măsură pentru abur, apă şi aer comprimat

– Aparatele de măsură existente (acestea pot fi în anumite cazuri inutilizabile dacă se au în vedere condiţiile de competitivitate şi fezabilitate). Se are în vedere şi precizia aparatelor existente, faţă de precizia cerută

– Tehnica de calcul disponibilă (să permită procesarea şi elaborarea rapoartelor rapid şi evetual automatizat)

– Echipamentul portabil (înregistratoare de curent, tensiune, putere, debit, temperatură etc.)

– Disponibilitatea datelor energetice (date existente doar în facturi / evidenţe extinse)

– Disponibilitatea datelor de producţie (pentru calculul consumurilor specifice)

– Disponibilitatea Consiliului de Administraţie al companiei şi a nivelurilor ierarhice subordonate

– Asistenţa externă (selactarea aparatelor de măsură, stabilirea valorilor standard şi a celor optime, software etc.)

3.1.4. Fazele implementării unui SME

• Implementarea unui SME necesită trei direcţii de acţiune:

– politica energetică a companiei

– structura managementului

– sistemele de colectare-procesare a datelor

• Implementarea unui SME presupune două nivele:

– nivelul tehnic (realizarea unui sistem informativ)

– nivelul managerial (realizarea unei structuri de management capabile să răspundă de informare şi de propunerea acţiunilor necesare)

• Implementarea unui SME presupune următoarele etape:

– auditul energetic (furnizarea informaţiilor necesare întocmirii unui SME - implică ambele nivele - tehnic şi de management)

– selectarea centrelor consumatoare de energie (implică de asemenea ambele nivele)

– stabilirea sistemelor de măsură (instalarea de noi dispozitive de măsură, centre de transmitere şi procesare a datelor)

– stabilirea structurii de management (comisie energetică, manager cu probleme energetice etc.)

– colectarea de date (referitoare la valorile reale, standard şi optime ale consumurilor)

– stabilirea valorilor standard

– stabilirea valorilor optime

– întocmirea raportului (implică ambele nivele)

3.1.5. Persoane însărcinate cu implementarea SME

• Pentru implementarea SME sunt necesare

– persoana responsabilă cu implementarea proiectului (să aibă cunoştinţe şi experienţă atât în domeniul tehnic, cât şi în cel managerial)

– echipa de colaboratori, formată din reprezentanţii fiecărui sector din cadrul companiei (cum ar fi: director tehnic, director de producţie, ingineri tehnologi, ingineri energeticieni, economişti)

• Responsabilităţile persoanelor însărcinate cu implementarea SME sunt:

– pentru persoana responsabilă cu implementarea proiectului

– să stabilească un plan pentru implementarea SME

– să coordoneze toate activiăţile necesare implementării SME

– să conştientizeze toţi membrii conducerii companiei asupra implicţaiilor şi obiectivelor introducerii unui SME

– să ţină la curent conducerea companiei cu desfăşurarea proiectului

– pentru echipa de colaboratori:

– să furnizeze informaţiile şi asistenţa solicitată de către persoana responsabilă de proiect

– să realizeze sarcinile ce la sunt repartizate de către această persoană

3.1.6. Programul de implementare al unui SME

• Diferă de la companie la companie

• Se referă la eşalonarea activităţilor în timp

• Un exemplu de program de implementare este dat în figura 3.3

Fig. 3.3 Etapizarea programului de implementare

LUNAÎNDATORIRI

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12- Numirea persoanei responsabile de proiect şi aechipei de colaboratori

- Reuniuni ale echpei de colaboratori - Identificarea centrelor cu consumuri ridicate,colectarea datelor existente

- Stabilirea Centrelor consumatoare de energie(CCE) şi a aparatelor de măsură adiţionale

- Colectarea datelor privind consumurile şi CCE - Determinarea standardelor şi a obiectivelor - Punerea în funcţiune a SME

3.2. Auditul energetic

3.2.1. Obiectivele auditului energetic

• Auditul energetic constituie primul pas în implementarea unui SME

• Urmăreşte colectarea informaţiilor necesare realizare SME:

– monitorizarea datelor privind consumurile energetice

– analiza furnizării de energie electrică, gaze şi alte servicii, identificând mijloace de măsură existente

– stabilirea centrelor consumatoare de energie, studiind variabilele energetice ale acestora

– determinarea structurilor manageriale existente

– revizuirea datelor energetice existente, a metodelor de colectare a lor şi a sistemelor de elaborare a rapoartelor din companie

3.2.2. Colectarea informaţiilor

• Se colectează informaţii referitoare la:

– consumurile energetice înregistrate în ultimele 12 luni (prin citirea aparatelor de măsură corespunzătoare diferiţilor purtători energetici)

– producţia realizată în ultimele 12 luni

3.2.3. Sisteme de distribuţie a energiei în întreprinderi

• Se preiau schemele sistemelor de distribuţie a energiei din companie

• Se revizuiesc şi se actualizează schemele disponibile

• Se evidenţiază punctele de măsură

• Se inventariază toate aparatele de măsură

• Se execută noile scheme de distribuţie pentru fiecare purtător de energie, ilustrând punctele de consum şi punctele de măsură

3.2.4. Determinarea consumurilor de energie

• Pentru producţia realizată în ultimele 12 luni se utilizează citirile care au fost făcute pentru fiecare purtător energetic, dacă aceste citiri au fost făcute regulat şi au fost înregistrate

• Se identifică consumatorii care nu au în dotare aparate de măsură

• Se calculează consumurile anuale pentru fiecare purtător de energie, pentru consumatorii ce nu sunt prevăzuţi cu aparate de măsură

• Se stabilesc factorii de corecţie şi coeficienţii de echivalare între diferiţii purtători de energie

• Se stabileşte consumul anual total pentru toţi purtătorii energetici ai companiei

• Se reprezintă grafic consumurile energetice anuale, repartizate pe luni

3.2.5. Analiza prealabilă a datelor

• Scopul analizei este de a stabili dacă producţia realizată este obţinută în condţii de consumuri energetice minime

• Analiza trebuie să se refere la o anumită perioadă de timp: zi, săptămână, lună

• Analiza prealabilă a datelor presupune următoarele acţiuni:

– identificarea sectoarelor companiei care vor fi incluse în SME ca CCE şi pentru care există date referitoare la energie şi producţie

– identificarea variabilelor specifice pentru sectoarele respective (agent energetic, producţie etc.)

– analiza relaţiilor între energie şi variabilele specifice (ecuaţii de legătură între acestea)

– obţinerea de 10-20 de măsurători pentru fiecare centru de consum

– introducerea datelor obţinute într-un programde tabele şi diagrame

– calcularea valorilor standard

– determinarea ponderii fiecărui agent energetic în cadrul CCE, având mai mult de o variabilă specifică

– determinarea consumurilor specifice ilogice

Capitolul IV

Conversia energiei şi mediul înconjurător

4.1. Energia electrică şi mediul ambiant

• În generarea şi utilizarea energiei electrice în diferite domenii rămâne determinant preţul acesteia.• Preţul este un instrument economic care determină:

- atragerea unor noi surse de energie primară,- reducerea cererii de electricitate – în special în orele de vârf,- creşterea randamentului receptoarelor de energie electrică.

• Gospodărirea surselor de energie primară şi a reziduurilor rezultate pun în evidenţă o strânsă legătură între aceste produse şi mediul ambiant. Poluarea apei, aerului, solului, poluarea fonică nu se datorează numai producţiei şi conversiei energiei, ci şi activităţilor de fabricaţie, comerţ, transport etc. Planificarea pe termen lung trebuie să adapteze structura surselor de energie la cerinţele economice şi la normele de calitate a mediului. Aceste norme trebuie să fie în concordanţă cu cerinţele reale, normele excesiv de restrictive putând frâna dezvoltarea economico-socială.• Exploatările de cărbune, ţiţei, gaze etc. pot duce la surpări de terenuri, deteriorări ale vegetaţiei, mutaţii în viaţa faunei. Reziduurile de la termocentrale infestează aerul cu dioxid de sulf, încălzind atmosfera.• Printre soluţiile de ameliorare a situaţiei se pot enumera:

– folosirea gropilor pentru depozitarea cenuşii de la termocentrale,– ameliorarea mediului prin plantarea de arbori,– irigaţii,– crearea de zone de agrement,– reciclarea deşeurilor în loc de stocarea acestora,– incinerarea deşeurilor – soluţie ce permite obţinerea unei energii utile.

• Tratarea deşeurilor radioactive constituie o preocupare relativ nouă, dar de o deosebită importanţă. Soluţia pentru stocarea definitivă a acestora constă în unele ţări (Suedia) în introducerea lor în containere de cupru în depozite subterane, în roci cristaline, la peste 500 m adâncime.

• Creşterea consumului de combustibili fosili pe plan mondial a determinat creşterea emisiei anuale de dioxid de carbon de la 100 milioane tone de carbon în anul 1860 la circa 5.000-6.000 milioane tone de carbon pe an în prezent!

• Concentraţia de dioxid de carbon în atmosferă constituie o problemă deosebit de îngrijorătoare – datorită efectului de seră, efect însoţit de creşterea temperaturii atmosferei globului terestru. Măsurile de reducere a poluării aerului nu mai sunt din acest motiv probleme ale unei anumite ţări, ci constituie o problemă globală a omenirii. Explozia reactorului de la centrala nucleară Cernobâl din 26 aprilie 1986, cu consecinţele ei pentru întreaga planetă, a dovedit din păcate încă o dată acest lucru.

• Tehnologiile destinate reducerii poluării au cunoscut în ultimii ani progrese evidente, concomitent cu coordonarea de către organismele internaţionale de protecţie a mediului a programelor de reducere a poluării în majoritatea ţărilor lumii.

• Sunt interesant de cunoscut principalele norme de protecţie a aerului din Japonia:- pentru SO2 media zilnică a valorilor orare nu trebuie să depăşească 0,04 ppm (părţi pe milion), iar valoarea orară să nu depăşească 0,1 ppm;- pentru CO2 media zilnică a valorilor orare nu trebuie să depăşească 10 ppm, iar media valorilor orare pentru 8 ore consecutiv să nu depăşească 20 ppm;- pentru particule în suspensie: media zilnică a valorilor orare nu trebuie să depăşească 0,10 mg/m 3, iar valoarea orară să nu depăşească 0,20 mg/m3;- pentru NOx media zilnică a valorilor orare trebuie să fie cuprinsă cel mult între 0,04 şi 0,06 ppm;- pentru oxidanţi fotochimici valorile orare nu trebuie să depăşească 0,006 ppm.• Normele din ţara noastră – chiar dacă au fost stabilite mai indulgent – nu au fost şi nu sunt încă respectate. Pentru comparaţie se pot aminti:- pentru SO2 media zilnică a valorilor orare nu trebuie să depăşească 0,2 ppm;- pentru particule în suspensie: media zilnică a valorilor orare nu trebuie să depăşească 0,15 mg/m 3.

• Principalele măsuri luate în Japonia pentru reducerea poluării sunt următoarele:- pentru SOx: coşuri de fum cu înălţimi de 180-200 m, precum şi aplicarea de procedee de desulfurare cu randamente de 90%;- pentru NOx: modificarea condiţiilor de ardere şi utilizarea unor sisteme de denitrificare a gazelor arse;- pentru pulberi: filtre electrostatice de joasă şi de înaltă temperatură.

• Ultimele reglementări în domeniu – referitoare la emisiile de gaze poluante – au fost stabilite prin Protocolul de la Kyoto la 11 decembrie 1997, protocol ce urmează a fi ratificat de toate ţările planetei.

• Pe plan mondial se menţionează următoarele tehnologii utilizate pentru reducerea poluării aerului:- procedee de desulfurare în flacără cu calcar şi var stins;- controlul parametrilor arderilor (temperatura de ardere, concentraţia de oxigen şi configuraţia flăcării în camera de ardere) în vederea reducerii emisiilor de NOx fără modificarea

echipamentelor;- perfecţionarea arzătoarelor;- arderea în strat fluidizat;- folosirea selectivă a gazelor naturale;- utilizarea biogazului.

• Referitor la biogaz trebuie menţionate următoarele:- cea mai bună cale de exploatare a biomasei constă în producerea biogazului, întrucât arderea

directă a biomasei produce o cantitate de căldură din care se foloseşte doar 10%;- ca urmare a folosirii biomasei pentru producerea biogazului s-a redus numărul bacteriilor care pot provoca apariţia unor epidemii:- folosirea biogazului ca sursă de energie nepoluantă contribuie la restabilirea echilibrului ecologic.

Capitolul V

Strategii energetice. Tendinţe în energetică.

Cererea şi oferta de energie în UE

5.1. Stadiul actual şi perspective energetice modiale•Conferinţa Mondială a Energiei – importantă organizaţie tehnico-ştiinţifică internaţională neguvernamentală din domeniul energetic – are printre sarcinile ce şi le-a propus şi pe aceea de a întocmi prognoze privind evoluţia energeticii mondiale, pornind de la auditurile energetice ale ţărilor lumii.• Energetica mondială se referă la acea parte a energiei planetei care este controlată şi utilizată de om. Deşi aceasta se compune preponderent din energia obţinută din combustibilii fosili acumulaţi de-a lungul a milioane de ani, ea nu este echivalentă decât cu a 20.000-a* parte din totalul energiei primite continuu de la Soare de planeta noastră. Deci Soarele va rămâne marea speranţă a omenirii în ceea ce priveşte acoperirea necesarului mereu în creştere de energie. Acesta emite în spaţiul din jurul său o energie de 10 34 J anual, din care pe Pământ ajung 51024 J anual.• Consumul de energie în diferite zone ale lumii în anul 1982 era cuprins între:

– 18 GJ/locuitor/an – în Africa tropicală şi Asia de sud-est– 280 GJ/locuitor/an – America de Nord (S.U.A. şi Canada)

• Exista o mare diferenţiere între zonele nordice şi cele sudice, care nu poate fi explicată doar prin sporul de 30% corespunzător nevoilor de încălzire din emisfera nordică. Pentru a ridica nivelul consumului energetic din zonele cele mai slab dezvoltate la doar circa 100 GJ/locuitor/an (corespunzător Europei sudice) ar fi fost necesară o creştere a producţiei mondiale totale de energie cu 60%!• Consumul de energie electrică la nivelul anului 1980 varia între:

– 12 kWh/locuitor/an – în Nepal– 18.289 kWh/locuitor/an – Norvegia

• La nivelul anului 1999 în aceleaşi ţări consumul de energie electrică era de:– 47 kWh/locuitor/an– 24.248 kWh/locuitor/an** * ENERG Energie, economie, recuperare, gospodărire, vol. 1 Ed. Tehnică, 1986.** Human Development Indicators Energy and the environment, february 20, 2002.

• Pentru a ridica consumul de energie electrică din zonele mai puţin dezvoltate la nivelul consumului din sudul Europei – de circa 7.000 kWh/locuitor/an – ar fi trebuit dublată producţia mondială de energie electrică, şi aceasta în ipoteza că populaţia globului ar fi rămas constantă, adică de 4,14 miliarde locuitori (cifră valabilă pentru anul 1982).• Populaţia Terrei a crescut însă de la circa 1,6 miliarde locuitori în 1900 la peste 6 miliarde în anul 2000.• Pentru a reduce disproporţia actuală dintre consumurile de energie pe locuitor, având în vedere şi evoluţia probabilă a populaţiei, ar fi necesară o creştere de patru ori a consumului total de energie pe întreaga planetă până în anul 2020.• În anumite regiuni ale globului consumul total ar trebui să crească de 10 ori! Însă nici o prognoză asupra consumului de energie efectuată în ultimii ani nu indică o astfel de creştere*.• Prognoza cea mai plauzibilă indică o creştere a consumului de energie în anul 2020 după cum urmează:

- în Africa tropicală consumul va atinge circa 20 GJ/locuitor/an;- în Asia de sud consumul va atinge circa 32 GJ/locuitor/an;- în China consumul va atinge circa 112 GJ/locuitor/an, depăşindu-se astfel cu puţin consumul existent în 1982 în Europa de sud;- în Africa de nord consumul va atinge circa 64 GJ/locuitor/an;- în Orientul Mijlociu consumul va atinge circa 138 GJ/locuitor/an;- în America Latină consumul va atinge circa 64 GJ/locuitor/an.

• După cum se constată, în nici una dintre zonele subdezvoltate nu se va atinge în anul 2020 nivelul consumului existent în anul 1982 în Europa (circa 172 GJ/locuitor/an) şi cu atât mai puţin cel al Americii de Nord (280 GJ/locuitor/an).• În ceea ce priveşte sursele primare de energie, cărbunele şi gazele naturale vor deţine încă o pondere însemnată, fiind însă depăşite de energia nucleară şi de sursele noi de energie.• În ţările dezvoltate, consumul de energie pe cap de locuitor va creşte cu circa 20%, această creştere urmând să fie asigurată în cea mai mare parte pe seama energiei nucleare şi pe perfecţionarea tehnologiilor neconvenţionale de producere a energiei.

* ENERG Energie, economie, recuperare, gospodărire, vol. 2, 3, 4 Ed. Tehnică, 1987.

5.2. Stadiul actual şi perspective ale energeticii europene5.2.1. Istoria şi structura strategiei energetice a Uniunii Europene

• Toate guvernele naţionale au considerat implicarea lor totală în sectorul de energie ca o practică normală.• Această atitudine implică:

- monopolul natural asupra activităţilor de transport şi distribuţie în cadrul sectorului de energie; - rolul esenţial pentru comunitate pe care îl joacă energia, fie ca resursă primară, fie ca energie electrică, motiv pentru care s-a simţit nevoia unui control strict guvernamental; - caracterul strategic pentru orice economie al sectorului de energie, în special energia electrică, gazul şi într-o măsură mai mică, petrolul.

• Această situaţie a durat timp de decenii, sub forma unui model de organizare care implica controlul central asupra unei reţele de energie primară şi finală.• Structura acestui model era dictată de:

- drepturile exclusive de a construi şi opera în sectorul energetic, fie ale statului, fie concesionate; - lipsa oricărei forme de concurenţă; - reglementări în detaliu; - grad ridicat de planificare şi control strict; - operare integrată pe verticală; - tarife pe bază de costuri de producţie.

• Modelul a funcţionat o perioadă lungă de timp, atât în ţările Europei Occidentale, cât şi în ţările Central europene şi de Est.•Neajunsurile acestui model constau în:

- acumularea nemulţumiri tot mai evidente a consumatorilor faţă de faptul că, în nici una din fazele de operare ale sistemului de energie, ei nu sunt parte la procesul de luare a deciziilor- de faptul că cei care planifică, conduc şi operează sistemul nu-şi asumă nici un risc şi nu suferă dacă greşesc- costul ncompetenţei sau al unor judecăţi greşite a fost întotdeauna plătit de consumatori, în dubla lor calitate de consumatori şi plătitori de impozite

• Relaţia rigidă, tradiţională, guvern-industria de energie este afectată, de ceva timp, de o schimbare ce pare ireversibilă. Vechile certitudini au început să se clatine, iar acceptarea necondiţionată a deciziilor luate centralizat nu mai funcţionează, în mod tot mai evident după anii 90. Noul val care ia locul reglementării centralizate este reglementarea pentru competiţie. • Monopolurile naturale, fie proprietate de stat, fie sub controlul acestuia, care funcţionează într-o configuraţie tehnic centralizată, încep să se destrame şi să se reorienteze spre clienţi şi competiţie.• Caracteristicile noului tip de abordare sunt diferite, şi anume:

- separarea activităţilor, pentru a permite concurenţa (în locul integrării pe verticală); - libertatea de a investi în activităţi concurenţiale (în locul planificării centralizate); - libertatea de a contracta la tarife competitive (în locul tarifului fixat); - accesul la reţea şi infrastructură; - supravegherea sistemului de către regulatori independenţi (în locul guvernului); - adaptarea la tehnologia informaţiei.

• În evoluţia spre noul tip de reglementare putem distinge trei etape care sunt descrise în cele ce urmează:- după 1945, guvernele democratice vest-europene au considerat că în reconstrucţia de după război, un rol esenţial îl joacă energia şi de aceea sectorul trebuie integral controlat de stat. Industriile au fost naţionalizate, iar pentru evitarea abuzului de putere s-a recurs la soluţia proprietăţii publice şi/sau a controlului public. Aşa s-au născut, între altele, Electricite de France şi Gaz de France în 1946, ENEL în 1962 în Italia.

• Având în vedere rolul dominat al statelor în politica de energie la acea vreme, primele Tratate al Comunităţilor Europene nu au inclus printre obiectivele lor, sectorul de energie, ci doar unele componente ale acestuia. • Crizele de energie din anii 70 au condus la:

- intervenţii energice ale statelor industrializate în sectorul energetic- asigurarea siguranţei în alimentarea cu energie- iniţirea de programe costisitoare pentru construcţia de centrale nucleare- alocarea de subvenţii pentru energiile alternative- s-a creat Agenţia Internaţională a Energiei (pentru a supraveghea alocarea resurselor financiare şi a încuraja diversificarea formelor alternative de energie)- au început să apară politicile naţionale de energie şi agenţiile de implementare

• Totuşi, unele intervenţii planificate în acest mod tradiţional s-au dovedit grăbite sau chiar nefolositoare, de aceea capacitatea guvernelor singure de a interveni în politica de energie a început să fie pusă la îndoială.

• Primele deschideri către piaţă au început să apară în Marea Britanie şi SUA încă din anii 70.

• La mijlocul anilor 80, noua gândire a început să câştige tot mai mulţi adepţi. Monopolul de stat asupra sectorului energetic au început să cadă, sub influenţa a două fenomene:

- globalizarea economiei mondiale (globalizarea a adus în discuţie rolul statelor naţiuni, nu în sensul reducerii, ci al transformării funcţiilor lor şi depolitizarea spaţiului naţional pentru unele sectoare economice)- apariţia diferitelor iniţiative guvernamentale de liberalizare a pieţelor de energie (liberalizarea, ca o consecinţă imediată a globalizării, implică în mod necesar un transfer de responsabilitate de la stat către sectorul privat, concomitent cu preluarea corespunzătoare a atribuţiilor de reglementare de către agenţii guvernamentale)

• Deşi coexistă, cele două abordări - una tradiţională şi cealaltă, de piaţă - cea din urmă a devenit în anii 90, dacă nu neapărat o realitate pentru toate statele, cel puţin o aspiraţie şi un nou principiu de organizare.

• Noua abordare (de piaţă) conţine încă întrebări la care se aşteaptă răspunsuri:- una este legată de durata implementării efective, câtă vreme se ştie că schimbarea structurilor şi infrastructurilor de energie, foarte costisitoare, va dura probabil foarte mult timp, perioada

în care intervenţia guvernamentală va continua să se facă simţită- alta care rămâne deschisă este legată de compatibilitatea politicilor de energie cu cele de mediu şi sociale, ultimile două rămânând, pentru un tip nedefinit, în sarcina exclusivă a guvernelor.

5.2.2. Forma structurală şi etapele importante în dezvoltarea politicii energetice comune

• În istoria Comunităţilor Europene, politica de energie a fost mai degrabă nesemnificativă, deşi, paradoxal, două dintre tratatele de bază se referă la energie:

- Tratatul de constituire a Comunităţii Europene a Cărbunelui şi Oţelului (CECO - înfiinţată prin Tratatul de la Paris în 1951, crea « de jure » o piaţă comună a cărbunelui, care până la urmă nu s-a dezvoltat şi spre alte direcţii) şi

- Tratatul de constituire a Comunităţii Europene a Energiei Atomice (Euratom - încheiat la Roma în 1957, îşi are originea în criza petrolului din Suez din 1956, şi-a propus, pe de o parte, reducerea dependenţei faţă de importurile din Orientul Mijlociu, iar pe de alta, să ofere o contrapondere la dominanţa nucleară a SUA şi URSS ce începuse să se manifeste la acea vreme. Mai târziu, Euratom a încurajat dezvoltarea programelor nucleare naţionale).• Un nou pas s-a făcut în 1964, când a fost încheiat un Protocol de Inţelegere între statele membre pe probleme de energie. Documentul atrăgea atenţia asupra:

- caracterului global al problemelor de energie- faptului că Tratatele Comunităţilor Europene acoperă acest sector într-o manieră ne-coordonată

• Prima încercare de coordonare a făcut-o Comisia Europeană în 1967, printr-o Comunicare către Consiliul Miniştrilor, unde indica primele măsuri în construcţia unei politici comune în acest domeniu.

• Actul Unic European (1987) a marcat un punct de turnură pentru piaţa unică, dar energia nu s-a bucurat de un interes special, pentru că, la acea vreme, guvernele nu erau dispuse să cedeze o parte din controlul lor asupra monopolurilor naţionale de energie în favoarea deschiderii către piaţă.• Tratatul de la Maastricht încheiat în 1992 şi cunoscut sub numele de Tratatul UE, a adus unele completări la definirea conceptului de piaţă internă a energiei (PIE), fără să includă un Capitol de Energie. Comisia Europeană a pregătit o propunere de capitol, care ar fi trebuit, între altele, să o investească cu anumite competenţe în domeniu. Trei ţări sau opus vehement acestei iniţiative : Marea Britanie, Olanda şi Germania. Aceeaşi soartă a avut şi o altă propunere a Comisiei, referitoare la administrarea Cartei Energiei de către Direcţia de Energie din cadrul CE.

• Tratatul de la Amsterdam (1995) a consfinţit pentru prima dată o initiaţivă comunitară din domeniul energiei, anume Reţelele de Energie Trans-Europene (TENs), proiect care urmăreşte extinderea reţelelor de transport, telecomunicaţii şi infrastructuri energetice pan-europene, dincolo de cadrul strict al Uniunii. Scopul acestor programe este de a mări capacitatea de interconectare şi inter-operabilitate a reţelelor naţionale, ca şi accesul la acestea, şi deasemenea, să lege zonele izolate şi periferice cu regiunile centrale ale Uniunii. Pentru administrarea acestor programe există o linie bugetară specială în bugetul Uniunii.

• Tratatul de la Amsterdam, din 1997 reia propunerea de includere a Capitolului Energie, dar a fost încă o dată respinsă. Este interesant că Parlamentul European a fost un susţinător puternic al Capitolului de Energie, adversarii ei fiind chiar statele membre. Tratatul UE (Tratatul de la Maastricht încheiat în 1992) a adus totuşi ceva nou pentru sectorul energie, lărgind aria de acţiune a principiului subsidiarităţii, valabil până la acea dată numai pentru chestiunile de mediu.

• Principiul subsidiarităţii are o importanţă specială în domeniul energiei, pentru că permite Comisiei să armonizeze raportul de forţe între statele membre şi instituţiile comunitare, utilizând ca instrument principal directiva. Aceasta nu impune mecanisme rigide, ci defineşte un cadru care permite statelor membre să opteze pentru acele sisteme care se potrivesc cel mai bine resurselor naturale, profilului industrial şi politicilor de energie din fiecare ţară în parte.

Carta Europeană a Energiei• Apariţia Cartei Europene a Energiei s-a desfăşurat de-a lungul următoarelor etape:

- Consiliul European de la Dublin din 1990 a lansat idea că refacerea economică în fostul spaţiu comunist, ca şi siguranţa în alimentarea cu energie a ţărilor din spaţiul comunitar, ar putea fi întărite printr-o colaborare în domeniul energiei.

- Documentul final referitor la Carta Europeană a Energiei a fost semnat la Haga în decembrie 1991 de către 51 de state.

- Tratatul Cartei Energiei, semnat la Lisabona în decembrie 1994, având drept obiectiv „stabilirea unui cadru de promovare pe termen lung a colaborării în domeniul energiei” pe axa Est-Vest, pornind de la principiile Cartei Europene a Energiei.

• Tratatul de la Lisabona se bazează pe respectarea principiilor Pieţei Interne a Energiei şi reprezintă o extensie a acesteia la întreaga Europă şi mai departe (Japonia este una din semnatare). O parte importantă a Tratatului se referă la eficienţa energetică şi problemele de mediu.• Comerţul cu energie între părţile semnatare este guvernat, conform Tratatului, de procedurile GATT, ceea ce înseamnă că ţările semnatare trebuie să aplice aceste proceduri chiar dacă nu sunt parte a Acordului GATT sau OMC.• Sunt prevăzute articole care stabilesc condiţiile de concurenţă, transparenţă, suveranitate, taxare şi mediu, ca şi articole dedicate protecţiei investiţiilor, tranzitului de energie şi tratamentului aplicat disputelor. Tratatul a intrat în vigoare în anul 1998.

Cartea Verde a Energiei • Comisia Europeană joacă un rol central în dezbaterea dintre diferiţii actori de pe piaţa energiei, unii dintre ei dorind descentralizarea, iar alţii, dimpotrivă. Prima comunicare a Comisiei Europene care abordează chestiunea unei politici energetice comune datează din 1995 şi s-a numit Cartea Verde „For a European Union Energy Policy”.• Tot în 1995 a apărut Cartea Albă „An Energy Policy for the European Union”, apoi o nouă secvenţă de comunicări în 1996 şi 1997, numite „Green Paper for a Community Strategy – Energy for the Future: Renewable Sources of Energy”, respectiv „White Paper: Energy for the Future – Renewable sources of Energy”.

• Aceste documente stau la baza actualei politici energetice comune şi a legislaţiei europene create pentru a o pune în practică. Complexitatea problemelor legate de producerea energiei, transportul si consumul energiei a crescut mult în ultimile decenii, odată cu acutizarea problemelor globale de mediu, schimbările climatice şi epuizarea resurselor naturale. Uniunea Europeană se confruntă cu câteva probleme specifice, între care cea mai serioasă este cea legată de dependenţa accentuată faţă de resursele energetice de import. Comisia Europeană a lansat în anul 2000 cea de-a treia Carte Verde „Spre o strategie europeană a siguranţei în alimentarea cu energie”, care ţine seama şi de angajamentele asumate prin Protocolul de la Kyoto. Raportul final asupra Cărţii Verzi a Energiei, rezultat în urma unei dezbateri publice de o amploare fără precedent în ultimii 30 de ani, a fost prezentat de Comisia Europeană la 27 iunie 2002.

• Consiliul European de la Barcelona (martie 2002) a dat semnalul unei accelerări în dezvoltarea politicii de energie comună. S-a decis liberalizarea totală a pieţei de energie electrică pentru consumatorii industriali şi comerciali începând cu anul 2004.• Ca unul din sectoarele care ţintesc nucleul politicilor naţionale, cedarea suveranităţii naţionale în chestiuni de energie a fost mai degrabă respinsă, iar progresele care s-au făcut au reprezentat paşi mici. De aceea, procesul este departe de a se apropia de o finalitate.• Nu este exagerată afirmaţia că timp de multe decenii, energia nu a existat în procesul de integrare, cu excepţia unei coordonări limitate a politicilor nucleare şi a restructurării industriei cărbunelui, ca şi a unor măsuri minimale de siguranţă a aprovizionării cu petrol.

5.2.3. Evoluţii curente

Statele Membre ale UE se pot împărţi, din punct de vedere al surselor de energie primară, în trei categorii:- net producători (Olanda, Danemarca şi Marea Britanie)- net importatori (ţări mari: Germania, Franţa, Italia şi ţări mici: Austria, Belgia, Finlanda, Suedia şiLuxembourg, Irlanda, Grecia, Spania, Portugalia)- categoria ţărilor care sunt şi importatoare şi exportatoare

• Olanda a devenit cel mai mare producător de gaz dintre ţările UE odată cu descoperirea zăcământului de la Groningen în anul 1959.• Danemarca este un exportator net de gaz natural, dar într-o cantitate mult mai mică decât Olanda. • Marea Britanie este un alt mare producător şi exportator de energie.

• Consumul de gaz în spaţiul comunitar depăşeşte 20 % din consumul total de energie primară, este acoperit în mare parte de doi mari furnizori, Rusia şi Norvegia, pe locurile următoare situându-se Olanda şi Algeria.

• Germania este un mare importator de gaz (78% din necesar în 1994) adus mai ales din Rusia, şi petrol (99% din necesar). Germania este, în acelaşi timp, un important producător şi un transportator de energie în UE. Producţia de cărbune a scăzut în ultimii ani, în timp ce producţia de energie nucleară creşte relativ încet. Diversificarea surselor de energie şi siguranţa în alimentare sunt două din preocupările majore ale statului german. Energia nucleară nu este privită cu prea mult entuziasm, iar industria cărbunelui, care se bucură încă de subvenţii aspru criticate de oficialii CE, este în continuu declin. Incepând cu anii `80, protecţia mediului a devenit obiectiv prioritar a guvernului şi o preocupare majoră în domeniul energiei.• Germania nu urmează o politică de energie articulată şi omogenă, una din motivele importante fiind structura sa federală, care acordă landurilor o largă autonomie.

• Franţa este un importator net de energie. Importă aproape în totalitate petrolul şi gazul de care are nevoie şi peste 75% din cărbune. Dezvoltarea puternică a sectorului nuclear a fost rezultatul firesc al dependenţei excesive faţă de importul de combustibili clasici. Deşi Franţa deţine rezerve de petrol şi gaz, producţia internă se menţine la un nivel scăzut. Sursele de importuri sunt Rusia şi Algeria, urmate de Norvegia. Franţa are o veche tradiţie în ce priveşte companiile de stat în domeniul energiei. Electricite de France şi Gaz de France sunt companii monopoliste prin tradiţie. Privatizarea sectorului de energie se află pe agenda politicii guvernamentale, dar ei i se opun sindicatele şi companiile însele. Protecţia mediului, ca o componentă integrată a politicii de energie, este încă la început.

• Italia este săracă în resurse energetice şi importă din Algeria cea mai mare parte din gazul necesar, fiind de altfel şi ţara de tranzit a gazului algerian spre Europa. Nu există sector nuclear, ca rezultat al moratoriului impus prin referendumul din 1987. Sectorul de energie este tradiţional de stat, ca şi în Franţa. Holdingul energetic ENI a început să fie privatizat pe componente, iar ENEL, compania de electricitate, este şi ea pe cale de a fi complet privatizată, pe baza unui plan de restructurare pe activităţi. Fiind foarte dependentă de importurile energetice, Italia este preocupată în special de creşterea eficienţei energetice, dar şi de protecţia mediului.

• Ţările mici net importatoare de energie, ar fi favorizate de o politică de energie condusă de la Bruxelles, mai degrabă decât să rămână la latitudinea Statelor Membre. În acest grup de state există însă contraste importante.• Ţările nordice din acest grup pun un accent puternic pe protecţia mediului şi pe energia nucleară (fiind sărace în resurse în comparaţie cu vecinele lor mai bogate - Danemarca şi Norvegia).

• Austria are o poziţie privilegiată datorită potenţialului hidroelectric, care asigură circa 70% din producţia internă de energie, iar utilizarea biomasei ocupă locul doi, cu 11% din producţia internă de energie.

• Belgia, total lipsită de combustibili fosili, se bazează pe importuri şi pe energie nucleară, deşi nu există planuri de dezvoltare a acestui sector în viitor. Belgia este una din susţinătoarele puternice ale politicii de energie în UE.

• Irlanda, Grecia, Spania şi Portugalia, ţări care au beneficiat de un masiv suport financiar din partea ţărilor mai bogate ale UE prin Fondul de Coeziune Socială, sunt net importatoare de energie. Ele au caracteristici comune

– infrastructură energetică mult mai slabă decât a celorlalte state– sectorul energetic este relativ slab dezvoltat– eficienţa tehnologiilor este redusă– sistemele de transport pentru gaz şi electricitate nu sunt suficient dezvoltate

• Portugalia se bazează mai ales pe potenţialul său hidroelectric şi poate ajunge să importe în anii secetoşi până la 90% din energia consumată.• Grecia a înregistrat o creştere spectaculoasă a consumului de energie - dublu în 1992 faţă de 1973 - tendinţa de creştere în viitor fiind chiar mai accentuată. Aproape 80% din consumul de energie este asigurat din import.• Spania importă peste 80% din gazul metan, tot petrolul şi aproape jumătate din cărbune. Moratoriul asupra energiei atomice a stopat dezvoltarea sectorului nuclear în această ţară.• Irlanda importă peste 70% din consumul de energie primară, iar procentul va creşte odată cu epuizarea resurselor interne de gaz. De aceea, orientarea este către construcţia de magistrale de transport pentru gaz.

• Principalii actorii în politica europeană - Germania, Franţa, Italia şi Marea Britanie - acordă o atenţie sporită sectorului energetic. Între anii 1980 – 1990, acest sector (ca de altfel întreaga economie) a suferit schimbări majore:

– industria de petrol, gaze şi cea producătoare de energie electrică au intrat într-un vast program de privatizare, în ciuda opoziţiei extrem de puternice manifestate de companiile de stat sau publice care deţineau monopolul absolut al acestor activităţi– o demonopolizare totală, urmată de înfiinţarea instituţiilor de reglementare, au creat cea mai liberă piaţă a energiei din Europa– păstrarea monopolului statului asupra energiei nucleare– obiectivul politicii guvernamentale în domeniul energiei în sensul încurajări competiţiei, guvernele intervenind numai pentru a stabili regulile jocului

• Tabloul energiei în UE ne arată că statele membre se diferenţiază în ceea ce priveşte structura energetică naţională. Interesele ţărilor net exportatoare diferă de cele ale ţărilor net importatoare. În plus, nivelurile diferite de dezvoltare economică influenţează atitudinea guvernelor faţă de o politică a energiei în spaţiul european.

Ţările Nordului bogat sunt intens preocupate de descentralizare şi demonopolizare fără a se interesa prea mult de o politică comună.Ţările mai puţin dezvoltate ale Sudului caută surse de dezvoltare a sectorului de energie în interiorul UE.

De aceea, nu există grupuri de state cu o viziune comună asupra politicii de energie dincolo de clasificarea mai sus-menţionată – importator/exportator. În schimb există o diferenţă clară pe axa Nord-Sud în ce priveşte nivelul de dezvoltare al sectorului energetic, infrastuctura şi utilităţile de energie.

Tabelul 5.1Balanţa de energie a Uniunii Europene

Sursa: Eurostat * la valoarea banilor din 1995

• Tabloul energetic în statele în curs de aderare şi candidate*

Deşi situaţia energetică pe ansamblul ţărilor în curs de aderare şi a celor candidate la UE pare similară cu a statelor membre în ce priveşte dependenţa de importurile de resurse energetice, tabloul energetic arată diferit în cel puţin câteva domenii:

- structura producţiei de energie- dependenţa energetică- infrastructura- eficienţa energetică- contextul politico-istoric

Ţările CEE (din Europa Centrală şi de Est) sunt mult mai dependente de importul dintr-o singură sursă decât statele membre, deşi per total, dependenţa de importuri este mai redusă (36,9% faţă de 47,6 % în UE).Ceea ce este diferit şi caracteristic ţărilor Central şi Est Europene este faptul că această dependenţă este legată în proporţii covârşitoare de un furnizor unic - Rusia, care asigură, de exemplu:

- Slovaciei, 98% din necesarul de petrol- Ungariei, 89% din necesarul de gaze- Poloniei, 50% din importul de petrol- Cehiei, 78% din importul de gaz- României, 21,9% (statisticile româneşti indică procente cuprinse între 30–40%) din resursele energetice necesare

* un număr de 10 ţări (Ungaria, Cehia, Polonia, Slovacia, Slovenia, Letonia, Lituania, Estonia, Cipru şi Malta) au semnat Tratatul de aderare la UE la Consiliul European de la Atena în aprilie 2003, în prezent fiind state membre ale UE;România şi Bulgaria au semnat Tratatul de aderare la 25 aprilie 2005.

Tabel 5.2 Dependenţa faţă de importuri pentru ţările de curând aderate şi candidate

Analizând structura producţiei de energie primară în ţările CEE, observăm că ea prezintă două caracteristici care o deosebesc de structura din ţările UE, o mare dependenţă faţă de:

- furnizorul unic Rusia - combustibilii generatori de poluare, în speţă cărbunele, cu Polonia (68% în 1999) şi Cehia

(51% în 1999) drept exemplele cele mai seminificative. Pentru comparaţie, cea mai mare dependenţa faţă de cărbune între ţările membre ale UE o au Grecia (35%), Danemarca (26%) şi Germania (25%), în timp ce media pe ţări este de numai 15%. Dependenţa faţă de cărbune are implicaţii majore politico-strategice privind industria extractivă, reacţia unor grupuri de interese şi problemele de mediu, în timp ce dependenţa faţă de resursele energetice din Rusia are o mare influenţă asupra tipului de relaţii comerciale cu această ţară.

• Ţările CEE deţin o infrastructură energetică (conducte magistrale de alimentare, reţele de transport energie etc) care nu face posibilăă reducerea, într-un orizont de timp mediu, a dependenţei lor energetice faţă de Rusia. Preconditiile de infrastructură şi tehnice sunt cele moştenite din timpul regimului communist. Investiţiile noi apărute în sector, în special în Ungaria şi Cehia, rămân însă aproape simbolice faţă de nevoile reale şi contribuie mai degrabă la constituirea capacităţilor de rezervă în caz de urgenţă. Dacă privim cifrele de după 1989, situaţia energetică a ţărilor CEE a rămas aproape neschimbată, ţările din zonă continuând să depindă covârşitor de gazul şi petrolul din Rusia – şi cu excepţia Cehiei şi Sloveniei, nu s-a atins un grad semnificativ de diversificare a importului. Nivelul crescut al intensităţii energetice* continuă să rămână o problemă importantă în ţările CEE (intensitatea energetică a energiei = consum intern brut de energie/ produs intern brut) . Din 1993 acest indicator economic cheie a scăzut de la 997,3 tep/1 milion Euro PNB la 744,3 în 1999, datorită în special închiderii unor industrii ineficiente şi instalării unor linii tehnologice noi, şi doar în foarte mică măsură eficientizării consumurilor existente. Media pe UE a intensităţii energetice a fost în 1999 de 198,4 tep/1mil euro PNB, adică de aproape 4 ori mai scazută decât în ţările fostului spaţiu comunist.

Tabelul 5.3Intensitatea energetică în lume

* Intensitatea energetică, sau consumul de energie pentru producerea unui Euro ca venit naţional, este raportul dintre energia electrică consumată (suma consumurilor industriale, casnice, importuri şi exporturi, pierderi în distribuţie), exprimată în tep – tone echivalent petrol sau kWh şi Produsul Naţional Brut (MWh/Euro sau tep/Euro).

Tabelul 5.4Indicatori pentru ţările care au aderat în 2004 şi în curs de aderare

5.2.4. Politici energetice şi instrumente de implementare

• Piaţa descentralizată are nevoie de reguli dar şi de instituţii care să vegheze că aceste reguli sunt respectate. Comisia Europeană deţine acest rol de regulator. Rolul Comisiei este însă puţin agreat de guvernele naţionale, care consideră că această poziţie îi conferă putere politică. În acest context se petrec schimbările actuale în conceptul politicii comune a energiei. • Cartea Verde a Energiei este primul studiu energetic cu adevărat important realizat după anii ’70 în spaţiul european şi reprezintă baza unei strategii energetice pe termen lung a Comunităţilor Europene. Scopul său nu a fost să prezinte soluţii, ci să atenţioneze asupra stării actuale a sectorului de energie, precum şi a implicaţiilor şi consecintelor consumului de energie asupra economiei şi mediului înconjurător.Cartea Verde evidenţiază necesitatea ca sursele de energie regenerabilă să aibă o pondere mai mare în structura producţiei de energie. Până în 2010, proporţia surselor regenerabile ar trebui să ajungă la 12%, faţă de 6% în 1998. Sursele convenţionale de energie cu potenţial poluant mai redus (păcură, gaz natural, energie nucleară) sunt reconsiderate, în sensul de a sprijini, prin ele, dezvoltarea de noi resurse energetice. • Grija pentru menţinerea competiţiei pe piaţa energiei nu dă prea mult spaţiu de manevră subvenţiilor de stat destinate stimulării producătorilor de energie din surse neconvenţionale. Comisia Europeană consideră că este necesară o minimă armonizare în domeniul subvenţiilor.

• Promovarea energiei verzi prin certificare sau printr-o reformă a taxelor de mediu sunt două dintre cele mai vehiculate modele.• Dezbaterea lansată de Cartea Verde a conturat câteva direcţii de acţiune, după cum urmează:

• Managementul cererii de energie electrică, ceea ce presupune controlul şi dirijarea consumului de energie, monitorizându-se atent eficienţa energetică şi urmărindu-se diversificarea surselor de energie primară.• Stocurile de combustibil. În 2004, Uniunea lărgită urma să consume peste 20% din producţia mondială de petrol. Pentru siguranţă este necesară asigurarea de stocuri strategice de petrol şi coordonarea utilizării acestora, ca şi solidaritatea între ţările membre pe timp de criză. Acceaşi abordare este pentru stocurile de gaz.• Siguranţa alimentării. În acest sens s-a convenit crearea unui nou parteneriat energetic UE-Rusia, care va conţine prevederi legate de siguranţa reţelei, protecţia investiţiilor, proiecte majore de interes comun. Actualul Acord de Parteneriat şi Cooperare UE-Rusia, semnat în decembrie 1997 pe o durată de 10 ani, are o putere redusă, mult sub puterea Acordurilor Europene încheiate cu statele în curs de aderare.• Surse de energie noi şi regenerabile. Acestea reprezintă în prezent doar 6% din balanţa energetică a UE. Dacă se păstează trendul, ele vor acoperi numai 9% din totalul consumului până în 2030. Directiva privind promovarea energiei produse din surse de energie regenerabilă face un pas important spre atragerea interesului pentru investiţii în surse alternative. Actul legislativ conţine prevederi ce fac referire la programe de sprijin naţionale pentru producătorii de energie pe bază de surse energetice regenerabile, în condiţiile acordării unor garanţii de origine a electricităţii produse din aceste surse şi suportarea costurilor tehnice pentru racordarea la reţea a producătorilor de energie.Spre exemplificare, în Germania instalaţiile fotovoltaice sunt subvenţionate de stat. Există o nouă lege pentru producerea energiei din resurse neconvenţionale: energie solară, eoliană, flux- reflux. În ceea ce priveşte instalaţiile fotovoltaice, întreprinderile de distribuţie a energiei electrice sunt obligate să preia această energie, timp de 20 ani, la preţuri fixate de stat. Proprietarul unei instalaţii PV livrează în reţea energia produsă de instalaţie, prin un contor separat, primind 54,53 EUROcenţi/kWh net. Acest preţ rămâne fix pentru următorii 20 de ani. Cei care construiesc instalaţii PV în anul viitor primesc 5% mai puţin, şi tot aşa mai departe, până când în sfirşit instalaţiile nu mai sunt subvenţionate. Pentru energia consumată de proprietar se plăteşte întreprinderii de distribuţie a energiei electrice doar aproximativ 12 EUROcenţi/kWh. În plus, proprietarul plăteşte diminuat impozitele, preţul instalaţiei fiind împărţit degresiv (accelerat) sau linear pe 20 ani, şi astfel se diminuează impozitul plătit de proprietar.

• Energia nucleară. Temerile legate de încălzirea planetei au schimbat percepţia asupra energiei nucleare. Este un fapt recunoscut acela că folosirea energiei nucleare şi a celor regenerabile, împreună cu eficienţa energetică crescută, conduc la limitarea efectului de seră al gazelor emise de combustibilii fosili. Abandonarea totală a energiei nucleare ar însemna ca 35% din producţia de energie electrică să fie acoperită din alte surse. De aceea, opţiunea nucleară ramâne deschisă statelor europene care o doresc. Totuşi, procesarea şi transportul deşeurilor radioactive rămâne o chestiune încă nerezolvată. Noile ţări membre şi candidate care au reactoare vechi trebuie să le închidă sau să le modernizeze, aşa cum este cazul grupurilor nucleare de la centrala Dukovany din Cehia sau Kozlodui din Bulgaria. Fiind un subiect de interes major, siguranţa nucleară va face obiectul unor raportări regulate, se va elabora un standard de practici comune şi un mecanism european de control punctual. Statele vor trebui să-şi construiască sisteme naţionale de depozitare a deşeurilor radioactive.• Piaţa internă de energie. Este singura care poate asigura competiţia sănătoasă şi garanta siguranţa alimentării cu energie, întărind competitivitatea economiei europene, dar necesită capacităţi trans-frontaliere îmbunătăţite.• Comerţul cu energie în UE. Comerţul acoperă doar 8 % în cazul energiei electrice, şi are încă nevoie de capacităţi de interconectare. Există un plan de dezvoltare a infrastructurii de gaz şi reţele electrice, şi au fost identificate mai multe proiecte de interes european.• Conceptul global de siguranţă în alimentare. Acest deziderat impune un efort de anticipaţie pe termen lung şi relaţii întărite cu terţe ţări.• Decuplarea consumului de creşterea economică este o tendinţă a politicii comune de energie, prin care se încearcă reducerea sau stoparea influenţelor negative ale sectorului de energie asupra mediului şi vieţii sociale. Instrumentul recomandat este folosirea eficientă a energiei.

5.2.5. Energia verde

Dacă în anii ’70 energia verde era considerată o utopie si tratată ca un vis al cercetătorilor, situaţia s-a schimbat de-a lungul anilor şi viziunea unui “viitor solar” a devenit un subiect de dezbatere. Sursele de energie noi şi regenerabile (biomasa, energia solară, energia vântului, hidroenergia, pila fotovoltaică etc.) au devenit deja, pentru ţările industrializate, obiective naţionale în structura producţiei lor de energie*.

*Josef Auer Pinning hopes on renewable energies, Deutsche Bank Research, 2001.

Două evenimente au determinat reconsiderarea rolului energiilor verzi:- publicarea in 1972 a raportului “The Limits to Growth” (Limitele creşterii) a Clubului de la Roma- prima criză a petrolului şi criza energetică din 1973/1974

• Raportul Clubului de la Roma prevedea încă de atunci– o reducere dramatică a resurselor energetice clasice– o creştere rapidă a poluării mediului

Concurenţa celor două evenimente a adus în discuţie chestiunea siguranţei în alimentarea cu energie. În acest context, energia regenerabilă a fost privită pentru prima oară ca o posibilă soluţie alternativă la petrol. Când preţul petrolului a scăzut brusc în anii 80, viziunea “solară” şi-a pierdut din nou atractivitatea. Şi totuşi, evoluţiile ulterioare au confirmat concluziile Clubului de la Roma, iar problemele de mediu au început să se discute la scară planetară, mai ales după Conferinţele de la Rio (1992) şi Kyoto (1997).

Grupul de lucru Hidrogen este o iniţiativă mai nouă a Comisiei Europene, care va cerceta potenţialul hidrogenului ca viitor înlocuitor al surselor de energie convenţionale. Hidrogenul este văzut ca sursa de energie a Mileniului III, ce poate fi folosit de la carburant pentru motoare, la sursă de energie în baterii pînă la combustibil pentru centrale electrice. Grupul va fi constituit din reprezentanţi ai unor reputate centre de cercetare, producători de componente şi pile de combustie, companii de electricitate, producători de automobile şi maşini de transport. Pila de combustie combină hidrogenul cu oxigenul pentru a produce energie electrică, în urma procesului rezultând doar apă si energie termică.Comisia Europeană a mai lansat proiectul demonstrativ CUTE (Clean Urban Transport for Europe), prin care nouă oraşe europene (Amsterdam, Barcelona, Hamburg, Londra, Luxembourg, Madrid, Porto, Stockholm si Stuttgart) vor introduce hidrogenul în sistemul de transport public.Alt program suport – ECTOS (Ecological City Transport System), a fost lansat în 2001. Protecţia mediului şi nevoia asigurării unei dezvoltări durabile (concept lansat la Rio), au fost argumentele reconsiderării energiilor noi şi regenerabile pentru producţia la scară industrială. Uniunea Europeana s-a angajat prin Protocolul de la Kyoto să reducă emisia gazelor cu efect de seră cu 8% până în 2008-2012. Şi totuşi, în anii imediat următori semnării documentului, nimic semnificativ nu s-a întâmplat.

Una din ţările care şi-a luat în serios angajamentele de la Kyoto a fost Germania, care mai mult decât alte ţări membre, şi-a impus un obiectiv extrem de ambiţios prin reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră cu 21 %. O asistenţă financiară masivă pentru cercetare-dezvoltare, însoţită de un set de măsuri fiscale, ajutoare si garanţii de stat, împrumuturi pentru investiţii, programe regionale şi locale specifice, au reprezentat portofoliul oferit partizanilor energiei verzi în Germania. Au început să fie valorificate resurse energetice variate noi si regenerabile – hidro, energia vântului pe apă si pe uscat, pila fotovoltaică, biomasa, energia solară, geotermală si deşeurile urbane. Totuşi, utilizarea energiilor verzi nu rezolvă ea singură problemele de mediu şi în particular pe cele privind schimbările climatice.

Tabelul 5.5Producţia de energie electrică din surse regenerabile în 2002 şi ţintele pentru 2010

5.2.5. Legislaţie comunitară

Crearea Pieţei Interne a Energiei s-a realizat în etape:

•Iniţierea unor măsuri legislative menite să asigure transparenţa preţurilor la consumatorii finali şi să faciliteze tranzitul gazului şi energiei electrice prin reţelele importante ale spaţiului UE.

•Eliminarea unor restricţii privind accesul egal al companiilor la explorarea şi exploatarea rezervelor de hidrocarburi. În 1996 şi 1998 s-a făcut un pas important prin directivele electricităţii şi respectiv, gazului, care permit comerţul cu energie electrică şi gaz în interiorul Comunităţii.

•Liberalizarea pieţelor de energie electrică şi gaz, care au fost deschise consumatorilor importanţi în 1999 şi respectiv 2000, a marcat un succes important prin decizia liberalizării lor totale, pentru toate tipurile de consumatori, până la sfârşitul anului 2004. Decizia a fost luată la Consiliul European de la Barcelona în 2002.

•Introducerea Directivei comune pentru gaz şi energie electrică simplifică şi omogenizează regulile de piaţă, marcând un pas nou spre consolidarea pieţei unice. Propunerea de Directivă referitoare la accesul la reţea pentru comerţul trans-frontalier cu energie electrică înlătură barierele naţionale în vederea schimburilor de energie între ţări.

•Crearea Reţelelor trans-europene de energie (TENs), printr-o legislaţie adoptată încă din 1996, s-a făcut mai întâi prin identificarea unor proiecte de reţele de energie electrică şi gaze de interes comun. Costul total al acestor proiecte se ridică la 18 miliarde EURO, finanţarea cazând în mare parte în sarcina operatorilor înşisi şi într-o mică măsură în răspunderea Comisiei Europene. Reţelele trans-europene de energie au un impact major asupra relaţiilor cu ţările din regiune. Programul SYNERGY a fost elaborat pentru a dezvolta aceste relaţii cu ţările CEE, Rusia, Ucraina şi cu cele din bazinul Mediteranean. Carta Europeană a Energiei şi Tratatul Cartei au însemnat de asemenea paşi în întărirea acestei colaborări. Diversificarea surselor de energie prin promovarea energiilor regenerabile, ca măsură legislativă de importanţă majoră în priorităţile enunţate de Cartea Verde a Energiei, a fost adoptată în 2001. Obiectivul ei este ca «energia verde» să ajungă la 22% din totalul energiei produse în UE în 2010, faţă de 14% în 1997.

•Stimularea creşterii eficienţei energetice se regăseşte într-o serie de directive şi într-un program de acţiune. Directiva privind eficienţa energetică a clădirilor, care stabileşte o metodologie comună pentru standardele minime de performanţă energetică a clădirilor noi şi existente, cele pentru etichetarea uscătoarelor electrice de rufe, a maşinilor de spălat vase, a cazanelor noi de apă fierbinte, a cuptoarelor electrice şi a sistemelor de aer condiţionat, sunt măsuri legislative destinate implementării planului de acţiune.•În domeniul securităţii nucleare, Agenţia Euratom joacă un rol activ pe plan internaţional în elaborarea standardelor de siguranţă nucleară, în crearea unei pieţe comune a echipamentelor nucleare şi colaborează cu organizaţii internaţionale din domeniu, precum AIEA – Agenţia Internaţională pentru Energie Atomică. Un Oficiu special al Euratom veghează la utilizarea energiei nucleare în scopuri exclusiv paşnice.

5.2.6. Programe de acţiune în domeniul energiei Noul program cadru de acţiune în domeniul energiei pentru perioada 2003 – 2006 este gândit pentru a răspunde priorităţilor Uniunii. Spre deosebire de programele anterioare (SAVE, ALTENER, SYNERGY, SURE, ETAP, care tratau separat diferite aspecte ale energiei şi ale colaborării în domeniu) noul program numit «Intelligent Energy for Europe» oferă un instrument pentru implementarea strategiei UE pe termen mediu şi lung în domeniul energiei, cu trei obiective principale:

• Siguranţa în alimentarea cu energie • Concurenţa pe piaţa de energie • Protecţia mediului.

Programul este împărţit în patru direcţii de acţiune, dintre care unele continuă şi dezvoltă programele încheiate: • utilizarea raţională a energiei şi managementul cererii de energie (SAVE) • surse noi şi regenerabile de energie (ALTENER) • aspecte energetice ale transportului (STEER) • promovarea la nivel internaţional a surselor de energie regenerabilă şi eficienţa energiei în ţările în curs de dezvoltare (COOPENER)

SAVE se concentrează în principal pe construcţii şi industrie, iar STEER include diversificarea combustibililor, promovarea combustibililor regenerabili şi eficienţa energiei în transporturi. Toate direcţiile de acţiune au în vedere propuneri de măsuri legislative.

Cele patru direcţii de acţiune urmează să fie implementate prin acţiuni cheie (key actions), care fie combină priorităţi ale UE din domenii specifice, fie sunt concentrate pe unele regiuni defavorizate. Acţiunile cheie trebuie să vizeze una sau mai multe din activităţile următoare:

• implementarea unor strategii pe termen mediu şi lung în domeniul energiei care să contribuie la obiectivele principale ale programului (standarde, etichetare, certificare sisteme, monitorizarea dezvoltării pieţei, tendinţe de piaţă)• crearea, extinderea şi promovarea structurilor şi instrumentelor de dezvoltare durabilă, inclusiv managementul local şi regional al energiei• promovarea tehnologiilor avansate şi a sistemelor de introducere rapidă a acestora pe piaţă• dezvoltarea structurilor de informare, educare şi formare pentru creşterea conştientizării, diseminarea know-how-ului şi a bunelor practici• monitorizarea implementării şi a impactului politicii UE privind dezvoltarea durabilă în domeniul energiei.

• Programul «Intelligent Energy for Europe» are un buget total de 215 milioane EURO şi este deschis statelor membre, celor în curs de aderare, ţărilor candidate şi celor din EFTA (European Free Trade Association) şi EEA (European Economic Area). •Comisia Europeană susţine cercetarea, dezvoltarea şi realizarea proiectelor demonstrative din domeniul energiei şi prin Programul Cadru 6, program care are drept scop general crearea unui Spaţiu European de Cercetare (European Research Area). În Programul Cadru 5, încheiat în 2002, a existat sub-programul ENERGY, dedicat energiilor nenucleare. •Agenţia Euratom, la rândul ei, dedică fonduri pentru programe specifice din domeniul nuclear. Prin Programul Cadru 6 se alocă sume importante pentru cercetare nucleară, în particular pentru îmbunătăţirea securităţii nucleare şi managementul (procesare, transport si depozitare) deşeurilor radioactive Programul European Climate Change (ECCP) finanţează la rândul ei, un set de măsuri pentru reducerea emisiilor de gaze.

5.3. Influenţe inter-sectoriale şi politici integrate

Integrarea conceptului de dezvoltare durabilă în politicile sectoriale a început odată cu Consiliul European de la Cardiff (din iunie 1998), când un număr de sectoare, între care agricultura, transportul şi energia au fost primele propuse pentru abordarea integrată. Ca răspuns la această initiativă, Comisia Europeană a lansat trei luni mai târziu Comunicarea “Întărirea integrării mediului în politica de energie a Comunităţii”.

Documentul anunţa acţiuni de integrare a protecţiei mediului în politica de energie, acţiuni care evidenţiau responsabilităţi majore pentru Statele Membre, ca şi pentru instituţiile europene. O strategie generală de integrare a problemelor de mediu în politica de energie a fost lansată în 1999 de către Consiliul Energiei.

Strategia avea în vedere dezvoltarea unor politici pe termen lung, care să aibă drept scop dezvoltarea durabilă din punct de vedere economic, social şi ecologic, urmărind noi iniţiative de politică, dar care să ţină cont şi de implicaţiile extinderii UE.

În ce priveşte ţările candidate la UE, încă de pe atunci s-au ridicat câteva întrebări, şi anume: • cum să se reducă dependenţa energetică, dar mai ales, cum să se micşoreze ritmul de creştere al acesteia în raport cu cel înregistrat de statele membre?• care este potenţialul de reducere a concentraţiei de bioxid de carbon în ţările candidate?• care sunt principalele obstacole pentru integrarea protecţiei mediului în politica de energie (probleme structurale, funcţionale)• care este viitorul energiei nucleare în aceste ţări, în condiţiile în care energia nucleară produsă este mai curată din punct de vedere al emisiilor de CO2, dar provoacă îngrijorare în ce priveşte siguranţa în funcţionare?

5.3.1. Schimbări de percepţie în politica de energie

Integrarea protecţiei mediului în politica de energie, sau aşa-numitul proces Cardiff, a provocat câteva schimbări majore în abordarea sectorului energetic şi nu numai:

• s-a produs un transfer de responsabilitate de la autorităţile de mediu, singurele însărcinate până la acel moment cu tratarea chestiunilor de mediu, către autorităţile din sectorul energie; prin aceasta s-au adus mai aproape problemele de sursa lor de producere, considerându-se că în acest fel se pot aborda mai bine multiplele dimensiuni ale protecţiei mediului• prin extensie, acest transfer de responsabilitate s-a lărgit de la sectorul energie la toate celelalte politici sectoriale

În consecinţă, această schimbare de percepţie a impus eforturi crescute în coordonarea strategiilor sectoriale începând de la acel moment. Integrarea problemelor de mediu în politica de energie presupune asumarea unor chestiuni cheie, cum ar fi:

• transformarea “spiritului” dezvoltării durabile în angajamente de politică operaţională• întărirea legăturilor pozitive dintre cei trei piloni ai dezvoltării durabile: siguranţa în alimentare, competitivitatea serviciilor de energie şi protecţia mediului• dezvoltarea unui set de strategii coerente pe termen scurt şi lung• stabilirea unui calendar clar de măsuri de implementare• monitorizarea indicatorilor de progres

Privită din acest unghi de vedere, politica energetică durabilă se poate defini drept acea politică prin care se maximizează bunăstarea pe termen lung a cetăţenilor, păstrând totodată un echilibru dinamic, rezonabil, între siguranţa în alimentare, competitivitatea serviciilor energetice şi protecţia mediului, ca răspuns la provocările sistemului energetic. Dezvoltarea unei politici energetice durabile trebuie de aceea văzută ca un proces continuu de căutare, învăţare şi adaptare, care urmăreşte să ofere soluţii optime pentru bunăstarea pe termen lung a cetăţenilor.Procesul Cardiff a atras după sine schimbări fundamentale atât în viziunea asupra sistemelor şi resurselor energetice, dar şi în percepţia schimbărilor în sine: resurse văzute până mai ieri ca sărace, au devenit abundente, preţurile aflate “în creştere continuă” astăzi sunt văzute ca “fluctuante”, pieţe care ieri erau locale au devenit globale, politicile bazate până ieri pe “reglementări” se bazează acum pe “concurenţă”.

Punctul de pornire al Uniunii Europene pentru acest mod integrat de abordare mediu-energie a fost destul de avansat, oricum mult mai bun decât cel pe care îl avea în anii 70. Furnizorii de energie sunt mai diversificaţi, concurenţa s-a îmbunătăţit, tendinţa de creştere a eficienţei energetice continuă, impactul energiei asupra mediului s-a redus substanţial mai ales la nivel local, UE are o industrie puternică şi modernă, cu potenţial ridicat pentru tehnologii puţin poluante şi din domeniul eficientizării energiei. Totuşi, Uniunea Europeană mai are încă foarte multe de făcut pentru a face faţă provocărilor actuale. Cererea de energie este în continuă creştere (în 2020 consumul de energie va creşte cu 50% faţă de 1995), combustibilul lichid va fi înlocuit în mare parte cu gaz natural şi surse regenerabile, progresul în creşterea competitivităţii este încă modest, emisiile de CO2 sunt în creştere, iar dependenţa de importuri continuă să crească.

5.3.2. Rolul mediului în politica de energie Principiile de bază ale politicii de mediu a UE se regăsesc în al 5-lea şi al 6-lea Program de Acţiune pentru Mediu, în Tratatul de la Amsterdam , în Procesul Cardiff, şi au fost sintetizate pentru a fi mai uşor aplicate în procesul extinderii UE.Obiectivele principale de mediu care se regăsesc în politica de energie se referă la minimizarea impactului de mediu şi dezvoltarea unui sistem energetic durabil. Minimizarea impactului de mediu are trei direcţii principale de acţiune: înlocuirea energiilor poluante cu altele mai puţin poluante, introducerea tehnologiilor de reducere a emisiilor de gaze şi creşterea eficienţei energetice. În ce priveşte impactul asupra mediului, cele mai serioase probleme se referă la ploile acide, calitatea aerului, schimbările climatice, rezervele de resurse energetice şi chestiunile legate de utilizarea energiei nucleare, ca un caz aparte.În domeniul schimbărilor climatice, strategia europeană se bazează pe ţintele stabilite prin Protocolul de la Kyoto. Instrumentele de lucru pentru atingerea ţintelor sunt eficienţa energetică, creşterea ponderii resurselor regenerabile, inovarea tehnologică şi cercetarea. În contextul extinderii UE, pentru ţările în curs de aderare şi candidate s-au evidenţiat următoarele direcţii de acţiune:

• integrarea problemelor de mediu în cele ale diferitelor sectoare• dezvoltarea unor programe pe termen lung• dezvoltarea de legături strategice cu celelalte politici ale UE.

5.4. Sursele regenerabile de energie între Directiva europeană 77/2001şi realitate •Printr-o strategie de dezvoltare energetică a României se poate asigura creşterea siguranţei în alimentarea cu energie şi limitarea importului de resurse energetice, în condiţiile unei dezvoltări economice accelerate. •Aceasta cerinţă se poate realiza, pe de o parte, prin implementarea unei politici susţinute de conservare a energiei, creşterea eficienţei energetice care să conducă la decuplarea ritmului de dezvoltare economică de evoluţia consumului de energie, concomitent cu creşterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie. •Oportunitatea punerii în practică a unei strategii energetice pentru valorificarea potenţialului surselor regenerabile de energie se înscrie în coordonatele dezvoltării energetice a României pe termen lung şi oferă cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la alternativele energetice şi înscrierea în acquis-ul comunitar în domeniu. •Valorificarea potenţialului surselor regenerabile de energie conferă premise reale de realizare a unor obiective strategice privind creşterea siguranţei în alimentarea cu energie prin diversificarea surselor şi diminuarea ponderii importului de resurse energetice, respectiv, de dezvoltare durabilă a sectorului energetic şi protejarea mediului înconjurător. •Sursele regenerabile de energie pot contribui la satisfacerea nevoilor curente de încălzire în anumite zone (rurale) defavorizate (de exemplu, biomasa). Pentru valorificarea potenţialului economic al surselor regenerabile de energie, în condiţii concurenţiale ale pieţei de energie, este necesară adoptarea şi punerea în practică a unor politici, instrumente şi resurse specifice. •În condiţiile concrete din România, în balanţa energetică se iau în considerare următoarele tipuri de surse regenerabile de energie:

– energia solară - utilizată la producerea de caldură prin metode de conversie pasivă 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 reziduuri de la exploatări forestiere şi agricole, deşeuri din prelucrarea lemnului şi alte produse; biogazul este rezultatul fermentării în regim anaerob a dejecţiilor animaliere sau de la staţiile de epurare orăşeneşti; – energia geotermală - energia înmagazinată în depozite şi zăcăminte hidrogeotermale subterane, exploatabilă cu tehnologii speciale de foraj şi extracţie.

•În sectorul energetic din majoritatea statelor europene s-au produs transformări majore determinate de •necesitatea creşterii siguranţei în alimentarea cu energie a consumatorilor, iar în cadrul acestei cerinţe sursele regenerabile de energie oferă o soluţie viabilă, inclusiv aceea de protecţie a mediului înconjurător. •Siguranţa alimentării cu energie a consumatorilor din statele membre ale Uniunii Europene este asigurată în mod obligatoriu prin luarea în considerare a importurilor, în condiţiile liberalizării pieţei de energie şi în conformitate cu nevoia stringenta de atenuare a impactului asupra mediului climatic planetar. •Obiectivul strategic propus în Cartea Alba pentru o Strategie Comunitară constă în dublarea, până în anul 2010, a aportului surselor regenerabile de energie al tarilor membre ale Uniunii Europene, care trebuie sa crească de la 6% la 12% din consumul total de resurse primare. •În România, ponderea surselor regenerabile de energie în consumul total de resurse primare, în anul 2010, urmează sa aibă un nivel de circa 11%, iar în anul 2015 de 11,2%. Totodată, în Cartea Alba pentru o Strategie Comunitară şi Planul de acţiune “Energie pentru viitor: sursele regenerabile", elaborată în anul 1997 în cadrul Uniunii Europene, este conturată strategia "Campaniei de demarare a investiţiilor”. •În "Campania de demarare a investiţiilor” se urmăreşte realizarea, până în anul 2003, a unor obiective principale, astfel:

– 15 milioane m2 colectoare solare pentru producerea de apă caldă; – 1 milion unităţi energetice de tip fotovoltaic; – 10.000 MW în aerogeneratoare cu turbine eoliene; – 10.000 MW în instalaţii energetice de cogenerare cu combustibil pe bază de biomasă; – 1 milion gospodării individuale cu încălzire asigurată din resurse energetice pe bază de biomasă; – 1.000 MW în instalaţii energetice cu producere de biogaz; – 5 milioane tone bio-combustibili lichizi; – 100 comunităţi umane izolate (aşezări locale) al căror necesar de energie se asigură din surse regenerabile.

•În Cartea Verde “Spre o strategie europeana pentru siguranţă în alimentarea cu energie” se precizează ca sursele regenerabile de energie pot contribui efectiv la creşterea resurselor interne, ceea ce conferă acestora o anumită prioritate în politica energetică.•Programul de acţiune “Energie inteligentă pentru Europa” consta în promovarea implementării strategiei înscrise în Cartea Verde. în cadrul acestei iniţiative, Programul ALTENER (cu un buget estimat de circa 86 milioane EURO) urmăreşte accelerarea procesului de valorificare a potenţialului energetic al surselor regenerabile.

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 sa fie de 12%, în anul 2010. •Principalele direcţii de acţiune înscrise în “Directiva 2001/77/EC” constau în:

Tabelul 5.6Valori de referinţă pentru energia electrica obţinută din surse regenerabile

(anul 1997, respectiv anul 2010)

Ţara/Anul1997

SRE (TWh)1997

SRE (%)2010

SRE (%)

Belgia 0,86 1,1 6,0Danemarca 3,21 8,7 29,0Germania 24,91 4,5 12,5Grecia 3,94 8,6 20,1Spania 37,15 19,9 29,4Franţa 66,00 15,0 21,0Irlanda 0,84 3,6 13,2Italia 46,46 16,0 25,0Luxemburg 0,14 2,1 5,7Olanda 3,45 3,5 9,0Austria 39,05 70,0 78,1Portugalia 14,30 38,5 39,0Finlanda 19,03 24,7 31,5Suedia 72,03 49,1 60,0Regatul Unit 7,04 1,7 10,0UE 338,41 13,9 22,0România 16,76 29,0 32,0

Nota: 1) SRE – Surse regenerabile de energie.2) România: inclusiv energia electrica produsa în centrale hidro.

– creşterea gradului de valorificare a surselor regenerabile de energie în nivelul producţiei de energie electrică şi termică; – stabilirea unei cote ţintă pentru fiecare ţară privind consumul de energie electrică produsă din surse regenerabile de energie; – adoptarea de proceduri adecvate pentru asigurarea finanţării investiţiilor în domeniul surselor regenerabile de energie; – accesul garantat şi prioritar la reţelele de transport şi distribuţie de energie; – simplificarea şi adecvarea procedurilor administrative de implementare a proiectelor de exploatare a surselor regenerabile; – garantarea originii energiei produse pe baza de surse regenerabile de energie.

•Procedura aplicată în unele state membre ale Uniunii Europene, pentru schemele suport privind preţul şi cantitatea de energie livrată din surse regenerabile are, în esenţă, doua modele reprezentative, şi anume: a) preţul energiei produse din surse regenerabile se determin a pe cale administrativ a, iar cantitatea de energie produsa este stabilita de piaţa energiei; b) cantitatea de energie produsa sau consumata din surse regenerabile de energie (“energie verde”) se determină pe cale administrativă, iar nivelul preţului certificatelor de “energie verde” este stabilit de piaţa energiei. •Programul de valorificare a surselor regenerabile de energie se înscrie în cerinţele de mediu asumate prin Protocolul de la Kyoto ratificat de Uniunea Europeană (la 5 martie 2002) şi de România (Legea nr. 3/2001). Punerea în practică a obiectivelor asumate prin Protocolul de la Kyoto se realizează cu proceduri şi mecanisme specifice pentru finanţarea investiţiilor de valorificare a surselor regenerabile de energie şi exploatarea oportunităţilor de cooperare internaţională (ex.: comerţul cu emisii de gaze cu efect de seră, implementarea unor proiecte comune în domeniul energetic etc.). Potenţialul solar din România este reprezentat de densitatea medie de energie aferentă radiaţiei solare incidente, în plan orizontal, care depăşeşte 1.000 kWh/m2-an. În România s-au identificat cinci zone geografice, diferenţiate în funcţie de nivelul fluxului energetic înregistrat, iar regimul distribuţiei geografice a potenţialului energetic solar arată că mai mult de jumătate din suprafaţa României beneficiază de un flux mediu anual de 1.000 kWh/m2-an.

Tabelul 5.7Distribuţia potenţialului energetic solar din România

Zona Potential energetic solar

0 peste 1.250 kWh/m2-anI 1.250 kWh/m2-an – 1.150 kWh/m2-anII 1.150 kWh/m2-an – 1.050 kWh/m2-anIII 1.050 kWh/m2-an - 950 kWh/m2-anIV sub 950 kWh/m2-an

•Aportul energetic al sistemelor solar-termale la necesarul de căldură şi de apă caldă menajera din România este evaluat la circa 1.500 mii tep, ceea ce reprezintă aproximativ 50% din volumul de apă caldă menajeră sau aproape 15% din necesarul de încălzire curentă. Sistemele solar-termale active se folosesc, de obicei, pentru prepararea apei calde menajere în locuinţe individuale. În condiţiile meteo-solare din România, un captator solar termic funcţionează, în condiţii normale de siguranţă şi eficienţă, pe perioada martie – octombrie, cu randamente ce pot sa ajungă până la 90%. Captatoarele solare pot funcţiona cu o eficienţă superioară în regim hibrid cu alte sisteme termice convenţionale sau neconvenţionale. În ceea ce priveşte utilizarea sistemelor solare pasive, nu este necesar un nivel foarte ridicat al radiaţiei solare, întrucât acestea pot funcţiona şi în zone geografice mai puţin atractive din punct de vedere al intensităţii radiaţiei solare (ex.: anumite zone de nord din Transilvania sau din Moldova). Sistemele solare pasive sunt integrate, de regulă, în “anvelopa” clădirii, iar cea mai mare parte a materialelor de construcţie sunt de tip convenţional. În condiţii normale, costul suplimentar mediu (materiale incorporate intr-o construcţie nouă) pentru reabilitarea termica a unei clădiri majorează valoarea acesteia până la 20% (la clădiri renovate). Pentru utilizarea energiei solare ca sursă de energie electrică potenţialul exploatabil este ridicat, iar conversia energiei solare în energie electrică se realizează cu instalaţii fotovoltaice care cuprind module solare, în configuraţii şi de dimensiuni diferite. •Costul investiţiei pentru realizarea sistemelor fotovoltaice a avut o evoluţie favorabilă; în ultimele decenii, costul unui modul solar s-a diminuat treptat, ajungându-se în prezent la un nivel de aproape 6 $/W instalat. Deşi preţul energiei electrice din surse solare fotovoltaice variază în funcţie de condiţiile obiective de instalare şi exploatare, pentru alimentarea cu energie a unor consumatori izolaţi şi de putere mică, aceste sisteme oferă o alternativă economică atractivă, dacă se au în vedere, în principal, costurile ridicate necesare pentru racordarea la reţea a acestor consumatori. Privind energia eoliană a României, s-au identificat cinci zone eoliene, în funcţie de condiţiile de mediu şi topogeografice, luând în considerare nivelul potenţialului energetic al resurselor de acest tip la înălţimea medie de 50 metri şi peste.

Din rezultatele măsurătorilor înregistrate reiese că România se încadrează într-un climat continental temperat, cu un potenţial energetic ridicat, în special în zona litoralului şi de coastă (climat blând), precum şi în zone alpine cu platouri şi vârfuri montane (climat sever). Pe baza evaluării şi interpretării datelor înregistrate rezultă că, în România, potenţialul energetic eolian este cel mai favorabil pe litoralul Marii Negre, în zone montane şi podişuri din Moldova sau Dobrogea. De asemenea, s-au identificat amplasamente favorabile în regiuni cu potenţial eolian relativ bun, dacă se urmăreşte exploatarea energetică a efectului de curgere peste vârfuri de deal, efectul de canalizare al curenţilor de aer ş.a. Evaluări preliminare privind zona litoralului Mării Negre, inclusiv în zona off-shore, demonstrează că potenţialul eolian amenajabil pe termen scurt şi mediu este ridicat, cu posibilităţi de obţinere a unei cantităţi de energie de ordinul miilor de GWh/an. Deşi pe plan mondial energetica vântului se află într-un stadiu avansat de maturitate tehnologică, se poate aprecia ca în România ponderea energiei din surse eoliene în balanţa energetică, pe termen scurt, se situează sub posibilităţile reale de valorificare economică. •În România, potenţialul hidroenergetic al râurilor principale este ridicat, în amenajări de mare putere şi de mică putere (sub 10 MW/unitate hidro), în următoarea repartizare: – amenajări de mare putere (34.000 Gwh/an); – amenajări de mică putere (6.000 GWh/an). Amenajările hidroenergetice de mică putere – până la 3,6 MW – se împart astfel: – centrale hidroelectrice de mare putere (UHE) – unităţi hidroelectrice cu o putere egală sau mai mare de 3.600 kW; – unităţi hidroelectrice cu puterea unitară sub 3.600 kW, diferenţiate în trei subcategorii: – unităţi hidroelectrice de mică putere (CHEMP), cu putere instalata între 200 kW şi 3.600 kW; – microhidrocentrale (MHC), cu putere instalata intre 20 kW şi 200 kW; – unităţi hidroelectrice artizanale (CHA), cu putere instalată mai mică de 20 kW.

•România, în condiţiile date ale mediului geografic existent, se apreciază ca o ţară cu un ridicat potenţial energetic de biomasă de aproape 8.000 mii tep/an, ceea ce reprezintă aproximativ 19% din consumul total de resurse primare la nivelul anului 2000, cu următoarele categorii de combustibili: – reziduuri din exploatări forestiere şi lemn de foc; – deşeuri lemnoase (rumeguş şi alte resturi de lemn); – deşeuri agricole (paie din cereale, tulpini de porumb, resturi vegetale de la viţa de vie etc.); – biogaz; – deşeuri urbane. În balanţa resurselor primare, căldura rezultată în urma consumului de biomasă are utilizări diversificate, astfel: – circa 50% din căldura produsă pe bază de biomasă provine din arderea de reziduuri forestiere; – aproape 50% din căldura produsa din biomasă este de origine agricolă; – 10% din căldura consumată în sectorul industrial se regăseşte în industria prelucrării lemnului; – 90% din căldura pentru încălzirea locuinţelor şi prepararea hranei (în special în mediul rural) se asigură din reziduuri şi deşeuri vegetale. În consumul curent de biomasă în România, în regim de exploatare energetică, se foloseşte bio-combustibil de diferite tipuri, astfel: – cazane industriale de abur sau apă fierbinte pentru încălzire industrială, cu combustibil pe bază de lemn; – cazane de apă caldă, cu o putere instalata intre 0,7 MW şi 7,0 MW pentru încălzire urbană (cu combustibil pe bază de lemn); – sobe, cuptoare ş.a. cu lemne şi/sau deşeuri agricole, pentru încălzirea locuinţelor individuale şi prepararea hranei.

Tabelul 5.8Consumul total de biomasa în balanţa resurselor energetice primare

Specificaţie UM 1996 1997 1998 1999 2000

Consum total de resurse primare PJ/an 2.341 2.146 1.934 1.666 1.689Consum de biomasă PJ/an 205 141 127 118 116Pondere biomasă % 8,76 6,57 6,56 7,10 6,87

Sursa: Anuarul statistic - anul 2001, Institutul Naţional al Lemnului (INL)

În ultimul deceniu consumul total de biomasă înregistrează o tendinţă de diminuare lentă datorită, între altele, extinderii reţelei de distribuţie de gaze naturale şi GPL. •În funcţie de temperatura înregistrată la sursele hidrogeotermale (valorificate prin foraj şi extracţie) din România, geotermia de “joasa entalpie”, se înregistrează la ape de adâncime, (cu temperaturi cuprinse între 25°C şi 60°C) şi, respectiv, geotermia de temperatura medie (“ape mezotermale”), cu temperatura de la 60°C până la maxim 125°C. Resursele geotermale de joasă entalpie se utilizează la încălzire şi la prepararea apei calde pentru consum, în imobile rezidenţiale (locuinţe), anexe industriale, terţiare - servicii (birouri, spaţii de învăţământ şi educaţie, spaţii comerciale şi sociale, spitale etc.) sau construcţii agrozootehnice (sere, solarii, ferme pentru creşterea animalelor ş.a.). Limita economică de foraj pentru ape geotermale nu depăşeşte, în general, 3.300 m şi a fost atinsă numai în anumite zone (ex.: bazinul geotermal Bucureşti Nord sau perimetrele Snagov - Baloteşti). În anul 1990, în România se aflau în exploatare curentă 64 sonde, pentru utilizări locale diverse, precum asigurarea încălzirii şi apei calde la ansambluri de locuinţe, clădiri cu destinaţie publică sau industriale, construcţii agrozootehnice etc. În prezent se află în funcţiune aproximativ 75 sonde de tip hidrogeotermal, în zone geografice diferite, iar potenţialul energetic exploatabil în condiţii economice este depăşeşte 100 mii tep/an. Energia echivalentă produsă şi livrată utilizatorilor conectaţi la capul de exploatare al sondei depăşeşte 30.000 tep, cu un grad mediu de folosire anuala a potenţialului maxim de peste 20%. În etapa actuală se află în conservare sau rezervă un număr relativ ridicat de sonde cu potenţial energetic atestat. Materialele şi echipamentele utilizate “in situ” au un grad de uzură fizică şi morală ridicat (ex.: schimbătoare de căldură neperformante, nivelul avansat de coroziune, înfundări, depuneri, conducte şi vane din oţel fără izolaţie termică, fiabilitate redusă etc.).Durata de exploatare a instalaţiilor în funcţiune este mai mare de 20 ani, iar gestiunea energetică (sistemul de facturare a energiei livrate - utilizate) se înregistrează în regim pauşal, cu baza de calcul prin citire periodic a a parametrilor la gura sondei, cu aparatură de tip industrial (lipsa de contoare de căldură şi aparatura de precizie ridicată).

În România, gradul de valorificare a surselor de energie de origine geotermală este redus, cauza principală fiind determinată de lipsa unui suport financiar corespunzător, care nu favorizează dezvoltarea acestui sector energetic cu efecte economico-financiare superioare. În tabelul următor este prezentat sintetic, pe tipuri de surse, potenţialul energetic al surselor regenerabile de energie din România.

Tabelul 5.9Potenţialul energetic al surselor regenerabile de energie din România

Sursa Potenţial anual Aplicaţie

Energie solară:- termică- fotovoltaică

RidicatMediu

Energie termicăEnergie electrică

Energie eoliană Ridicat Energie electricăEnergie hidro Mediu Energie electricăBiomasă Ridicat Energie termică

Energie electricăEnergie geotermală Mediu Energie termică

Sursa: Studii ICEMENERG, ICPE, INL, ISPH, ENERO•Procesul de valorificare a superioară a surselor regenerabile de energie din România contribuie la siguranţa aprovizionării cu energie, reducerea dependentei de importul de resurse energetice primare şi dezvoltarea durabilă pe termen lung, cu îndeplinirea condiţiilor de protecţia mediului şi încadrarea în reglementările în domeniu ale Uniunii Europene. Obiectivele privind valorificarea surselor regenerabile de energie din România constau în: – integrarea surselor regenerabile în structura sistemului energetic naţional (pe bază de resurse convenţionale); – eliminarea barierelor tehnico-functionale şi psiho-sociale din procesul de valorificare a surselor regenerabile de energie şi încadrarea în limitele elementelor de cost şi eficienţă economică; – promovarea investiţiilor private şi crearea condiţiilor de facilitare a accesului capitalului străin pe piaţa surselor regenerabile; – diminuarea gradului de dependenţă al economiei naţionale de importurile de energie primară; – asigurarea alimentarii cu energie în comunităţile izolate prin valorificarea potenţialului resurselor de energie locale; – asigurarea condiţiilor de participare a României la piaţa europeană de “Certificate verzi” pentru energia din surse regenerabile.

•În vederea valorificării intensive a surselor regenerabile de energie se propune realizarea unor obiective specifice ce constau, în principal, în: a) Energie solară: implementarea de proiecte demonstrative de sisteme solare fotovoltaice, în scopul satisfacerii nevoilor de energie în zone geografice izolate sau cu posibilităţi limitate de acces la reţeaua energetică. b) Energie eoliană: studii şi analize de specialitate privind sursele energetice eoliene exploatabile demonstrează ca România are un potenţial ridicat, cu posibilităţi de livrare a unei cantităţi medii de energie livrabilă anuale, pe amplasamente cu potenţial energetic eolian favorabil şi condiţii tehnico-economice de exploatare eficientă. c) Microhidroenergie: în studiul privind valorificarea potenţialului hidroenergetic se relevă posibilitatea realizării unui număr mare de amenajări pentru producerea de energie electrică, astfel: – unităţi hidroelectrice artizanale (CHA), cu o putere instalată totală de 230 MW şi un potenţial energetic mediu de circa 250GWh/an; – microhidrocentrale (MHC), cu o putere totala de peste 600 MW şi o producţie de energie de 750 GWh/an; – unităţi hidroelectrice de mică putere (CHEMP), cu o putere instalată totală de 1.400 MW şi livrarea unei cantităţi de energie electrica de 3.000 GWh/an. Programele de valorificare a potenţialului energetic din surse hidro, în unităţi cu putere instalată mică, conferă posibilităţi de transfer tehnologic din state europene avansate în domeniul microcentralelor hidroelectrice. Aceste programe se referă la lucrări noi, şi de retehnologizare a unor amenajări şi investiţii hidroenergetice nefinalizate. Pentru realizarea unor proiecte atractive pentru investitori, în sectorul public sau privat, se pot crea o serie de facilităţi privind posibilităţile de acces în zone destinate investiţiei, scutiri sau reduceri de taxe şi impozite în condiţiile respectării termenelor planificate de punere în funcţiune. d) Biomasa: aproximativ trei sferturi din angajamentele României privind valorificarea surselor regenerabile se pot îndeplini prin valorificarea potenţialului biomasei, ţinând seama de ponderea acestei surse energetice regenerabile în potenţialul exploatabil la nivel naţional.

În anul 2010, principalul obiectiv privind utilizarea biomasei, în condiţii de eficienţă economică, constă în obţinerea unui consum total de circa 3.500 tep. Pe termen mediu şi lung, sporirea potenţialului exploatabil al biomasei se asigură prin plantaţii (arbori şi arbuşti cu perioada redusă de creştere) pe suprafeţe degradate, terenuri agricole dezafectate sau scoase din circuitul agricol. La realizarea acestor obiective trebuie să se acorde prioritate pentru: – cunoaşterea potenţialului de biomasă disponibilă pentru producerea de energie; – stabilirea celor mai adecvate tipuri de biomasă şi testarea în unităţi pilot a potenţialului energetic al acestora pentru evaluarea prin ardere/gazificare; – promovarea unor soluţii tehnice de ardere combinată de cărbune/ biomasă şi identificarea de soluţii adecvate condiţiilor locale şi de retehnologizare a capacităţilor existente. – organizarea de campanii promoţionale privind avantajele obţinerii de energie din biomasă cu consecinţe directe asupra mediului înconjurător şi restructurarea economiei rurale/locale; e) Energia geotermală: obiectivele programului de valorificare eficientă a potenţialului hidrogeotermal din România constau în: – efectuarea de studii de fezabilitate şi consultanţă pentru identificarea de soluţii şi asimilarea de tehnologii şi echipamente performante; – realizarea de proiecte (aplicaţii) demonstrative de valorificare complexă a potenţialului hidrogeotermal din România; – diseminarea şi valorificarea datelor şi informaţiilor aferente programelor de tehnologizare şi implementare curentă; – elaborarea şi adoptarea de norme legislative care să asigure cadrul legislativ şi facilităţi de punere în practică, a acestui tip de aplicaţii specifice. Activităţile pe termen mediu şi lung se vor concretiza în proiecte de investiţii care să demonstreze viabilitatea aplicaţiilor din punct de vedere tehnologic şi economic pentru oricare din sursele de energie regenerabile.

Principalele opţiuni pe termen mediu şi lung trebuie orientate către: – transferul de metodologii de aplicare şi tehnologii neconvenţionale de la firme cu tradiţie şi experienţă în domeniu, cu norme de aplicare, atestare şi certificare, precum şi standarde de calitate la nivel internaţional; – elaborarea şi implementarea cadrului legislative, instituţional şi organizatoric corespunzător; – atragerea sectorului privat şi public la finanţarea, managementul şi exploatarea în condiţii de eficienţă a noilor tehnologii energetice; – identificarea de surse de finanţare pentru susţinerea şi dezvoltarea aplicaţiilor de valorificare a surselor regenerabile de energie; – stimularea constituirii de unităţi tip joint-venture specializate în valorificarea surselor regenerabile de energie; – elaborarea de programe de cercetare-dezvoltare orientate către accelerarea procesului de integrare a surselor regenerabile de energie în sistemul energetic naţional. Prin crearea unui cadru instituţional, legislativ, financiar şi informaţional se asigură realizarea următoarelor activităţi: – promovarea surselor regenerabile de energie, cu asigurarea de măsuri de diminuare a perioadei de recuperare a investiţiei specifice; – asigurarea cadrului organizatoric de dezvoltare a investiţiilor în condiţii de eficienţă economică; – instituirea unor structuri specializate, cu experţi coordonatori pentru implementarea soluţiilor adoptate; – respectarea standardelor de construcţii-montaj, obţinerea atestatului de certificare şi de management al calităţii; – extinderea masurilor de cooperare internaţională, transfer tehnologic, schimb de experienţă şi cooperare bilaterală pentru realizarea de proiecte de cercetare-dezvoltare şi demonstrative; – promovarea campaniei de informare şi documentare, în scopul creşterii eficienţei în activitatea managerială; – promovarea de acte normative pentru asigurarea protecţiei mediului (reducerea emisiilor de noxe, a oxizilor de carbon şi a altor medii poluante), care susţin producerea de energie din surse regenerabile şi atragerea de investitori în domeniu. Prin programele de măsuri adoptate în acest sens trebuie să promoveze proiecte investiţionale şi cu caracter demonstrativ, în vederea asigurării condiţiilor optime pentru dezvoltarea de aplicaţii pe termen mediu şi lung.

Referitor la sistemele solar-termale existente, se propune întocmirea unui program de măsuri în scopul reabilitării acestora (unde este cazul) şi facilitarea accesului în circuitul de exploatare curentă a energiei termice. Astfel, printr-un program demonstrativ pe termen mediu şi lung se pot realiza aplicaţii solare fotovoltaice de puteri relativ reduse (de la 500W, pana la 5.000W). în plus, se poate avea în vedere elaborarea unui proiect investiţional care să sprijine procesul de electrificare rurală din surse regenerabile de energie şi, în special, surse solare de energie.Pentru valorificarea potenţialului de energie eoliană se pot realiza acţiuni şi proiecte demonstrative, pentru: – reevaluarea potenţialului eolian şi de eficienţă energetică la nivel naţional; – relevarea performantelor tehnico-funcţionale ale turbinei eoliene cu posibilităţi de conectare la sistemul energetic naţional. – crearea condiţiilor pentru transferul de tehnologie şi echipamente din statele membre ale UE în România şi din alte ţări cu tradiţie în domeniu. – implementarea de programe cu caracter demonstrativ, de management aplicativ şi transfer de tehnologie pentru instalaţii aerogeneratoare, cu atragerea şi implicarea economico-financiară a sectorului privat; – reabilitarea centralelor existente (dacă este cazul) şi proiectarea de unităţi eoliene destinate alimentării zonelor rurale lipsite de electricitate, pe termen mediu şi lung. Pentru realizarea acestor proiecte propuse de investitori particulari se pot crea facilităţi privind extinderea posibilităţilor de acces în zone geografice alocate investiţiei, scutiri sau reduceri de taxe în condiţiile respectării termenelor planificate de punere în funcţiune. Valorificarea energetica a biomasei se materializează prin: – elaborarea de studii de fezabilitate pentru substituirea combustibilului lichid sau gaze naturale în localităţi din zona montana şi submontană, cu combustibil lemnos (deşeuri forestiere, lemn de foc etc.); – studii şi rapoarte de valorificare a resturilor vegetale din exploataţii agricole în centrale de încălzire amplasate în zone de şes sau de câmpie. – reorientarea activităţii de cercetare aplicativ a privind procesul de combustie a cărbunelui, tehnologii de gazeificare a biomasei, amenajarea de bazine ecologice pentru colectarea gazului de fermentare şi producerea de energie electrică cu turbine sau motoare cu gaze.

Valorificarea potenţialului de energie geotermală cu aplicaţii economice directe se poate realiza prin: – studii de fezabilitate pentru identificarea şi promovarea tehnologiilor performante de foraj şi extracţie a apelor geotermale şi de reinjecţie în strat, diminuarea procesului de coroziune în sistem ş.a.; – valorificarea documentaţiei şi informaţiilor obţinute de la exploatarea aplicaţiilor pilot privind potenţialul hidrogeotermal de asigurare a necesarului de căldură la consumatorii individuali în mediul rural, sectorul agroindustrial, servicii publice şi de sănătate; – propunerea de aplicaţii de valorificare complexă a potenţialului hidrogeotermal prin integrarea în sistemul termoenergetic din mediul urban, cu utilităţi diverse (agenţi economici, servicii publice, tratament balneo-terapeutic); Propuneri de masuri privind conformarea legislaţiei române la legislaţia europeană:– elaborarea cadrului organizatoric adecvat pentru urmărirea acţiunilor în domeniul surselor regenerabile de energie; – facilitarea accesului la baze de date şi informaţii aferente structurilor specializate din Uniunea Europeană în domeniul resurselor regenerabile de energie; – realizarea de programe pentru valorificarea potenţialului energetic al surselor regenerabile sub coordonarea Ministerului Industriei şi Resurselor şi în colaborare cu: Ministerul Dezvoltării şi Prognozei, Ministerul Educaţiei şi Cercetării, Ministerul Apelor şi Protecţiei Mediului şi Ministerul Agriculturii, Alimentaţiei şi Pădurilor; – identificarea de resurse financiare disponibile pentru susţinerea proiectelor în domeniul surselor regenerabile de energie prin cuantificarea unor cote-părţi de plată aferente fiecărui consumator de acest tip de energie. Pentru realizarea obiectivelor propuse, în afara costurilor investiţionale necesare pentru realizarea capacităţilor adiţionale de producţie sunt necesare cheltuieli suplimentare pentru realizarea unor activităţi conexe, necesare (studii de oportunitate/fezabilitate, dezvoltări tehnologice în instalaţii demonstrative, elaborarea de produse program specifice aplicaţiilor etc.).

Operaţii sincrone cu prim

a şi a doua regiuneU

CT

E

Adoua regiune sincronă U

CT

E

D KS638

402

299

L T

B Y

7 8PL

187

1336

6 0 3D

1 4 5 3

N L

1098

8 3 5

L

B

114

2 1 6 7

1 6 3 0

2 2 4 8 1 9 2 0

2 2 0 6 1 0 9 9

3 0 1 0

1 8 0 6

7 7 3

G B

2 8 4

36

F

324363

S

P

M A

I

C H A H

U A(z o n a

e n e rg e t i c ăin s u l a ră

B u rs h t in )

U A

R O

Y U

F Y R O M

H RSL O

B iH

A L

G R

T R

B G

R U S

1 2 8

473

136

1

1 5 1

119

370

31

3 0

251

3 6 6

169963

5 6 9

194

E = 3 4 5 1P = 7 0 6

E = 1 0 2P = 5 7 4 6

3 5

E = 6 3 9P = 5 3 2 5

I= 8 9P = 4 5 8 9

1

I= 6 1P = 8 6 0

E = 1 9 7P = 1 1 1 3

I= 1 0 5 7P = 5 3 8 3

144

I= 2 2 5P = 1 6 2 4

E = 2 1P = 1 2 3 7

I= 2 1 0P = 4 3 5 71 2 5

1043

6 1 6SKC Z

E = 3 6 8P = 3 5 8 1

E = 1 7 6 5P = 7 9 4 1

855183

I= 1 4 2 4P = 6 4 8 1

I= 5 7 8 3P = 2 8 7 1 8

I= 2 5 4 3P = 7 3 3 6

E = 6 7 5 2P = 6 1 5 8 3

I= 6 1 1P = 2 4 8 3 7

E = 2 8 4P = 4 4 8 8

I= 9 6 4P = 9 8 6 8

I= 8 5 5P = 6 2 2

E = 3 0 2 6P = 5 0 4 0 0

I= 3 5 5P = 2 9 3 5

E = 1 1 4 1P = 1 6 8 0 4

Mem

bru asociat

Suma fluxurilor p uterilor: - U C T E - 29.522 M W - T otal - 31.921 M W

P - p

utereI - balanţa de im

port

E - balanţa de exp

ort

F ig. 5.1 T rans ferur ile(fluxur ile) de putere între ţăr ile

U C T E ş i între U C T E ş i alteţăr i, la 15.01.2003, ora 3:00C ET (ora Europei C entrale).

Operaţii sincrone cu prim

a şi a doua regiuneU

CT

E

Adoua regiune sincronă U

CT

E

D KS

297 374

504

L T

B Y

1 1 9PL

512

1667

1 7 5D

2 5 9 7

N L

195

3 0 9

L

B

1242

1 7 3 8

1 9 9 1

374

3537 3 4 3 6 9

3 1 3 7

2 0 2 07 2 7

G B

3 7 7

39

F

51762

S

P

M A

I

C H A H

U A(z o n a

e n e rg e t i c ăin s u l a ră

B u rs h t in )

U A

R O

Y U

F Y R O M

H RSL O

B iH

A L

G R

T R

B G

R U S

2 4 7

632

226

283

2 0 7

336

515

34

1 7 1

283

3 0 0

81640

2 8 2

141

E = 3 8 5P = 8 4 1

E = 4 5 9P = 7 0 0 6

5 0

E = 7 7 7P = 5 7 8 9

I= 3 4 0P = 6 6 4 5

3 6

I= 2 0 5P = 1 1 3 0

E = 2 5 9P = 1 5 9 5

I= 1 1 2 7P = 6 2 8 3

242

I= 2 7 7P = 2 3 4 9

I= 3 7P = 1 7 9 9

I= 4 3 8P = 5 4 4 21 4 3

595

1SKC Z

E = 3 3 1P = 3 9 2 5

E = 1 3 1 0P = 9 2 2 9

987482

E = 5 0 1P = 8 3 0 1

I= 6 0 2 5P = 4 9 2 9 8

E = 1 1 6 0P = 9 1 2 3

E = 6 4 4 5P = 7 4 4 6 8

E = 1 1 0 0P = 3 4 5 0 7

E = 3 7 7P = 7 1 6 0

I= 1 5 5 7P = 1 2 2 7 8

I= 1 8 9P = 8 6 4

E = 4 7P = 7 0 2 0 0

I= 2 4 0 2P = 1 3 4 3

9

E = 2 3 8 9P = 2 0 3 0 1

Mem

bru asociat

Suma fluxurilor p uterilor: - U C T E - 25.521 M W - T ot al - 27.741 M W

P - p

utereI - balanţa de im

port

E - balanţa de exp

ort

F ig. 5.2 T rans ferur ile(fluxur ile) de putere între ţăr ile

U C T E ş i între U C T E ş i alteţăr i, la 15.01.2003, ora 11:00C ET (ora Europei C entrale).

1 2 0

5.5. Probleme prioritare ale energeticii româneşti

• Pentru a putea înţelege priorităţile energeticii româneşti şi rolul diverşilor purtători de energie primară, trebuie întâi să cunoaştem câteva date referitoare la trecutul şi prezentul energeticii în ţara noastră.• În urmă cu aproximativ 35 de ani, energia electrică produsă pe bază de hidrocarburi reprezenta circa 80% din energia electrică obţinută în termocentrale. În anul 1985 acest raport a scăzut la 67% (47% gaze naturale, 20% petrol)*.• În viitor este important a se accentua utilizarea cărbunilor pentru producerea de energie electrică şi termică, valorificarea potenţialului hidroenergetic tehnic amenajabil, construirea de centrale nuclearoelectrice, utilizarea noilor surse de energie şi, nu în ultimul rând, îmbunătăţirea organizării şi exploatării sistemului electroenergetic naţional, concomitent cu introducerea de tehnologii moderne cu randament cât mai mare în toate sectoarele economice.• Centralele termoelectrice vor deţine şi în următorii ani o importanţă majoră în sistemul energetic, având în vedere:

- cerinţa de valorificare raţională a 80-100 milioane tone de cărbune inferior indigen;- ponderea importantă pe care o are livrarea de căldură prin termoficare;- anumită independenţă în producerea energiei electrice faţă de capriciile naturii (seceta din anii 2000 şi 2003 a demonstrat că centralele hidroelectrice – care produc energie electrică ieftină – au rămas parţial fără energie primară).

• Dezvoltarea centralelor termoelectrice convenţionale continuă pe baza realizărilor industriei de echipamente energetice: realizarea de metale rezistente la presiuni şi temperaturi înalte, implementarea tehnicilor de reglare-automatizare şi cunoaşterea stării instalaţiilor, perfecţionarea proceselor de ardere etc.

* ENERG Energie, economie, recuperare, gospodărire, vol. 8 Ed. Tehnică 1989.

• Direcţiile tehnologizării centralelor termoelectrice sunt următoarele:+ reducerea consumului net de căldură la producerea energiei electrice din surse termice, în condiţii de siguranţă;+ mărirea manevrabilităţii grupurilor din centralele termoelectrice;+ prelungirea duratei de viaţă a echipamentelor existente, prin retehnologizarea şi modernizarea lor;+ îmbunătăţirea procesului de ardere;+ reducerea noxelor emise conform normelor ce au în vedere protecţia mediului înconjurător;+ introducerea tehnicilor automate de conducere şi exploatare a centralelor termoelectrice.

• Centralele hidroelectrice vor avea de asemenea un rol însemnat în producerea de energie electrică. Lucrările hidrotehnice în ansamblu sunt deosebit de eficiente pentru economia naţională la nivelul sectoarelor conexe (sisteme de irigaţii şi îmbunătăţiri funciare, navigaţie etc.).• Valorificarea energiei apelor a început încă în perioada interbelică, dar în anul 1938 puterea instalată în centralele hidroelectrice era de numai 53 MW, însă consumatorii electrici din întreaga ţară reprezentau o putere instalată de 501 MW.• După al doilea război mondial, pe măsură ce a crescut numărul consumatorilor industriali cu putere instalată tot mai mare, a fost necesară construirea de centrale electrice cu putere instalată tot mai ridicată. În acest sens se pot aminti centrala hidroelectrică Bicaz – intrată în funcţiune în anul 1960 – cu o putere instalată de 210 MW, centrala hidroelectrică Ciunget pe Lotru (cu o cădere de 900 m), cu o putere instalată de 510 MW, centrala hidroelectrică Mărişelu pe Someş, cu o putere instalată de 220 MW, centrala hidroelectrică Vidraru pe Argeş, cu o putere instalată de 220 MW, centrala hidroelectrică Porţile de Fier I pe Dunăre, cu o putere instalată totală de 2.100 MW etc*.

* ENERG Energie, economie, recuperare, gospodărire, vol. 8 Ed. Tehnică 1989.

• În anul 1988 puterea instalată în centralele hidroelectrice era de 5.300 MW. Astfel, se valorifica circa 38,5% din potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil al râurilor interne, potenţial care este estimat la 40 miliarde kWh.• În acest domeniu, sarcinile ce stau în faţa hidroenergeticienilor pentru următorii ani ai secolului XXI se pot structura pe următoarele direcţii:

realizarea în continuare de mari amenajări hidrotehnice, precum şi exploatarea şi întreţinerea celor existente; scurtarea duratei de construcţie a hidrocentralelor la 5-6 ani, prin promovarea unor noi tehnologii de construcţie; determinarea mai exactă şi controlul scurgerilor de materiale solide pe râuri, pentru corecta dimensionare a lucrărilor hidrotehnice; creşterea calităţii procesului de exploatare prin conducere dispecerizată-automatizată la nivel de bazin hidrografic şi la nivel naţional; modernizarea şi repararea capitală a hidrocentralelor de pe râurile interioare, avându-se în vedere expirarea perioadei de exploatare a multora dintre ele (de exemplu, centralele de pe Oltul inferior).

• Introducerea energeticii nucleare în ţara noastră va conduce la o mutaţie în distribuţia producerii de energie pe diferite tipuri de combustibili. La Cernavodă se construieşte o centrală nuclearoelectrică de tip CANDU, care în final va avea cinci grupuri de câte 706 MW(e); din acestea, primul grup funcţionează la parametrii proiectaţi din 07.11.1996, iar al doilea este în lucru, urmând a fi dat în exploatare la 26.01.2006*.

• Energia solară este utilizată în prezent în ţara noastră pentru încălzirea apei şi a aerului pentru industrie, agricultură şi în domeniul casnic. De asemenea, se experimentează diverse tipuri de celule pentru conversia directă a acestei energii, dar randamentul lor este încă redus şi puterea instalată este de asemenea foarte mică. * PRIS (Power Reactor Information System) at 08/14/2003.

• Energia eoliană prezintă interes doar pentru zonele în care vitezele medii ale vântului sunt mai mari de 6 m/s, dar fără ca diferenţa dintre vitezele extreme să fie prea mare. Din acest motiv, centrale eoliene se întâlnesc în ţări aşezate la ţărmurile oceanelor, unde briza îndeplineşte condiţiile de mai sus. În zonele unde vântul bate în rafale, energia eoliană este foarte dificil de exploatat.• Astfel, pe Muntele Semenic au demarat lucrări pentru realizarea mai multor grupuri eoliene, primul grup de 300 kW ajungând chiar să funcţioneze cu ani în urmă. În anul 2000 nici un grup nu a produs energie electrică, investiţia făcută aici nu va putea fi deci recuperată.• Utilizarea potenţialului eolian la scară industrială este avantajoasă prin construirea de centrale eoliene cu generatoare de 300-1.000 kW. În prezent se studiază instalarea de centrale eoliene pe ţărmul Mării Negre. Energia geotermală utilizabilă în ţara noastră este estimată la circa 1.000.000 tce (tone combustibil echivalent), fiind vorba de ape termale cu temperaturi cuprinse între 50 C şi 120C, folosite în special pentru termoficare şi furnizare de apă caldă menajeră*.

• Biogazul face mai raţională utilizarea masei lemnoase. În acest sens, în România este necesară constituirea unor societăţi comerciale specializate în realizarea de instalaţii pentru producerea de biogaz, prin tehnologia corespunzătoare. Faţă de această tehnologie procedeul de ardere directă a masei lemnoase valorifică doar circa 10% din conţinutul energetic al acesteia.

• Ar trebui amplificate în următorii ani cercetările în domeniul obţinerii hidrogenului în instalaţii complexe de electroliză a apei, în domeniul obţinerii energiei electrice din energiile solară şi eoliană şi în domeniul folosirii tehnologiilor MHD (magnetohidrodinamice).

* ENERG Energie, economie, recuperare, gospodărire, vol. 8 Ed. Tehnică 1989.