Energiile regenerabile sunt, la scara noastră a timpului, irosite continuu de natură

Energiile regenerabile sunt, la scara noastră a timpului, irosite continuu de natură. Ele au ca origine razele Soarelui, nucleul Pamântului şi interacţiunile gravitaţionale ale Lunii şi ale Soarelui cu oceanele. Există energii regenerabile de origine eoliană, solară, hidro, geotermică şi provenind de la biomasă.

cunoştinţe anterioare necesare:

nivel:

durata estimată:

autor: Benoît Robyns

realizare: Sophie Labrique

traducere: Eduard Stroe, Florin Mihai, Sergiu Ivanov

Sursa eoliană disponibilă este evaluată pe scară mondială la 57.000 TWh pe an. Contribuţia energiei eoliene off shore (în larg) este estimată la 25.000 - 30.000 TWh pe an, fiind limitată la locaţii care să nu depăşească adâncimea de 50 m. Producerea mondială de electricitate în 2000, a fost de 15.000 TWh (ceea ce corespunde unei energii primare consumate de 40.000 TWh), rezultând un randament al ciclurilor termo-mecanice de 30-40%. Teoretic, energia de origine eoliană poate acoperi necesarul de electricitate pe plan mondial. În acelaşi timp, principalul inconvenient al acestei surse de energie, o reprezintă instabilitatea vântului. În perioadele de îngheţ, ca şi în cazul caniculei, cazuri în care cererea de energie este acerbă, efectul produs de vânt este practic inexistent, fapt care a condus, în dezvoltarea instalaţiilor eoliene, la ataşarea unor alte instalaţii de energii regenerabile caracterizate de un mai bun echilibru în funcţionare, sau de sisteme de stocare a energiei electrice. Trebuie luat însă în calcul, în cazul sistemelor de stocare a energiei electrice de mare capacitate, preţul de cost ridicat al acestor sisteme, care sunt astăzi, în curs de dezvoltare.

Europa nu are decât 9% din potenţialul eolian disponibil în lume, dar are 72% din puterea instalată în 2002. Ea a produs 50 TWh electricitate de origine eoliană în 2002, producţia mondială fiind de 70 TWh. Potenţialul eolian tehnic disponibil în Europa este de 5.000 TWh pe an.

urata de viaţă a astrului solar este de 5 milliarde de ani, ceea ce conduce la concluzia că, pe scara noastră a timpului, el reprezintă o energie inepuizabilă şi deci regenerabilă. Energia totală captată de scoarţa terestră este de 720*10⁶ TWh pe an. Dar disponibilitatea acestei energii depinde de ciclul zi-noapte, de latitudinea locului unde este captată, de anotimpuri şi de pătura noroasă.

Energia solară termică se bazeză pe producerea de apă caldă utilizată în clădiri, sau în scopul de a permite acţionarea turbinelor ca şi în cazul centralelor termice clasice, pentru producţia de electricitate. Această tehnică de a produce electricitate se aplică în cazul centralelor experimentale cu randamentul net într-adevăr mic, de 15%. Apele de suprafaţă ale mărilor sunt în mod natural încălzite de soare, ceea ce reprezintă un imens rezervor de energie în zonele tropicale. Proiectele de extracţie a acestei "energii termice a mărilor" au la bază acţionarea diferitelor maşini termodinamice. Aceste funcţionează pe baza diferenţei de temperatură dintre apa de suprafaţă (25 până la 30°C) şi apa de adâncime (5°C la 1000 m adâncime). Pentru ca această soluţie să fie practică ar trebui ca diferenţa de temperatură să fie mai mare 20°C, dar randamentul de 2% este foarte slab.

Energia solară fotovoltaică se bazează pe producerea directă de electricitate prin intermediul celulelor cu siliciu. Atunci când străluceşte şi atunci când condiţiile climatice sunt favorabile, soarele furnizează o putere de 1 kW/mp. Panourile fotovoltaice permit convertirea directă în electricitate a 10 - 15% din această putere. Producţia de energie a unui astfel de panou variază odată cu creşterea sau scăderea intensităţii solare: 100 kWh/mp/an în Europa de Nord, iar în zona mediteraneană este de două ori mai mare. Un acoperiş fotovoltaic de 5x4 metri are o putere de 3kW şi produce 2 - 6 MWh/an. Dacă cei 10.000 kmp de acoperiş existenţi în Franţa ar fi utilizaţi ca generator solar, producţia ar fi de 1.000 TWh pe an, aproape dublul consumului final de electricitate în Franţa la începutul anilor 2000 (450 TWh).

Principalele obstacole în utilizarea pe scară largă a energiei solare fotovoltaice (şi termice) le reprezintă, pe de o parte disponibilul de putere furnizată, care constrânge la stocarea electricităţii pentru o funcţionare autonomă sau la utilizarea de soluţii energetice complementare, iar pe de altă parte competitivitatea economică.

Sursa hidro poate fi considerată prima sursă regenerabilă de electricitate. Potenţialul mondial reprezintă un avantaj care trebuie exploatat. Producţia de energie hidro la începutul anilor 2000 a fost de 2.700 TWh pe an, cu o putere instalată de 740 GW. Ea poate ajunge la 8.100 TWh în anul 2050 prin dublarea competitivă economic a puterii instalate. Tehnic exploatabili sunt 14.000 TWh din potenţialul teoretic de 36.000 TWh.

Sursa hidro de mare putere (cu o putere mai mare de 10 MW) este exploatată în proporţie de 100% din potenţaialul său maxim în ţările industrializate. Barajele permit stocarea de energie, furnizând-o în momentele de maximă necesitate a cererii. În diferite cazuri, bazinele de stocare a energiei în amonte sau în aval, permit o adevărată stocare de energie utilizând instalaţii de tip turbo-alternatoare reversibile care realizează pompajul în perioada necritică. Această formă de stocare a energiei este foarte utilizată în lume. În Franţa, 4.200 MW sunt instalaţi în acest scop.

Sursa hidro de mică putere (cu o putere inferioară 10 MW) este constituită în parte de centralele pe firul apei, funcţionarea lor depinzând în mare măsură de debitul apei. Aceste mici centrale sunt utilizate pentru o producţie descentralizată. Producţia mondială este estimată la 85 TWh. În Franţa, centralele hidro de mare putere au atins practic pragul de saturaţie, rămânând de exploatat potenţialul microhidro, care se estimează a fi de 4 TWh/an. O treime din acesta ar putea fi obţinut prin ameliorarea instalaţiilor existente, celelalte două treimi, prin instalarea unor echipamente noi.

Energia mareelor poate fi utilizată pentru a produce electricitate. În Franţa, uzina de profil de la Rance (240 MW) a pus în practică acestă tehnică de producere a electricităţii. Alte proiecte importante sunt studiate în Canada sau Anglia. Dar, realizarea acestor proiecte nu este sigură, deoarece se modifică considerabil ecosistemul local.

Valurile reprezintă imense zăcăminte de energie. Puterea medie anuală pe coasta Oceanului Atlantic este cuprinsă între 15 şi 80 kW/m de coastă. Energia valurilor nu se poate folosi însă pe scară largă. Prototipuri de centrale de acest gen sunt astăzi în fază de analiză şi testare.

Temperatura planetei creşte considerabil odată cu aproprierea de centrul său. În anumite zone de pe planetă, la adâncime, se găseşte apă la temperaturi foarte ridicate. Geotermia de temperatură ridicată (150 până la 300°C) presupune pomparea acestei ape la suprafaţă, unde, prin intermediul unor schimbătoare de căldură, se formează vapori, care sunt utilizaţi ulterior în turbine, ca şi în cazul centralelor termice clasice şi astfel se produce electricitate.

Resursele geotermice cu o temperatură scăzută (mai mică de 100°C) sunt extrase cu ajutorul unor pompe termice, în scopul eliberării unei cantităţi de căldură pentru diferite necesităţi.

Potenţialul geotermic natural este, în continuare, considerat limitat, deoarece există numeroase locaţii unde se întâlneşte o temperatură foarte ridicată (mai mare de 200°C), dar nu există apă. Această resursă termică poate fi exploatată prin intermediul tehnologiei "rocilor calde şi uscate", în curs de dezvoltare. Principiul constă în pomparea de apă prin intermediul primului puţ către zonele de mare adâncime (mai mari de 3000 m) corespunzătoare fisurilor din rocă. Această apă reîncălzită urcă prin intermediul unui al doilea puţ şi permite producerea de electricitate ca şi în cazul centralelor termice clasice. Totuşi, potenţialul acestui tip de energie nu este precizat.

Biomasa este, sub rezerva unei exploatări durabile a acesteia, o energie regenerabilă, care furnizează biocombustibili, în general sub formă solidă şi biocarburanţi, în general sub formă lichidă.

Lemnul acoperă mai mult de 10% din cererea de energie primară în multe ţări din Asia, Africa şi America Latină, în câteva ţări din Europa (Suedia, Finlanda, Austria). Utilizarea lemnului ca sursă de energie a crescut foarte mult în ultimele decenii în ţările în curs de dezvoltare, dar această resursă nu a fost exploatată durabil, determinând despăduriri masive. Emisiile datorate arderii lemnului într-o instalaţie industrială de încălzire sunt mai reduse decât în cazul arderii combustibililor fosili. Dacă pădurile din care provine lemnul sunt gestionate într-o manieră durabilă, emisiile de CO2 cauzate de această filieră de producţie, nu ar fi decât cele cauzate de benzina consumată în cadrul operaţiilor de plantare, recoltare şi comercializare. Aceasta ar reprezenta aproximativ 5% din combustibilul vândut. Trebuie subliniat faptul că o energie regenerabilă nu este neapărat şi o energie total nepoluantă.

Consumul de biomasă, ca energie primară, este în Franţa de 10-11 Mtep (la începutul anilor 2000), în principal sub formă lemnoasă. Fără să se constituie culturi energetice specifice, potenţialul de biomasă ar putea fi dublat, doar prin recuperarea sistematică a tuturor deşeurilor organice: deşeuri menajere şi industriale ne-reciclabile, tratarea prin metanizare a filtrelor de epurare şi a deşeurilor agricole, care ar genera biogaz. Potenţialul energetic este de 60 TWh/an, adică 15% din consumul final de electricitate din Franţa.

Biomasa este frecvent utilizată în sistemele de cogenerare care produc electricitate ca şi în centralele clasice, prin valorificarea căldurii, altfel pierdută, din diverse aplicaţii: încălzirea încăperilor, nevoi industriale, agricultură,… Această tehnologie permite creşterea randamentului conversiei energetice.

Biocarburanţii lichizi, mai scumpi din punct de vedere al obţinerii şi produşi pe baza unor culturi energetice (stuf, trestie de zahăr, floarea soarelui, grâu, porumb,...), sunt cel mai bine puşi în valoare în aplicaţii din domeniul transportului. Ei sunt utilizaţi în prezent, mai ales pentru alimentarea motoarelor termice, fiind amestecaţi cu mici cantităţi de carburanţi tradiţionali, pentru a le ameliora caracteristicile.

În 2002, ponderile diferitelor surse regenerabile, în producerea de energie primară erau următoarele: