Energia electrica obtinuta de la microhidro turbine se bazeaza pe un concept foarte simplu. Apa curgatoare invarte o turbina care la randul ei actioneaza un generator care produce energie electrica. Evident sistemul este mai complex si contine mai multe componente, insa acesta este principiul de baza.  

Energia hidroelectrica - MicroHidroCentrale

Cum se genereaza energie cu ajutorul apei  ?          “Forta” apei este de fapt o combinatie intre inaltime (head) si DEBIT (flow). Ambele trebuie sa fie prezente pentru a produce energie.   Inaltimea(head) – este distanta verticala dintre locul in care apa patrunde in conducta de aductie si locatia turbinei si e masurata in metri, sau ca presiune in pounds pe inch patrat (psi).   DEBIT (flow) – este o cantitate de apa ( exprimata in volum per timp) care curge prin conducta de aductie intr-o anumita perioada de timp si e masurata in metri cubi /secunda, galoane pe minut (gpm) sau litri pe minut.

Apa este colectata intr-un micro-bazin si apoi canalizata prin conducta de aductie direct in turbina. Caderea pe verticala (head), creaza presiunea necesara la capatul inferior al conductei de aductie, pentru a pune in miscare turbina. Cu cat va fi mai mare debitul sau inaltimea, cu atat vom obtine mai multa energie electrica.   Dupa cum se observa, valorile acestor doua criterii, sunt foarte importante pentru determinarea valorii de energie electrica (potentialul) unei locatii pentru implementarea unui microhidro sistem bazat pe microhidroturbine.

Fig.1 Legatura intre puterea obtinutaInaltimea si debitul MHC

Ph = Q H

Barajul are rolul:•alimentarea cu apa potabila si industriala •producerea de energie electrica •irigatii •atenuarea viiturilor •lucrari de aparare si drenare •dezvoltarea transportului pe apa, a pisciculturii si a sporturilor nautice •ameliorarea microclimatului si a mediului înconjurator

Fig.2

Folosind o simpla lera verticala gradata in milimetri si o rigla orizontala ghidata de un “nivel” se poate masura cu destula precizie inaltimea. Simpla insumare a cotelor A, B, C si D din exemplul din figura de mai sus va conduce spre rezultatul exact.

Cat de mult conteaza conducta de aductie?Conducta de aductie nu este numai “ghidajul” pentru apa, in drumul ei spre turbina, dar si cea care creaza presiunea necesara. Ca efect , conducata de aductie concentreaza toata presiunea creata de diferenta de nivel, la baza conductei, la intrarea in turbina. Diametrul conductei, lungimea, materialul din

care e confectionata si “drumul parcurs”, toate afecteaza eficienta turbinei. O conducta mica in diametru poate reduce considerabil energia obtinuta, chiar daca se foloseste toata apa de care se dispune.

Din ce e compus un sistem de energie alternativa ?Indiferent daca vor fi folosite turbine eoliene, panouri solare sau microhidro turbine, la generarea energiei alternative pentru aplicatii de mica capacitate, schema sistemului este similara. Ca si componente de baza, avem nevoie de baterii, invertoare si regulatoare de incarcare. In schita (fig.3) este prezentata o solutie hibrida de sistem solar-eolian-microhidro.

Cat curent pot produce ?Este evident ca nu pot consuma mai multa energie decat acumulez. Deci daca am un generator Harris de 900W el va produce in mod ideal o energie echivalenta cu 21,6 KWh pe zi. Daca o casa consuma in medie 180 -200KWh pe luna rezulta ca aceasta microhidroturbina poate alimenta 3 case independente. Productia echivalenta pe luna fiind 540KWh (consideram o luna de functionare de 25 zile).Daca : 1KWh = 0,08 Euro

Fig.3

Potentialul microhidroenergetic

Resursele de apă datorate râurilor interioare sunt evaluate la aproximativ 42 miliarde m3/an, dar în regim neamenajat se poate conta numai pe aproximativ 19 milioane m3/an, din cauza fluctuaţiilor de debite ale râurilor.

Resursele de apă din interiorul ţării se caracterizează printr-o mare variabilitate, atât în spaţiu, cât şi în timp. Astfel, zone mari şi importante, cum ar fi Câmpia Română, podişul Moldovei şi Dobrogea, sunt sărace în apă. De asemenea apar variaţii mari în timp a debitelor, atât în cursul unui an, cât şi de la an la an. În lunile de primăvară (martie-iunie) se scurge peste 50% din stocul anual, atingându-se debite maxime de sute de ori mai mari decât cele minime. Toate acestea impun concluzia necesităţii realizării compensării debitelor cu ajutorul acumulărilor artificiale.

În tabelul de mai jos se indică valorile potenţialului hidroenergetic de precipitaţii Ep, de scurgere, teoretic liniar considerat la debitul mediu şi tehnic amenajabil, pentru câteva din bazinele cursurilor de apă mai importante din ţara noastră .

În ceea ce priveşte potenţialul hidroenergetic al ţării noastre se apreciază că potenţialul teoretic al precipitaţiilor este de circa 230 TWh/an, potenţialul teoretic al apelor de scurgere de aproximativ 90 TWh/an, iar potenţialul teoretic liniar al cursurilor de apă este de 70TWh/an.Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil este mai mic decât cel teoretic şi în acest sens estimăm o valoare de cca. 1 100 MW şi o producţie de 3 600 GWh/an.

Pentru MHC economicitatea depinde de :

⇒ amplasamentul şi investiţia aferentã (inclusiv cheltuielile administrative)

⇒ puterea instalatã şi producţia de energie probabilã (regimul debitelor, cãderi)

⇒ distanţa faţã de reţea

⇒ necesitãţile de întreţinere (gradul de automatizare, exploatarea de la distanţã fãrã

personal, fiabilitatea)

⇒ condiţiile financiare şi tariful de valorificare al energiei produse.

Evaluarea potentialului economic amenajabil a avut in vedere:

• Reabilitarea MHC aflate în funcţiune:200 MW / 600 GWh/an

• MHC aflate în construcţie: 125 MW / 400 GWh/an

• MHC noi (de sistem si autonome): 75 MW / 100 GWh/an

In concluzie, in ceea ce priveste micropotentialul hidroenergetic (grupuri sub 10 MW) valorile sunt prezentate in tabelul de mai jos.

5

Microhidrocentralele pot fi amplasate fie în zone muntoase, unde râurile sunt repezi, fie în zone joase, cu râuri mari. În continuare sunt prezentate cele mai des întâlnite patru tipuri de amenajări ale microhidrocentralelorPentru schemele de căderi mari şi medii, se folosesc combinaţii de canal şi conductă

forţată.

Dacă terenul este accidentat construcţia canalului este dificilă, şi atunci se utilizează numai conducta forţată care uneori poate fi îngropată.În amenajările tip baraj turbinele sunt plasate în corpul barajului sau în imediata vecinătate a acestuia, astfel că aproape ca nu mai este nevoie de canal sau de conducte.

O altă optiune de amplasare a microturbinelor este utilizarea debitelor de la staţiile de epurare a apei sau de epuisment.

Tipuri de amenajări microhidroenergetice

Tipuri de turbine

1. Turbine cu acţiune

-Turbina Pelton constă dintr-un rotor pe care sunt fixate mai multe cupe, în timp ce un jet de viteză mare acţionează tangenţial asupra rotorului. Jetul loveşte fiecare cupă şi este împărţit în două, astfel încât fiecare jumătate este reflectată la aproape 180º. Aproape toată energia apei este utilizată în răsucirea cupelor, iar apa reflectată este colectată într-un canal.

-Turbina Turgo este asemanătoare cu Pelton, dar jetul loveşte rotorul sub un unghi de 20º, astfel că apa intră pe o parte a rotorului şi iese pe cealaltă. De aceea debitul nu este limitat de cantitatea de apă evacuată (ca în cazul turbinei Pelton). În consecinţă, turbina Turgo poate avea un diametru mai mic decât Pelton, pentru aceeaşi putere produsă.

-Turbina Bánki constă din două discuri de tablă groasă pe care sunt sudate nişte pale. Jetul de apă intră prin partea superioară a rototului printre palele curbate, şi iese prin partea opusă, trecând astfel şi a doua oară printre pale. Palele au forma astfel încât la fiecare trecere prin periferia rotorului apa transferă o parte din momentul său, înainte de a cădea cu puţină energie reziduală.

2. Turbine cu reacţiune

Turbinele cu reactiune utilizează debitul de apă care intră în rotor pentru a genera forţele hidrodinamice care acţionează asupra palelor rotorului punându-le în mişcare. Ele se diferenţiază de turbinele cu acţiune prin faptul că rotorul funcţionează întotdeauna într-o carcasă complet umplută cu apă.Toate turbinele cu reacţiune au un difuzor cunoscut ca „aspirator” sub rotor prin care apa se evacuează. Aspiratorul încetineşte apa evacuată şi reduce presiunea statică în zona de sub rotor, crescând astfel căderea netă.

Turbinele de tip elice sunt asemănătoare, în principiu, cu elicele unui vapor, dar funcţionând în mod invers.

Microhidroagregate compacte

Microhidroagregatele de largă utilizare sunt echipate cu turbine: Kaplan tubulară, axial compactă , Kaplan (K), Banki sau Francis (F) şi sunt alcătuite în

principal din următoarele subansambluri:

o microturbină hidraulică;

o mecanism de acţionare;

o vană de intrare;

o generator asincron;

o dulap electric de comandă-automatizare.

Locatii pentru aplicatii microhidroenergetice

Sursa: UPB, ENERO, Hidroelectrica, 2006

Bazinele hidrografice de pe teritoriul României sunt prezentate în Fig.

Locatii in bazinul hidrografic Olt

Oltul drenează, pe cei peste 700 km ai cursului său de la izvoare până la vărsarea în Dunăre, unităţi de relief cu condiţii fizico – geografice diferite, mai ales că şi suprafaţa bazinului e apreciabilă (24.900 km2). Are izvoarele la circa 1.800 m altitudine - Hăşmaş (Curmătura).Cu toate că amenajarea hidroenergetică a râului Olt este cea mai importantă de pe râurile interioare, potenţialul rămas de amenajat este semnificativ. Astfel, potenţialul teoretic liniar însumează 457.906 kW, iar potentialul mediu = 85,1 kW/km, variind de la 0,3 kW/km la 721 kW/km.

Locatii in bazinul hidrografic al râului Mureş

Bazinul hidrografic al râului Mureş, situat în partea centrală şi de vest a României, este cuprins între Carpaţii Orientali, Meridionali şi Apuseni, iar sectorul său inferior este amplasat în centrul câmpiei Tisei.

Suprafaţa bazinelor hidrografice ale cursurilor de apă inventariate, din cadrul bazinului hidrografic Mureş, totalizează 15.340 km2, iar lungimea corespunzătoare este de 3.050 km.

Pantele cursurilor de apă variază mult de la sub 10 m/km la peste 100 m/km.

Dintr-un număr de 306 sectoare inventariate, 39 sectoare au p > 150 kW/km, potenţialul specific variind de la 15 kW/km la 628 kW/km.

Potenţialul teoretic liniar al sectoarelor de râu studiate totalizează 300.994 kW, având un potenţial specific mediu p = 74,6 kW/km.

Locatii in bazinul hidrografic Tisa – Someş

Afluent al fluviului Dunărea, Tisa superioară drenează toţi afluenţii care îşi culeg izvoarele de pe versanţii vestici ai Carpaţilor Păduroşi (Ucraina) şi ai Munţilor Maramureş, din nordul Munţilor Rodnei şi Lăpuşului, precum şi numeroasele pâraie nordice şi estice care sosesc din eruptivul Oaş – Gutâi - Tibleş. Toate râurile din vest gravitează spre depresiunea tectonică a Maramureşului, considerată ca o adevărată piaţă de adunare a apelor.

Având în vedere faptul că râul Someş este afluent al râului Tisa, care udă teritoriul României pe o lungime nu prea mare în raport cu toată lungimea sa, cele două râuri au fost analizate împreună.

Suprafaţa cumulată a cursurilor de apă în bazinele hidrografice amintite mai sus este de

21.065 km2, însumând o lungime de 2.689 km.Potenţialul teoretic liniar al cursurilor de apă analizate totalizează 177.197 kW şi potenţialul specific mediu al acestora este de 65,4 kW/km.

Industria energiei hidroelectrice în România

Principalele hidrocentrale sunt amenajate pe - Bistrita la Bicaz (220 MW) si alte 12 în aval, cu o putere de 220 MW

- pe Arges cu o putere instalata de 240 MW si alte 19

- Pe Lotru s-a construit hidrocentrala cu lacul de acumulare Vidra, cu o putere instalata de 510 MW

- pe Olt, totalizând o putere de 1000 MW

-pe Sadu, Sebes (Gâlceag, Sasciori, Sugag), pe Râul Mare în Retezat7 microhidrocentrale cu o putere de 210 MW

Rîul Bicaz Tipul barajului PG / TE Tipul etansarii ie Cota la coronament m 515.00 Inaltimea barajului m 20.00 Inaltimea digului m 10.00 Lungimea barajului m 33.00 Lungimea digului m 1,500.00 Volumul barajului th.m³ 30.00 Volumul digului th.m³ 200.00 Volumul acumularii mil.m³ 0.10 Scopul acumularii HI Derivatie subterana m 9845 Anul PIF 1980

CHE – VADENI Tipul centralei – HPP in retention front Cota amonte – 221.00 m Cota aval – 205.00 m Caderea – 16.00 m Nr.si tip agregat– 2 Kaplan + o turbina de mica cadere Debit instalat – 90.00 m³/s Canal de fuga – 1,400.00 m Puterea instalata – 11.80 MW Energia medie – 27.00 GWh/year 

Cele mai mari hidrocentrale de pe fluviul Dunarea:Portile de Fier I, cu o putere instalata de 1080 MWPortile de Fier II, cu puterea instalata de 250 MW.

Principalele hidrocentrale din Romania:

Centrala Riul Puterea

inst. (MW)

Puteri unitare (MW)

Acumularea Vol.stoca

t (mil.mc)

Perioada p.f.

PORTILE DE FIER I Dunarea 1050,0 6x175 Portile de Fier 2.400,0 1971

LOTRU CIUNGET Lotru 510,0 3x170 Vidra 370,0 1972

RAUL MARE RETEZAT

Raul Mare

335,0 2x167,5 Gura Apelor 200,0 1987

MARISELU Somes 220,5 3x73,5 Fantanele 220,0 1977

VIDRARU Arges 220,0 4x55 Vidraru 465,0 1966

PORTILE DE FIER II Dunarea 216,0 8x27 Portile de Fier II

800,0 1985

STEJARU Bistrita 210,0 6x35 Izvorul Muntelui

1.230,0 1960