Carta Albă a CEI privind eficiența energetică: provocări si nevoia de a găsi rezolvări la acestea

Eficienta Energetica

de Florin Teodor Tanasescu

Carta Albă a CEI privind eficiența energetică: provocări si nevoia de a găsi rezolvări la acestea

Fondată în anul 1906, Comisia Electrotehnică Internațională (CEI), este un lider mondial în elaborarea politicilor ce vizează electrotehnologiile, noțiune care ascunde în ea tot ceea ce este produs sau tehnologie în domeniul electricității. Punând în discuția specialiștilor marile probleme care preocupă lumea, CEI pregătește prin participarea celor mai cunoscuți specialiști din țările lumii elaborarea și publicarea standardelor CEI, standarde care, dat fiind globalizarea activităților: tehnice, economice, de proprietate intelectuală, sunt valabile în toate țările lumii.

De remarcat faptul că aceste standarde sunt opera a peste 10000 experți din aproape toate marile țări ale lumii (producția acestor țări în domeniul electric depășeste 90% din producția mondială) și că împreună cu ISO (Organizația Internatională de Standardizare) și ITU (International Telecomunication Union), constituie cei 3 piloni ai Standardizării globale. Valabilitatea acestor standarde și politici, deriva din faptul că deși membrii sunt diferiți, ei au un lucru comun și anume că reprezintă interesul industriei electrotehnice a țării, al companiilor și mediului de afaceri, asociațiilor inginerești, instituțiilor academice, instituțiilor guvernamentale și de reglementare.

Viziunea globală a CEI se reflectă în numeroase studii, prognoze și luări de poziții în politicile lumii, din analiza acestora urmând să selecteze acele direcții ce impun - pentru o coerență și unanimă aplicare - lucrurile ce trebuie standardizate.

Din rândul lucrărilor mari de prospectare a viitorului, în Septembrie 2010, CEI a elaborat si publicat o Carte alba: ,,Electrificarea inteligentă – Cheia eficienței energetice” care prin contribuția a 15 mari specialiști din întreaga lume și folosind date oficiale din băncile de date ale Organizațiilor internaționale de profil, a conturat care sunt provocările energetice ce stau în fața lumii și rolul pe care trebuie să-l aibă CEI în perioada anilor 2010-2030.
Prezenta lucrare își propune ca idei importante care se desprind din această ,,Carte” să fie transmise specialiștilor români, ca probleme ,,care vin” și pentru care trebuie oferite, din timp, soluții.

În prezentul articol, vor fi prezentate din această ,,Carte Alba a eficienței” imaginea unei lumi la orizontul anilor 2030-2050, nevoia de energie dar și implicațiile pe care această cerere le va induce, elementele noi ce apar în sistemele de generare și transport a energiei electrice, urmând ca ulterior să fie abordate și alte probleme de interes, existente în lucrare și vizând energia în locuințe, tehnologii noi de utilizare a energiei, captarea CO2, recomandări care se impun a fi luate.

1. Ce se prognozează a fi în lume până în anul 2050?

Ultimele decenii au fost dominate de provocarea adresată lumii de a găsi o soluție globală pentru câteva probleme de mare complexitate: creșterea populației, cererea crescută de energie și corespunzator a nivelului de emisii care urmează acestei creșteri, scăderea resurselor - combustibili fosili și alimentație, apă -, eficiența energetică la producerea și utilizarea energiei.


Cu cât populația va crește, cu atât mai multă energie electrică va trebui, cu atât mai multe resurse fosile vor fi consumate, cu atât mai multe emisii vor aparea, cu atât mai mult climatul se va schimba, creșterea temperaturii fiind asociată unor mutații neconforme cu nevoile unei alimentații satisfăcătoare pentru populație.

Cum rezolvarea izolată doar a unei singure probleme nu este o soluție, strategia elaborată de Comisia Electrotehnică Internațională (CEI) având la bază studii ale Agenției Internaționale de Energie (IEA), încearcă să dea un raspuns acestor probleme, expandat până în anul 2030 dar și cu anumite elemente de prognoză până în anul 2050, previziuni înscrise într-o Carte Alba a CEI publicată în Septembrie 2010: ,,Electrificare inteligentă – Cheia spre eficiența energetică” (Smart electrification–The Key to energy efficency).

Implicarea CEI în această acțiune este justificată prin misiunea sa, cunoscută încă din 1906 când s-a creat ca organizație mondială de standardizare și care prin documentele, reglementările și standardele elaborate a acționat în spiritul găsirii celor mai potrivite soluții, acceptate de state prin consens tehnic, standardizate apoi, prin acesta consfințind aplicarea în plan global a celor mai bune soluții și practici.

Care sunt datele de pornire pentru aceasta analiză?
Economia globală, se estimează că va crește de cca. 4 ori până în anul 2050, o creștere de 10 ori mai mare putându-se semnala în China și India! Urmarea? Creșterea standardului de viață a populației va cere mai multă energie, va apare o presiune mai mare asupra resurselor și o creștere a nivelului de poluare.
Populația. De la 6,5 mld. în anul 2006 se estimează că în anul 2030 ea va ajunge la 8,2 mld., cu o rată anuală de creștere de 1% (față de perioada anilor 1990–2006 când această creștere a fost de 1,4%). O creștere mai rapidă a populației se prevede a apărea în rândul țărilor non–OECD.
Cererea de energie. Creșterea populației și industrializarea țărilor va crește cererea de energie electrică, ceea ce impune o dublare a energiei primare până în anul 2050! Cererea de energie electrică considerată a fi cea mai controlabilă forma de energie - ușor de generat,  transportat și utilizat - nepoluantă, se va tripla până în anul 2050!
Combustibilii fosili, aproximativ 80% din total în anul 2030, dar și sursele noi își cresc participarea, deși cu o slabă rată de creștere la nivel mondial (în Europa procentul va fi mai ridicat!).

  În figura 1 este prezentată participarea combustibililor și a surselor noi la balanța energetică a lumii. Ca o observație cu caracter general, la nivelul anului 2030 vectorii energetici cu ponderi semnificative până la aceasta dată cunosc creșteri (petrol, cărbune, gaze naturale, biomasă), cea mai ridicată rată de creștere fiind a cărbunelui. Surprinde curba ușor descendentă a energiei nucleare și creșterea lentă a surselor noi și a energiei hidro!

În continuare vom prezenta câteva observații pentru fiecare element ce se regăsește în graficul din figura 1:

  • cărbunele ramâne un lider în producerea de căldură și electricitate, explicabil prin rezervele încă semnificative și faptul că se dezvoltă astăzi noi tehnologii de ardere, fără sau cu un conținut redus de emisii de CO2. 

Față de anul 2006, cărbunele are creșterea cea mai alertă dintre toți combustibilii, cu aproape 50% în anul 2030. În această situație, România ar trebui sa aibă o politică mai rațională privind ,,cărbunele”, dat fiind resursele de care dispunem și de tehnologiile noi de ardere puțin poluante promovate astăzi în lume.

  • petrolul rămâne în continuare cu o mare pondere, dar față de perioada 2006, în 2030 nu reprezintă decât 30% față de 34% în anul 2006. Chiar dacă va crește consumul de petrol, ponderea sa în generarea de electricitate va scădea. 

  • gazul natural are în schimb un procent mai ridicat în balanța energetică, crește de la 21% la 23% 

  • energia nucleară contribuie doar cu 13% în anul 2030 față de 16% în anul 2006

  • contribuția hidro rămâne constantă, cifrată la 6% 

  • sursele noi (fotovoltaic, vânt, biomasă, deșeuri), cu toată creșterea lor medie anuală de 6,2%, în perioada anilor 2006-2030, - cea mai rapidă creștere a surselor de energie - ea nu va reprezenta, ca pondere, mai mult de 10-12%, încât nu este considerată a avea o contribuție semnificativă la îmbunatațirea balanței energetice a lumii.

Emisiile de Bioxid de Carbon (CO2)
La nivelul anului 2010, emisiile de CO2 erau evaluate la 28Gt la utilizarea energiei și 10,8 la generarea sa, pentru că la nivelul anilor 2030 ele sa fie 42Gt, respectiv 17,8 Gt. Întrucât panelul pentru schimbări climatice a Națiunilor Unite a demonstrat că pentru a limita la 2 grade Celsius, creșterea de temperatură, concentrația de CO2 în atmosfera trebuie să fie sub 450 ppm și în consecință, lumea nu va trebui sa emită mai mult de jumatate decât emite astăzi.

2. Unde se utilizează energia ?
Dupa IEA, industria, transportul și clădirile/serviciile, sunt consumatori aproape egali în ceea ce privește utilizarea energiei primare, fiecare cu o cotă de cca.1/3. În industrie și clădiri/servicii, electricitatea este dominantă, cu cea mai mare rată de creștere. Deși redusă ca pondere în utilizare în domeniul transportului, este de așteptat ca în viitor, odată cu dezvoltarea, orizontalei”: acumulatoare, pile de combustie, ponderea electricității în tracțiunea electrică să crească.

Conversia energiei - de orice natură ar fi ea - în electricitate, este la această dată cea mai recomandată, dat fiind și eficiența de utilizare ridicată, dar care încă mai ascunde suficiente căi de a fi îmbunatățită:

  • 31% din combustibilii fosili sunt astăzi utilizați pentru a produce electricitate

  • 1/3 din energia finală utilizată în industrie este electricitatea, cu o creștere de 2,75% anual, urmare a schimbării unor tehnologii și procese.

Arătând unde se consumă energie și că este nevoie de a optimiza aceste consumuri, practic se anticipa și domeniile în care va trebui acționat pentru a crește eficiența energetică și prin această asigurarea cererii crescute de energie.

3. Modernizarea sistemelor de generare electrică cunoscute astăzi
Punctul de plecare în aceasta analiză, este în mod firesc, modul în care și la ce randament se face conversia diverselor forme de energie în energie electrică.

Curbele din figura 1 au arătat cât se poate de clar ca și în etapa viitoare - până în anul 2050 - combustibilii fosili vor reprezenta principalul vector energetic, iar din rândul acestora, cărbunele - cu tot pericolul pe care-l reprezintă generarea de CO2 - va avea ponderea cea mai înaltă.

Fără să reducă rolul surselor noi de energie în viitoarea balanță energetică, care, deși au o dinamică foarte puternică, în mod global nu vor avea o participare mai mare de 10–12% și nici al noilor filiere nucleare bazate pe fisiunea combustibililor nucleari - fuziunea ca proces energetic economic depășind chiar 2050 - studiul critic făcut are la bază soluțiile principial cunoscute dar care pot fi ameliorate prin schimbări de parametri de lucru, combinări de tipuri de conversii, etc.

,,Cartea albă a eficienței”, analizând problema creșterii randamentului de conversie, menționează aparția unor tehnologii de conversie noi, menite a utiliza cărbunele sub altă formă (pulverizat), realizarea unor cicluri noi de conversie hibridă prin cuplarea unei turbine alimentată cu gaz la temperatura înaltă și utilizarea căldurii reziduale într-o a doua turbină cu abur cuplată la prima, sisteme de cogenerare bazate pe principii noi (pila de combustie ca element central care oferă și electricitate și căldura reziduală) folosită apoi într-un sistem convențional de generare electricitate:

  • Generarea de electricitate printr-un ciclu combinat turbină cu gaz–turbină cu aburi este menit să crească randamentul de conversie la 59% iar într-o etapă urmatoare crescând temperatura gazului în turbina de la 15000C la 17000C, randamentul să ajungă la 62%!

  • Sisteme de generare bazate pe arderea cărbunelui pulverizat (PCC), reprezintă deja o soluție de utilizare sigură a cărbunelui în generarea de electricitate, fără emisii de CO2 și cu randamente de 43-45%, probabil 50% în următorii ani. 

  • Sisteme de cogenerare bazate pe principii noi 

Cogenerarea ca sistem: generare de căldură și electricitate (Combined Heat and Power-CHP), este susținută tehnologic de progresele obținute în ultimii ani în domeniul pilelor de combustie, sursa de energie care oferă simultan atât electricitate cât și căldură la parametri înalți. Pila de combustie devine elementul central al unui asemenea sistem de cogenerare.
De remarcat că ultima soluție - promovaăa în principal de americani și japonezi - va conduce la creșterea randamentului la 54–58%, aproape dublu cât avem astăzi! (figura 2).

Dezvoltarea unor noi tehnologii care să reducă sau să elimine complet emisiile, în condițiile unor randamente ridicate devine o preocupare de bază în urmatoarea perioadă de timp.

  • Și-n cazul noilor filiere nucleare - în special cele bazate pe fisiunea combustibililor nucleari - în afară unor tehnologii noi de conversie vor apare noi cerințe atât în dezvoltarea unor echipamente cât și în automatizarea și controlul unor procese și acționarea unor echipamente, în care soluțiile date vor aduce nu numai siguranță, control al procesului, calitate dar și eficiența energetică. Fuziunea nucleară rămâne în continuare o speranță a viitorului care poate fi mai îndepărtat sau mai apropiat, funcție de evoluția pieței energiei în perioada mentionată. 

4. Transportul energiei
Pierderile la transportul de energie se situează la nivelul a 8-9%. În plus probleme noi apar în legătura cu viitorii consumatori, aflați în zone în care o infrastructură de generare și transport a energiei electrice lipsește și nu există nici experiența anilor buni de utilizare întâlniți la țările dezvoltate.
„Carta albă" din care v-am extras unele tendințe, semnalează faptul ca astăzi, 1,6mld. oameni traiesc în zone care nu au acces la electricitate și este clar că aceștia vor cere electricitate odată cu dezvoltarea. Aceste noi cereri de energie se vor izbi de lipsa unei structuri, cea actuală nefiind la nivelul de a satisface cererile de energie.

De asemenea, distanțele de la locul de generare a electricității la utilizarea ei fiind mari, va fi cu siguranță pusă în sensul creșterii tensiunii de transport în c.a. sau poate a transportului în c.c., soluții care ar reduce în mod semnificativ pierderile.

Faptul că în cadrul CEI a apărut în anii trecuți un nou comitet tehnic, alocat transportului de energie în c.c., a cărei președenție China s-a străduit să și-o aloce, este poate o dovadă a faptului că aici pot apare cerințe și provocări noi puse electricianului. Mă gândesc nu numai la echipamente, dar și la problema comutației în c.c., al conversiei energiei din c.c. în c.a., al automatizărilor complexe care se impun vizând eficiența energetică, poluarea, al comenzii unor procese noi.

5. Concluzii
Lucrarea și-a propus să informeze cititorii asupra elementelor importante care se desprind din documentul CEI: Smart electrification - The Key to energy efficiency - sept. 2010, care pune în discuția specialiștilor probleme importante ale perioadei 2030-2050 și pentru care trebuie să se gaseasca soluții. În această primă parte s-au prezentat problemele legate de tehnologiile noi de generare a electricității și a transportului de energie care se prefigurează a fi aplicate în perioada anilor 2030-2050.


FLORIN TEODOR TANASESCU, prof. dr. ing.  Presedinte, Comitetul Electrotehnic Român



Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord