Universitatea politehnica

OPTIMIZARE ASISTATA PE CALCULATOR

A ENERGIILOR REGENERABILE.

Definitia procesului de optimizare:

Optimizarea, în general este definită ca fiind operaţia de studiere a unei probleme, finalizată cu unrezultat care, în comparaţie cu alte rezultate posibile este cel mai bun, iar în baza acestuia se poate lua o decizie cu caracter tehnic şi economic.

Optimizarea este un proces de prim ordin al activităţii umane şi se realizează printr  -o alegere, atribut al omului de a decide asupra soluţiei celei mai bune dintre două sau mai multe soluţii posibile. Subiectivismulînsă îşi pune amprenta asupra căutării soluţiei optime şi este cu atât mai pronunţat cu cât numărul soluţiilor posibile este mai mare. Cum domeniul soluţiilor posibile creşte odată cu progresul tehnico-economic, alegereaoptimului se face tot mai greu. În aceste condiţii se impune obiectivizarea soluţiei optime, mai ales atuncicând domeniul soluţiilor posibile creşte nelimitat. In cele mai multe situaţii, domeniul soluţiilor posibile esteinfinit, iar din infinitatea acestor soluţii una este cea mai bună pentru un anumit scop, adică optimă


Care sunt metodele analitice de optimizare utilizate la testarea funcţiilor obiectiv cu restricţii de tip inegalitate:
 Metoda bazată pe ignorarea inegalităţilor 

  În cadrul acestei metode, abordarea identificării soluţiei se face parcurgând următoarele etape

1.Se tratează funcţia obiectiv ca o funcţie fără restricţii;

 2.Se verifică dacă punctele staţionare găsite astfel sunt în interiorul domeniului admis, respectiv dacăverifică sistemul de restricţii;

  Dacă acest lucru este adevărat, soluţia problemei cu restricţiile inegalitate este identică cu soluţia problemei fără restricţii;

  Dacă acest lucru este fals, optimul căutat se poate găsi pe frontiera impusă de restricţii. Identificareasoluţiei în acest caz are loc prin impunerea respectării la limită a inegalităţilor ce nu sunt satisfăcute printransformarea lor în restricţii de tip egalitate. În acest caz rezolvarea problemei se reia de la primul punct alalgoritmului, încluzând în calcul şi restricţiile egaliate obţinute astfel.

 
Optimizare: identificarea, intr-o situatie de decizie, a acelei decizii care,

dintr-un anumit punct de vedere (dinainte stabilit), este cea mai buna decizie

dintre toate deciziile posibile.

Problemele de optimizare pot fi definite ca probleme de determinare a

celei mai mari sau a celei mai mici valori ale unei functii de una sau mai multe

variabile (optimizarea este o problema de extrem).

ENERGIA SOLARA

I.INTRODUCERE

Soarele este o sursa imensa de energie. Aceasta ajunge pe Terra subforma deradiatii solare, radiatii care pot fi captate si transformate in alte forme de energie: electrica, mecanica sau termica. Astfel, energia solara isipoate gasi utlizarea in domenii diverse, de la agricultura pana la cercetare.Primele incercari de folosire ale energiei solare deteaza inca dinsecolul trecut. In prezent, aceasta este intalnita in foarte multe medii.

Principalele moduri de utilizare a sa sunt insa urmatoarele:

•producerea de energie termica incalzirea apei, incalzire alocuintelor sau a serelor, etc

•producerea de energie electrica prin intermediul celulei fotovoltaice.Aceasta este rolul unei lungi evolutii, de la alimentarea calculatoarelor de buzunar pana la centralele solare, ce pot alimenta cartiere intregi de locuinte.Acestea nu se opresc insa aici, marturie fiind zecile de dispositive solare aflate pe piata, de la ceasuri de mana pana la sateliti.

II. ARGUMENTARE

De ce energie solara?

Pentru ca este disponibila in cantitati imense, este inepuizabila (cel putin pentru cateva miliarde de ani) si este ecologica.Captarea energiei solare nu este poluanta si nu are efecte nocive asupra atmosferei, iar in conditiile in care degradarea Terrei atinge un nivel din ce in ce mai ridicat, aceasta problema incepe sa fie luata in seama de tot mai multi oameni.Si acest lucru se vede. In cazul producerii de energie electrica prin intermediul panourilor fotovoltaice, procentul energiei solare din totalul energiei produse pe glob a crescut de la 0,04% in 2004 la peste 0.3% si se estimeaza ca va depasi 0,4% pana la finalul lui 2010. In continuare este un procent minuscul, dar este de apreciat faptul ca omenirii a inceput sa ii pese.Iar pe masura ce tehnologia se va dezvolta, energia solara va fi utlizata dince in ce mai mult.

De ce nu energie solara?

Raspandirea foarte limitata a utlizarii tehnologiei solare are foarte multe cauze.In primul rand, tehnologia de captarea a razelor solare este inca la inceput si costisitoare. Pretul producerii unui WATT in prezent, prin intermediul celulelor fotovoltaice, este de 6-7 ori mai mare decat cel al producerii sale in termocentrale. De aceea investitia initiala intr-un sistemde producere a energiei prin captarea razelor solare este mare, chiar daca amortizarea se produce in timp , sistemele fiind in general foarte fiabile si putand functiona 10-25 de ani fara mari costuri de intretinere.In plus, panourile solare au un randament foarte scazut daca raportam

cantitatea de energie produsa la dimensiunea lor : pentru acoperirea necesitatilor unei locuinte fiind necesare panouri de cateva zecide metri patrati. Dar si acest lucru se va schimba pe masura ce tehnologia evolueaza.

Cel mai mare dezavantaj este insa acela ca energia solara este dependenta de razele soarelui, cu alte cuvinte de cantitatea de radiatii solare care ajung pe Pamant. Iar aceasta este variabila , in functie de ora, deperioada a anului, de conditiile atmosferice, etc. Si nu in ultimul rand,randamentul sistemelor solare depinde in mare masura de unghiul sub carecade raza de soare pe panoul solar, asadar de pozitia pe glob. O harta a potentialului solar in Europa poate fi vazuta mai jos.

Este energia solara o alternativa sau nu?

Cu singuranta este. Dar acesta este cuvantul potrivit momentan: o alternativa. La fel ca energia eoliana sau marina. Pentru ca in conditiile actuale, necesarul energetic al Terrei are nevoie de existenta centralelor pe baza de carbune sau nucleare. Dar in viitor, acest fapt se va schimba cu singuranta.

III.PARTEA TEORETICA

1.Centralele solare termice

Centralele solare termice, în funcţie de modul de construcţie pot atingerandamente mai mari la costuri de investiţii mai reduse decât instalaţiile pe bază de panouri solare fotovoltaice, necesită în schimb cheltuieli de întreţinere mai mari şi sunt realizabile doar pentru puteri instalate depăşindun anumit prag minim. Totodatată sunt exploatabile economic doar în zone cu foarte multe zile însorite pe an.Pentru utilizarea energiei conţinute în radiaţia solară în scopul producerii de energie electrică s-au conceput mai multe metode.Tehnologiiile rezultate se impart în două mari grupe în funcţie de utilizarea energiei radiaţiei concentrate într-un spaţiu restrâns, sau utilizare fără concentrare.
 

Centrale solare termice cu concentrarea radiaţiei solare directe.

Ilustraţie ce prezintă prin mărimea pătratelor roşii suprafaţa deşertică ce ar fisuficientă pentru acoperirea necesarului de energie: Globală, a Europei, a Germaniei.

Fig 1.1 :Ilustraţie ce prezintă prin mărimea pătratelor roşii suprafaţa deşertică ce ar fisuficientă pentru acoperirea necesarului de energie: Globală, a Europei, a Germaniei.

Centrale solare cu câmpuri de colectoare

Câmpul de colectoare ale centralei este compus din mai multe jgheburi parabolice sau colectoare Fresnel legate în paralel şi numite concentratoare liniare. Construirea de câmpuri de colectoare paraboloide este deasemenea posibilă, dar vizavi de concentratoarele liniare sunt foarte costisitoare. În ceea ce priveşte instalaţiile cu jgheburi parabolice acesteasunt deja în exploatare comercială.

Centrale solare cu jgheaburi parabolice

Colectoarele cu jgheaburi parabolice la Kramer Junctionin California Colectoarele cu jgheaburi parabolice sunt constituite din oglinzi lungi curbate transversal pe un profil de parabolă concentrând fluxul radiaţiei solare pe un tub absorbant situat în linia focală. Lungimea acestui tip de colectoare este cuprinsă în funcţie de tip între 20 şi 150m. Tubul absorbant este constituitdintr-o ţeavă de metal acoperită în exterior cu un strat absorbant şi prin care curge agentul termic şi care este în interiorul unui alt tub, de astă dată de sticlă de borosilicat rezistent la acţiuni mecanice şi chimice fiind acoperit deun strat antireflectorizant. Între cele două tuburi este creat vid pentru a reduce pierderile prin convecţie.

Energia radiaţiei solare este transformată în energie calorică şi cedată agentului termic. Oglinzile parabolice sunt aşezate de regulă în rânduri unadupă alta pe direcţia N-S.

Centrale cu turn solar

Fig 1.2: Centrala pilot Solar Two.

În cazul centralelor cu turn solar este vorba de obicei de centralepe bază de aburi generaţi cu ajutorul energiei solare. Focarul (camera decombustie) încălzit până acum cu păcură, gaz natural sau cărbune, este înlocuit de un focar solar aşezat în vârful unui turn.

Radiaţia solară, a sute,chiar mii de oglinzi cu orientare automată după poziţia soarelui este reflectată către o suprafaţă absorbantă centrală numită receiver. Datorită puternicei concentrări de radiaţie, în turn apar temperaturi de ordinul a mii de grade.

Centrale cu oglinzi parabolice

Fig 1.3: Oglinzi parabolice

Oglinzile parabolice sunt construite cu două grade de libertate putând urmări poziţia soarelui pe cer. Ele sunt montate pe un stativ şi concentrează razele solare într-un punct focal propriu fiecărei oglinzi undeeste montat un receptor de energie termică. Acest mod de construcţie este foarte compact. Oglinzile sunt fabricate cu un diametru cuprins între 3 şi 25m rezulând o putere instalată de până la 50kW pe modul. La instalaţiile deacest tip receptorul este conectat la un motor Stirling care transformă energia termică direct în energie mecanică putând acţiona un generator electric.O soluţie mai rară o constituie parcurile(fermele) de oglinzi parabolice. În punctual focal comun tuturor oglinzilor se află o suprafaţă absorbantă cu ajutorul căreia este încălzit un agent termic utilizat în continuare pentru generare de aburi. Conectarea în grup a mai multor oglinzi parabolice constituie o abordare mai puţin economică decât centralele cu jgheaburi parabolice sau cele cu turn solar.

 

Centrale solare termice fără concentrarea radiaţiei solare

Aceste centrale solare nu dispun de refletoare orientate, utilizând totuşi întreaga energie conţinută în radiaţia solară atât cea directă cât şi cea difuză.La centralele cu iaz solar rolul colectorului şi stratului absorbent este preluat de straturile de apă sărată cu diferite concentraţii pe când lacentralele termice solare acest rol revine unui acoperiş de mari dimensiuni ceproduce un efect de seră.

Centrale solare pe bază de panouri solare fotovoltaice

Fig 1.4:Centrală solară în Atzenhof


Fig 1.5:Centrală solară în Göttelborn

Centralele de producere a energiei electrice pe bază de panouri solarefotovoltaice câştigă teren. Centrala solară din Quierschied suburbia oraşului Göttelborn/Germania construită pe o suprafaţă de 165000 mp în 2004/2005 produce 7,4MW energie electrică utilizând panouri solare.

IV.CONCLUZII:

 

Energia solara este gratuita. Trebuie doar captata!E rentabil sa folosim energia solara pe post de energie alternativeIata cateva argumente

:-E in totalitate gratuita;

-E o sursa de energie nepoluanta;

-Teoretic, este inepuizabila;

-Ofera un confort deosebit.

O buna dimesionare a sistemului de panourisolare ne ajuta sa obtinem apa calda(40-85 grade Celsius) pe tot parcursulanului;

-Soarele nu emite nicio factura pentru energia pe care ofera:

Energia solara se refera la o sursa de energie regenerabila care este direct produsa prin lumina si radiatia solara. Aceasta poate fi folosita sa:

•genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice)

•genereze electricitate prin centrale electrice termale

•genereze electricitate prin turnuri solare

•incalzeasca apa si sa asigure un aport termic la incalzirea locuintei pe timp de iarna

•incalzeasca blocuri, direct 

•incalzeasca blocuri, prin cuptoare solare.

STABILIREA ÎN MEDIU VIRTUAL A PROFILULUI 3D AL

PALEI TURBINEI EOLIENE

Desfăşurarea în continuare a cercetărilor legate de stabilirea corectă a interacţiunilor de bază între fluid şi pală, de identificarea condiţiilor limită de lucru a turbinei eoliene şi chiar de optimizarea prin analiza modală a palei, impune reconstrucţia în mediu virtual a profilului palei şi a suprafeţelor acesteia. Acest lucru este cu atât mai necesar cu cât până în prezent nu există nici o precizare privind caracteristicile geometrice şi funcţionale ale profilelor palelor turbinelor eoliene de mică putere, în general, şi ale palelor turbinei Joliet, în special.

Pe parcursul prezentei lucrări, în concordanţă cu echipamentele avute la dispoziţie în cadrul Institutului de Cercetare Ştiinţifică al Universităţii “Transilvania” (ICDT), s-a recurs la două metode de scanare a palei pentru obţinerea norului de puncte, care prin prelucrare computerizată să permită stabilirea profilului palei, astfel încât să se poată realiza analiza şi optimizarea, în mediul virtual, a palei.

RECONSTITUIREA PALEI PRIN METODA SCANĂRII CU CONTACT MECANIC

Prima metodă s-a bazat pe facilităţile puse la dispoziţia cercetărilor de echipamentul DEA GLOBAL Performance produs de Compania DEA Italia, capabil să facă măsurători prin scanare cu contact mecanic, punct cu punct, cu întreruperea contactului.

Cea mai performantă componentă a agregatului este capul de măsurare cu acţionare şi sistem de orientare automată (comandată de calculator) şi care dispune de palpatoare detaşabile prin cuplaj magnetic.

Pentru constituirea „norului de puncte”, pala a fost împărţită în tronsoane (segmente) cu lungimi care au permis accesul acestora în zona de măsurare a aparatului. Coordonatele punctelor au fost prelevate şi introduse automat în baza de date constituită de aparat. Deoarece măsurătorile au fost realizate pe tronsoane, a fost necesar să se importe toate tronsoanele, după care au fost cuplate (lipite) obţinându-se profilul integral al palei.

Funcţia utilizată în programul Digitized Shape Editor pentru cuplarea tronsoanelor a fost Clouds Union, iar după cuplare, pentru realizarea suprafeţelor palei a fost utilizată funcţia Mash Creation; ulterior, suprafeţele au fost închise cu funcţia Close Surface obţinându-se, în final, pala ca model solid

În prelucrarea coordonatelor punctelor componente ale „norului” s-au întâmpinat dificultăţi majore în reconstituirea zonelor marginale ale profilului palei şi în special în zona muchiilor de atac, acolo unde, prin însăşi construcţia sa, agregatul de scanare mecanică DEA GLOBAL Performance nu a fost capabil să furnizeze coordonate suficient de

CENTRALE DE INCALZIRE PE BIOMASA

Sistemele de incalzire cu biomasa utilizeaza materii vegetale si organice, precum lemnul, rezidurile agricole si chiar deseurile urbane in scopul generarii de caldura. Aceasta caldura poate fi transportata si utilizata acolo unde se cere, pentru incalzirea si ventilarea cladirilor individuale sau in retea si chiar in procesele industriale. Sistemele de incalzire cu biomasa sunt diferite fata de combustia conventionala realizata in sobe pe lemn sau in seminee, prin controlul amestecului de aer si de biocombustibil in scopul maximizarii randamentului si minimizarii emisiilor. Ele includ si un sistem de distributie care transporta caldura de la locul combustiei la beneficiar. Multe sisteme de incalzire cu biomasa includ un mecanism de alimentare automata cu biomasa. In figura alaturata se prezinta un sistem comercial de capacitate mica de incalzire cu biomasa.

Incalzirea cu biomasa nu este o noutate. Din cele mai vechi timpuri oamenii utilizeaza sobe si cuptoare alimentate cu lemn pentru a se incalzi. Dezvoltarea sistemelor de incalzire cu biomasa cu alimentare automata a inceput in anii 70 in Scandinavia, atuci cand pretul petrolului a explodat. Astazi exista o multime de sisteme care functioneaza la scara mondiala si care utilizeaza diferite biomase. Cu toate acestea multi specialisti in incalzire cat si publicul larg nu sunt informati asupra rentabilitatii, eficacitatii si fiabilitatii sistemelor de incalzire cu biomasa. Din cauza problemelor asociate emisiilor de gaz cu efect de sera, recent accentul a fost pus pe inlocuirea combustibililor conventionali cu surse de energie care se regenereaza, ceea ce a determinat cresterea interesului pentru sistemele de incalzire cu biomasa deoarece aceasta are asigurata reinnoirea. Incalzirea cu biomasa ofera numeroase avantaje propietarului sau comunitatii locale, in cazul unei retele de incalzire urbane. Acest tip de sistem poate inlocui resursele costisitoare de energie conventionala, cum sunt combustibilii fosili si electricitatea, cu resurse locale de biomasa. Biomasa este adesea disponibila gratis sau la costuri scazute, sub forma rezidurilor sau a produselor secundare neinteresante pentru industrie (de ex. Industria forestiera sau agricultura). Datorita utilizarii biomasei sunt diminuate rezidurile globale de poluanti si de gaz cu efect de sera; consumatorul este protejat contra variatiilor bruste si imprevizibile ale preturilor la combustibili fosili; sunt create noi locuri de munca la nivel local pentru colectare, preparare si livrare de materiale utilizabile. Sistemul de distributie a caldurii provenite de la centralele de incalzire cu biomasa faciliteaza de asemenea si recuperarea rezidurilor termice rezultate din producerea de energie electrica sau din procedee termice, asa incat aporturile de caldura pot fi transferate unor grupuri de cladiri sau chiar unor comunitati, totul in functie de conceptul retelei de incalzire urbana. Sistemele de incalzire cu biomasa presupun costuri de investitii mai mari decat cele ale sistemelor conventionale pe conbustibili fosili. In plus, calitatea biomasei variaza mai mult decat cea a conbustibililor fosili, care e relativ normalizata. Livrarea, depozitarea si manipularea sunt mai complexe si cer spatii mai mari. Toti acesti factori cer o implicare si o atentie crescuta din partea operatorilor acestor sisteme. Sistemele de incalzire cu biomasa sunt mai avantajoase fata de cele cu combustibili fosili atat prin costul combustibilului utilizat cat si a cheltuielilor de aprovizionare relativ scazute. Data fiind complexitatea si dimensiunea sistemelor automatizate de incalzire, ele sunt in general utilizate in sectoarele industrial, comercial, institutional si comunitar. Ele sunt de obicei situate in zone rurale sau industriale unde restrictiile asupra emisiilor de poluanti sunt mai putin severe, unde este facilitat acesul vehicolelor de aprovizionare, unde echipamentele de manipulare a biomasei, cum sunt incarcatoarele, sunt deja amplasate iar mana de lucru calificata pentru a exploata un astfel de sistem de incalzire industrial este mai usor de gasit. Sistemele de incalzire cu biomasa sunt bine adaptate nevoilor procedeelor industriale deoarece multe dintre ele necesita un aport continuu de caldura. Sistemele de incalzire cu biomasa sunt mai eficace si ridica mai putine probleme tehnice, producand, in cursul unui an, o cantitate constanta de caldura al un nivel apropiat de capacitatea lor nominala de productie. Aceasta maximizeaza economiile prin inlocuirea cantitatilor mari de combustibili fosili scumpi, justificand astfel costurile de investitii initiale mai mari si costurile suplimentare in mana de lucru pentru functionarea sistemului. Aceasta sectiune descrie sistemele de incalzire cu biomasa si pietele carora le sunt accesibile, incluzand mai ales retelele de incalzire urbana, cladirile individuale, institutiile, centrele comerciale si aplicatiile legat de procedee industriale. In final sunt prezentate consideratii generale proprii sistemelor de incalzire cu biomasa. Un sistem de incalzire cu biomasa este compus dintr-o centrala de incalzire, un sistem de distributie a caldurii si dintr-un sistem de aprovizionare cu biomasa. Aceste trei elemente sunt descrise detaliat in urmatoarele sectiuni. Tipuri constructive focare cu arderea biomasei Focar plan, fara rascolire, ardere in straturi linistit Acest tip de cazane au o functionare discontinua, in sensul ca mai intii se face o alimentare cu combustibil pe gratar, dupa care se lasa sa arda combustibilul. Din aceasta cauza, exista o zona de curgere preferentiala a aerului. Exista deci o ardere neuniforma, zgurificari locale si in final zgurificarea copmbustibilului, moment in care functionarea cazanului se opreste,

In acelasi moment in focar se gasesc si particule arse care se urca ducinduse spre canalul si cosul de fum, dar si particule care ard, facind parte din patul de ardere. Acest tip de focar se gaseste instalat pe cazanele de tip DUBAL, AIACS, F25, CIC. Cazanul trebuie oprit, realimentat si reaprins. De aceea astfel de cazane au rangamente scazute (50-60%). Mai amintim de asemenea ca inconveniente tehnice si functionarea greoaie, incarcare manuala, descarcare manuala a zgurii. Arderea pe un gratar mecanizat de tip lant In acest caz avem de aface cu o ardere in etape succesive. Acest tip de gratar este specific pentru arderea carbunilor cu puteri calorice intre 30-50 kj/kg, cu umiditate mica, carbuni cu cenusa greu fuzibila.



Gratar mecanizat Combustibilul solid poate ajunge la dimensiuni ridicate (0-400mm). Limitatorul de strat regleaza inaltimea stratului de combustibil (40-400 mm), altfel spus regleaza debitul de combustibil. Barele de gratar formeaza un gratar cu fante pentru aerul insuflat. Acest tip de gratar cu ardere in faza succesive are avantajul unei alimentari mecanice cu combustibil, deci avantajul unei functionari continue. Dozarea se realizeaza corespunzator cu cu timpul necesar arderii cu aer insuflat. Spre sfirsitul gratarului, unde arde cocsul, se produce zgurificarea. Bucatelele de zgura sunt evacuate printr-un put de zgura.
Arderea pe un gratar mecanizat cu impingere directa cu rascolire miscarea utere calorifica de ardere este mai bun Gratar mecanizat cu impingere directa cu rascolire Fenomenul de rascolire specific acestui gratar (Figura 4), consta in mecanizata prin care se realizeaza inaintarea stratului de combustibil, afinarea si aerarea acestuia in acelasi timp cu spargerea crestelor de zgura. Acest tip de gratar este specific arderii combustibilului solid cu p intre 9000-11000 kj/kg cu continut ridicat de umiditate. Datorita acestei miscari a barelor de gratar, procesul decit in cazul anterior. Datorita acestei miscari lespezile de zgura se disloca si se sparg. Exista totusi posibilitatea de formare a zgurei abia in partea finala a gratarului, fenomenul fiind mult mai redus decit in cazul anterior.

Gratar mecanizat cu impingere directa cu rascolire Fenomenul de rascolire specific acestui gratar (Figura 4), consta in mecanizata prin care se realizeaza inaintarea stratului de combustibil, afinarea si aerarea acestuia in acelasi timp cu spargerea crestelor de zgura. Acest tip de gratar este specific arderii combustibilului solid cu p intre 9000-11000 kj/kg cu continut ridicat de umiditate. Datorita acestei miscari a barelor de gratar, procesul decit in cazul anterior. Datorita acestei miscari lespezile de zgura se disloca si se sparg. Exista totusi posibilitatea de formare a zgurei abia in partea finala a gratarului, fenomenul fiind mult mai redus decit in cazul anterior. Canale aer proaspat Buncar combustibil solid Limitator de strat Bare de gratar Sistem de articulare a barelor mobile Dispozitiv hidraulic de antrenare Ecran de radiatie fata Ecran de radiatie lateral Ecran de radiatie spate Bolta spate Bolta fata Tambur de zgura Put de zgura Arderea pe un gratar mecanizat GIR cu impingere rasturnata, cu rascolire iscarea barelor de gratar se face in sus si in jos (in contrasens unele fata de puternica Aceasta varianta de gratar reprezinta o imbunatatie a schemei anterioare. Se poate prevedea orice inclinare a barelor de gratar, astfel incit sa se portiveasca cel mai bine pe tipul de combustibil solid. In cazul de fata avem barele de gratar pozitionate vertical.

Gratar cu impingere rasturnata cu rascolire M altele). Ca urmare a acestei miscari combustibilul aprins avem de aface cu o impingere rasturnata a combustibilului. In acelasi timp avem si o recirculare a Canale aer proaspat Buncar combustibil solid Ecran de radiatie fata Limitator de strat Bare de gratar Bolta fata Sistem de articulare a barelor mobile Dispozitiv hidraulic de antrenare Concasor de zgura Put de zgura Tambur de zgura combustibilului deja aprins spre buncar, ceea ce conduce la o aprindere inferioara a acestuia, uscindu-l, deci pregatindu-l pentru ardere. Randamentul maximal se obtine atunci cind bolta fata trebuie este paralela cupanta gratarului. In acest caz gazele de ardere calzi se intorc spre zona initiala de ardere, aducind aporturi substantiale de caldura spre zona de uscare si aprindere. In cazul acestui gratar se combina aprinderea inferioara cu cea superioara. Miscarea barelor de gratar nu permite aglutinarea zgurii; rupe permanent zgura. Acest tip de gratar este prevazut pentru combustibil solid cu o putere calorifica de aproximativ 7000 kj/kg. Schema unei centrale termice de incalzire pe biomasa O centrala de incalzire cu biomasa cuprinde un anumit numar de unitati de incalzire. Acestea asigura o capacitate suficienta pentru a raspunde nevoilor de caldura (punandu-se in lucru unitati suplimentare daca cererea creste), reduc riscul asociat unei intreruperi de aprovizionare cu biomasa care ar putea compromite productia de caldura (celelalte unitati pot compensa un deficit de combustibil al unitatii principale) si maximizeaza utilizarea biomasei cu costul cel mai scazut (utilizand in primul rand biomasa cea mai ieftina si numai cand e necesat pe cea mai scumpa). Conform descrierii lui Arkay si Blais (1996), cele patru tipuri de unitati de producere de caldura care se pot regasi intr-o centrala de incalzire cu biomasa, clasate crescator in functi de pretul unitatii de caldura produse, sunt urmatoarele: 1) Sistem de recuperare a caldurii: caldura mai ieftina este in general furnizata de un sistem de recuperare a caldurii. Anumite centrale d eincalzire cu biomasa pot fi situate in apropierea unor echipamente de producere a electricitatii ( de ex. Un motor cu piston care actioneaza un generator) sau de un procedeu termic care emana caldura. Aceasta caldura, altfel pierduta, poat fi recuperata de un sistem de recuperare de caldura la costuri minime sau nule. 2) Sistem de combustie a biomasei: un sistm de combustie a biomasei produce caldura prin arderea biocombustibilului si este prin definitie inima unei centrale de incalzire cu biomasa. Costul unitar al caldurii produse este relativ scazut atunci cand este utilizata o biomasa ieftina si sistemul de combustie functioneaza la o incarcare relativ constanta, apropiata de capacitatea sa nominala. Sistemul de combustie a biomasei va raspunde, pana la capacitatea sa nominala de productie, nevoilor de caldura pe care sistemul de recuperare a caldurii nu le satisface. 3) Sistem de incalzire de varf: datorita caracteristicilor operationale si costurilor crescute de investitii, un sistem de combustie cu biomasa poate fi conceput ca sa furnizeze suficienta caldura ca sa raspunda cererilor obisnuite, dar poate sa nu fie suficient unor cereri de varf ocazionale. Sistemul de incalzire de varf va furniza fractiunea de cerere anuala de caldura care nu poate fi satisfacuta de sistemul de combustie cu biomasa. Sistemul de incalzire de varf utilizeaza in multe cazuri surse de energie conventionale si prezinta un cost de investitie mai scazut dar si costuri crescut cu combustibilul. In unele cazuri, sistemul de incalzire de varf este utilizat in perioadele in care cererea de caldura este foarte scazuta. In aceste conditii, sistemul de combustie cu biomasa ar fi ineficace sau ar genera niveluri inacceptabile de emisii (fum). 4) Sistem de incalzire de urgenta: un sistem de caldura d eurgenta este utilizat atunci cand mai multe sisteme de producere de caldura sunt oprite, ca urmare a lucrarilor de intretinere sau a intreruperii aprovizionarii cu combustibil. Sistemul de incalzire de urgenta are in general aceleasi caracteristici ca si sistemul de incalzire de varf, adica costuri de investitie scazute dar costuri cu combustibilii crescute. Sistemul de incalzire de varf este des utilizat ca sistem de incalzire de urgenta pentru sistemul de combustie cu biomasa si astfel nici un alt sistem suplimentar de urgenta nu este inclus in centrala de incalzire. Intr-un sistem de combustie a biomasei, elementul principal al unei centrale de incalzire cu biomasa, biocombustibilul este transferat prin sistemul de ardere trecand prin diferite etape succesive, dintre care multe sunt ilustrate in figura 2 si descrise mai jos: • zona de descarare a biocombustibilului: daca combustibilul pe baza de biomasa nu este disponibil in apropiere, el este livrat intr-o zona de descarcare unde spatiul trebuie sa fie suficient pentru a permite circulatia fara dificultate a autovehicolelor de livrare. • Zona de depozitare a biocombustibilului: pentru a permite o alimentare constanta cu biocombustibil pe perioada cea mai lunga dintre doua aprovizionari consecutive, trebuie sa existe depozitata o anumita cantitate de biomasa. Biomasa poate fi ingramadita la exterior sub un acoperis protector sau la interior intr-un rezervor sau intr-un siloz. Mai ieftina, depozitarea la exterior are dezavantajul expunerii la precipitatii si contaminarii cu murdarie a biomasei. • Alimentarea cu biocombustibil: deplasarea biomasei din spatiul de stacaj in camera de ardere se poate face manual (de ex. incarcare cu bile de lemn din cuptoare exterioare), automatizat (de ex. printr-un colector cu surub fara capat sau banda rulanta) sau printr-o combinatie de manevre manuale si automatizate. Performanta sistemelor integral automatizate poate fi afectata de diversitatea biomasei si de prezenta unor bucati inghetate, de forma neregulata sau contaminate (de ex. cu cabluri sau manusi). • Transferul biocombustibilului: deplasarea biomasei pana in camera de ardere este numit trasfer de biocombustibil. In sistemele automatizate acest transfer se face cu ajutorul unui surub fara capat sau cu un sistem similar si un aparat care masoara debitul de intrare a biocombustibilului in camera de ardere. • Camera de ardere: biomasa este introdusa intr-o camera de ardere inchisa unde este arsa in conditii controlate de un sistem care determina cantitatea de aer admisa in functie de cererea de caldura. In cazul sistemelor automatizate, debitul de intrare a biocombustibilului in camerea de ardere est de asemenea controlat. Utilizarea materialelor refractare la caldura permite o conservare mai buna a caldurii la interiorul camerei de ardere. Pentru a facilita o ardere cat mai completa, anumite camere de ardere sunt dotate cu un gratar pe care sta biocombustibilul si care permite aerului, care intra deasupra, sa treaca prin biocombustibil. In sistemele mai complexe, gratarul se misca pentru a permite o distributie cat mai uniforma a biocombustibilului pe suprafata de ardere, pentru a transporta biocombustibilul in zonele de ardere cu nivele de debit de aer diferite, cat si pentru a deplasa cenusa la extremitatea camerei de ardere. Gazul cald care se emana paraseste camera de ardere trecand printr-o camera secundara de ardere dotata cu un schimbator de caldura sau, daca camera de ardere are deja o astfel de dotare, direct in sistemul de evacuare a gazului. • Schimbator de caldura: caldura produsa in camera de ardere este transferata sistemul ide distributie a caldurii prin interpunerea unui schimbator de caldura. Pentru cuptoarele instalate la exterior, o camasa de apa izolata, plasata la exteriorul camerei de ardere serveste de obicei ca schimbator de caldura. Sistemele de ardere a biomasei de capacitate mare utilizeaza serpentine avand ca fluid purtator de caldura apa, vaporii sau uleiuri termice. • Ridicarea si stocarea cenusilor: camera de ardere trebuie golita de cenusa depusa si de cenusa transportata de gazul de emisie. In functie de tipul sistemului, cenusa este extrasa maual sau automatizat. Cenusa antrenata de emisia de gaz poate sa se depuna in camera de ardere secundara, sau in schimbatorul de caldura (care la randul sau necesita curatare), poate sa se elimine in atmosfera odata cu emisia d egaz sau poate fi retinuta intrun sistem de colectare a particulelor (un epurator de emisii de gaz). • Cosul si sistemul de evacuare: gazele de ardere sunt evacuate in atmosfera. Sistemele mici utilizeaza curentii naturali generati de gazele calde; sistmele mari utilizeaza ventilatoare pentru a impinge aer la interiorul camerei de ardere ca sa expulzeze gazul. Ventilatoarele plasate la baza cosului pot fi de asemenea utilizate pentru a aspira gazele emise la exteriorul camerei de ardere. In afara echipamentelor descrise mai sus, exista o serie de instrumente si sisteme de control mai mult sau mai putin complexe care permit supervizarea, in functie de cerere, a functionarii sistemului de ardere a biomasei, pot varia injectia de aer si, in sistemele automatizate, debitul de intrare a biomasei, mentinand un mediu de munca sigur. Sistemele de ardere a biomasei sunt disponibile intr-o gama vasta de echipamente care variaza in functie de modalitatile de injectare a biocombustibilului si a aerului, de conceptia camerei de ardere si a gratarelor, de tipul de schimbator de caldura si de natura sistemului de tratare a emisiilor d egaz si de cenusi. Cu exceptia centralelor foarte mari de incalzire, sistemele de ardere a biomasei pot fi clasate in trei categorii generale, functie de capacitatea sistemului de alimentare: - Sisteme mici cu alimentare manuala (50-280 kW): sisteme, in general cuptoare exterioare, care ard bucati de lemn si utilizeaza apa calda pentru a distribui caldura. - Sisteme mici cu alimentare automatizata (50-500 kW): sisteme care utilizeaza biocombustibil in particule si care au un sisteme de ardere in doua faze ( adica cu o camera de ardere secundara) si un incalzitor pentru apa calda cu tuburi (adica un tub care transporta gazele calde de emisie prin apa care trebuie incalzita). - Sisteme intermediare de alimentare (400 kW si peste): sisteme care utilizeaza un sistem de alimentare cu particule de biomasa integral automatizat si care e dotat de obicei cu un sistem de ardere cu gratar, fix sau mobil, si cu un incalzitor cu tuburi integrat sau juxtapus, pentru a incalzi apa, vaporii sau uleiurile termice. In afara acestor categorii generale, exista multe sisteme de ardere a biomasei concepute pentru a functiona cu biocombustibili cu caracter particular sau care raspund unor cerinte particulare de incalzire.
Dimensionarea sistemului de ardere a biomasei in raport de sarcina de varf este un element central inca de la conceptie. Obiectivul principal este de a minimiza intr-un ciclu de viata costurile globale legat de furnizarea caldurii. Exista doua conceptii generale in ceea ce priveste dimensionarea unui sistem de ardere a biomasei: sarcina de baza si sarcina de varf. Alegerea uneia sau alteia din aceste metode de conceptie depinde de variabilitatea sarcinii, de costurile biomasei si a combustibililor traditionali, precum si de disponibilitatea de capital si de alti factori specifici proiectului. Abordarea functie de sarcina de varf este mai des intalnita in cazul instalatiilor mari care fac subiectul, intr-o maniera constanta, unei cereri mari de energie. Abordarea in functie de sarcina de baza este mai des utilizata pentru instalatiile mici care servesc aproape exclusiv incalzirii incaperilor sau atunci cand sarcina este variabila. In tabelul alaturat este prezentata o comparatie intre cele doua abordari. Metode de concepere pentru dimensionarea unui sistem de ardere a biomasei Sarcina de baza Sarcina de varf Descriere (principii de concepere) Maximizarea rentabilitatii printr-o subdimensionare a sistemului de ardere a biomasei pentru a raspunde majoritatii sarcinilor de incalzire (adica sarcinii de baza). Reducerea investitiei init si a dimensiunii sistemului de incalz combustibili fosili. Determinarea sarcinii maxime de incalzire (adica a sarcinii de varf) si supradimensionarea sistemului de ardere a biomasei cu un factor de siguranta pentru a se asigura ca eventualele sarcini extreme neprevazute vor putea fi satisfacute. iale ire de varf care functioneaza cu Avantaje - permite sistemului de incalzire sa functioneze pana aproape de capacitatea maxima in cea mai mare parte a timpului, ceea ce asigura un randament sezonier mai crescut; - permite reducerea costurilor de investitie de o maniera semnificativa; - Minimizeaza utilizarea de combustibili fosili; - maximizeaza utilizarea de biomasa; - permite o crestere energetica cu cost scazut (daca costul biomasei e mic); - procura un surplus de capacitate pentru cerinte viitoare. - pemite un control mai bun al sistemului, ceea ce determina un randament energetic maximal si emisii mai scazute. Dezavantaje - este necesar un sistem conventional pentru a raspunde sarcinilor maximale ocazionale (adica a sarcinilor de varf); - va fi crescut consumul de combustibili fosili; - un sistem mai mare creste costurile de investitie (si consturile cu mana de lucru pentru functionarea sa); - variatiile de sarcina, tipice sistemelor - sarcina de baza va fi afectata de cresterea cererii in viitor; - o crestere a consumului energetic a biomasei sa trebuiasca sa functioneze cea mai mare parte a timpului pentru o sarcina partiala. trebuie acoperita de combustibili de incalzire, fac ca sistemul de ardere Aceasta reduce randamentul sistemului - atunci cand un sistem de incalzire nu citate, este susceptibil conventionali scumpi. si creste utilizarea de biocombustibil; e utilizat la capa de a genera emisii crescute (fum) si de a opera in conditii de ardere instabila. In cazurile in care exista o variatie sezoniera foarte mare a cererii de caldura si atunci cand cererea de incalzire iar satisfacute pe parcursul anului, pot fi util unitate mica pentru nevoile sezonului e perioada de iarna. n e pentru In perioadele d evarf cele doua pot functiona simultan. Aceasta configuratie permite functionarea fie opiat de capacitatea sta intre sisteme este oprit pentru lucrari a trebuie adaugata nevoilor industrial izate doua sisteme de ardere a biomase: o stival si o unitate mult mai mare carei unitati la un nivel apr sa nominala, crescand astfel randamen permite furnizarea de caldura chiar daca de intretinere.