Context
Schimbările climatice reprezintă o problemă reală și din ce în ce mai apăsătoare la nivel mondial. Acestea sunt rezultatul acumulării gazelor cu efect de seră (GES) în atmosfera terestră, a căror emisii au crescut odată cu intensificarea activității industriale a oamenilor. Astfel, statele din întreaga lume au conștientizat problema schimbărilor climatice, cauzată, în principal, de arderea combustibililor fosili, dar și aspectul epuizării resurselor naturale, și au inițiat o serie de acțiuni cu scopul de a trasa liniile directoare către o dezvoltare durabilă. Printre aceste măsuri, o atenție deosebită este pusă pe eficiența energetică, considerată cea mai avantajoasă metodă de reducere a utilizării combustibililor fosili și, implicit, a emisiilor de GES.
Uniunea Europeană a impus obiective ambițioase de creștere a eficienței energetice. Ținta actuală de reducere a energiei primare și finale utilizate este de 32,5% până în anul 2030 [1], comparativ cu energia utilizată în anul 2007. Dorința este, însă, de a crește acest obiectiv la 39% pentru energia primară, respectiv 36% pentru energia finală utilizată, până în 2030 [2].
Deși nu are o definiție exactă, eficiența energetică reprezintă conceptul prin care resursele sunt folosite în așa fel încât să se reducă, pe cât posibil, energia utilizată pentru obținerea unui anumit rezultat. Cu alte cuvinte, ne dorim ca pentru a efectua o anumită activitate să utilizăm cât mai puțină energie, reducând, pe cât posibil, pierderile. Sectorul energetic este caracterizat de un lanț cu multiple transformări, de la resursa primară, până la forma finală de energie, iar conceptul de eficiență energetică trebuie analizat distinct în funcție de fiecare “subsector”.
Eficiența energetică în generarea energiei electrice
Energia electrică este obținută din resurse primare de energie, precum combustibilii fosili, combustibilii nucleari, energia apei, energia solară, energia vântului etc. Acestea suferă multiple conversii dintr-o formă de energie în alta, în funcție de tipul combustibilului și al tehnologiei utilizate, până când, în final, rezultă energia electrică. Ca urmare a acestor transformări repetate, o mare parte din energia inițială este pierdută. La nivel mondial, se estimează că pierderile de energie în procesul de transformare a resurselor primare în energie electrică ar fi de circa 63% [3] din energia primară. Practic, doar 37% din energia brută utilizată pentru a obține energie electrică este valorificată, restul reprezintă pierderi.
Cauza pierderilor constă în randamentul diferitelor centrale electrice. Această mărime reprezintă raportul dintre energia efectiv utilizată și energia primară (energia utilizată + pierderile) și variază în funcție de tehnologia utilizată pentru conversia energiei. În continuare, sunt prezentate randamentele[1] principalelor instalații de generare a energiei electrice:
- Centrală termoelectrică cu turbină cu abur: 30% – 45%
- Centrală termoelectrică cu ciclu combinat: 50% – 60%
- Centrală termoelectrică cu cogenerare: 70% – 80%
- Hidrocentrală: 80% – 95%
- Centrală fotoelectrică: 16% – 20%
- Centrală eoliană: 30% – 38%
Observație: Randamentele de mai sus au doar caracter orientativ. În realitate, valorile acestora depind de mulți factori. Randamentul centralelor nucleare nu a fost menționat, deoarece, ca urmare a specificului tehnologiei, această mărime nu este definitorie pentru caracterizarea eficienței sale energetice. Mărimea care reflectă cel mai bine eficiența unei centrale nucleare este factorul de capacitate, de peste 90%, care este cel mai mare dintre toate sursele de producție.
Reflectând asupra mixului energetic la nivel mondial (Figura 1), se poate observa că peste 60% din sursele utilizate pentru generarea energiei electrice sunt reprezentate de combustibili fosili, a căror ardere în instalațiile de generare atrage pierderi însemnate de energie.
Prin urmare, investițiile în eficientizarea instalațiilor termoelectrice au un potențial uriaș de reducere a pierderilor de energie și, implicit, a emisiilor de GES. Printre investițiile necesare, amintim:
- centralele termoelectrice cu cogenerare – generează atât energie electrică, cât și energie termică, prin valorificarea căldurii reziduale;
- centrale termoelectrice cu preîncălzire recuperativă – căldura reziduală este utilizată pentru a preîncălzi apa ce urmează să fie transformată în aburi, reducând astfel consumul de combustibil;
- centralele termoelectrice cu ciclu combinat – instalații de producere a energiei electrice care utilizează mai multe cicluri termodinamice pentru a maximiza randamentul energetic;
Aceste tehnologii, care au ajuns la randamente remarcabile, împreună cu filtre performante pentru gazele arse și cu captarea și stocarea dioxidului de carbon au potențialul de a reduce semnificativ impactul sectorului de generare a energiei electrice asupra mediului.
Este de remarcat faptul că hidrocentralele au cel mai mare randament dintre toate celelalte tehnologii. În plus, energia primară este energia apei, care, pe de-o parte, este gratuită, iar, pe de altă parte, utilizarea ei nu conduce la emisii de GES. Astfel, hidrocentralele reprezintă o altă prioritate de investiție pentru creșterea eficienței utilizării resurselor primare.
În ceea ce privește sursele regenerabile de energie, precum parcurile fotoelectrice și cele eoliene, instalarea acestora reprezintă o măsură de eficientizare a generării de energie electrică, deoarece sursa primară este gratuită și inepuizabilă. Mai mult, aceste surse pot fi instalate cât mai aproape de locul de utilizare a energiei electrice (utilizare locală), ceea ce determină o reducere a pierderilor de energie electrică în rețele, care sunt explicate mai jos.
Eficiența energetică în transportul și distribuția energiei electrice
După generarea energiei electrice în centrale, aceasta trebuie transmisă până la utilizatorul final. În medie, la nivel mondial, pierderea de energie electrică în timpul acestui proces este de circa 8% din energia generată [5]. În continuare, este explicat motivul apariției acestor pierderi.
Circulația energiei electrice printr-un conductor (linie electrică) este caracterizată, în principal, de două mărimi: tensiune și curent electric. Trecerea curentului electric printr-un conductor determină încălzirea conductorului, care poate fi mai accentuată sau mai slabă în funcție de grosimea acestuia și de intensitatea curentului electric. Cu alte cuvinte, la trecerea curentului printr-o linie electrică, o parte din energia care este transmisă se pierde sub formă de căldură. Aceste pierderi sunt iminente, ele sunt determinate de rezistivitatea[2] materialelor din care sunt realizate conductoarele. Cu toate acestea, pierderile de energie în rețelele electrice pot fi reduse, atât prin intervenția asupra echipamentelor, cât și prin eficientizarea operării rețelelor.
Măsuri care vizează infrastructura fizică:
- Reconductorarea liniilor electrice (înlocuirea lor cu conductoare care pot suporta o circulație mai mare de putere[3]) reprezintă o investiție importantă. În timp, cererea de energie electrică a unei zone alimentate de anumite linii electrice crește, ca urmare a creșterii populației, a industrializării etc. Prin urmare, prin liniile electrice, proiectate pentru o anumită circulație de putere, se va transmite o putere mai mare decât cea normală, ceea ce va atrage pierderi suplimentare. De asemenea, înlocuirea echipamentelor din stații electrice cu unele noi, mai performante, este o modalitate prin care se pot reduce pierderile.
- Creșterea nivelului de tensiune al rețelelor electrice este considerată cea mai eficientă metodă, dar și cea mai costisitoare, de reducere a pierderilor de energie electrică. Puterea este, simplist, produsul dintre tensiune și intensitatea curentului electric[4]. Astfel, pentru o anumită valoare a puterii care circulă pe linie, creșterea tensiunii determină scăderea curentului și, prin urmare, reducerea pierderilor de energie electrică. Această măsură, însă, se realizează progresiv, fiind vorba de o înlocuire a tuturor echipamentelor asociate respectivei rețele.
Măsuri care vizează operarea sistemului electroenergetic:
- Pentru acest tip de măsuri, dispecerul (cel care coordonează funcționarea sistemului electroenergetic) are un rol esențial. În prezent, majoritatea dispeceratelor naționale coordonează acțiunile efectuate în rețea (repartiția puterilor pe liniile electrice, injecția sau absorbția de putere reactivă etc.) într-o manieră care se bazează pe experiență. În schimb, utilizarea unor programe specializate, bazate pe tehnici de inteligență artificială, care să returneze modalitatea optimă de funcționare a sistemului ar putea reduce cu mult pierderile de energie electrică, cu o investiție minimă.
- Implementarea unor mecanisme de tip demand response (utilizare dispecerizată) este o soluție prin care operatorii rețelelor electrice pot “modela” cererea de energie electrică a utilizatorilor astfel încât să evite supraîncărcarea liniilor electrice în orele de vârf. Aceste mecanisme constau, practic, în răsplătirea utilizatorului final pentru reducerea puterii utilizate în orele cu cerere mare de energie electrică.
Eficiența energetică în utilizarea energiei electrice
Având în vedere cele prezentate până acum, remarcăm faptul că la utilizatorul final mai ajunge doar aproximativ 30% din energia resursei primare, iar, din aceasta, o altă cantitate este pierdută în diferitele procese care utilizează energia electrică. Se estimează că aceste pierderi ar fi de circa 10% – 15% din energia utilizată de clienți, însă procentul poate varia mult, în funcție de tipul utilizatorilor (casnici sau industriali), activitatea desfășurată, vechimea echipamentelor etc.
La nivelul utilizatorilor casnici, principalele metode de eficientizare a utilizării energiei electrice sunt:
- Folosirea lămpilor cu LED, în locul celor cu incandescență (randamentul lămpilor cu incandescență este de doar 1%, adică doar 1% din energia electrică utilizată de aceste lămpi se transformă în lumină, restul se pierde sub formă de căldură);
- Achiziționarea electrocasnicelor eficiente energetic (clasa energetică A/A+/A++ etc.);
- Adoptarea unui comportament conștiincios (deconectarea dispozitivelor electrice când nu este nevoie de ele, menținerea instalațiilor de climatizare la un grad confortabil de temperatură, fără abuzuri etc.);
- În cazul blocurilor de locuințe, înlocuirea lifturilor vechi cu lifturi care au mecanism de acționare performant (mecanismele noi sunt dotate cu variator de frecvență, care amortizează creșterea bruscă a curentului electric prin conductoare la pornirea liftului, ceea ce reduce semnificativ pierderile de energie electrică).
Pentru utilizatorii industriali, există numeroase mijloace prin care își pot reduce cantitatea de energie electrică utilizată. Bineînțeles, acestea variază în funcție de tipul activității. Pe lângă măsurile recomandate pentru utilizatorii casnici, care rămân valabile, amintim:
- În cazul utilizatorilor energo-intensivi, poate fi eficientă achiziționarea unor capacități de stocare a energiei electrice, care să amelioreze circulația mare de putere absorbită din rețea;
- Instalarea unor baterii de condensatoare, care să injecteze putere reactivă și să corecteze factorul de putere (cu cât factorul de putere este mai apropiat de 1, cu atât pierderile de putere activă sunt mai mici);
- Înlocuirea echipamentelor vechi cu unele mai performante;
- Optimizarea proceselor de producție.
Prin urmare, eficiența energetică nu reprezintă doar o țintă pe care trebuie să o atingem, pentru că așa impune UE, ea reprezintă un concept, un mod de viață, de gândire și de comportament pe care trebuie să-l adoptăm din grijă față de planetă și față de oameni. Investițiile în eficiență energetică, la toate nivelurile, de la generare, până la utilizare, trebuie să reprezinte o prioritate. Este de datoria noastră, a tuturor, să contribuim, atât cât putem, la o utilizare judicioasă a resurselor naturale și la reducerea poluării, iar eficiența energetică este metoda cea mai firească.
Bibliografie
[1] Comisia Europeană. [Online]. Disponibil: https://eur-lex.europa.eu/legal content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32018L2002
[2] Comisia Europeană. [Online]. Disponibil: https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficiency-targets-directive-and-rules/energy-efficiency-targets_en
[3] International Energy Association, World Energy Outlook 2022, prelucrare HENRO. [Online]. Disponibil: https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2022
[4] Our World in Data, Electricity Mix. [Online]. Disponibil: https://ourworldindata.org/electricity-mix
[5] The World Bank, Electric power transmission and distribution losses. [Online]. Disponibil: https://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.LOSS.ZS
[1] Randamentul este mărimea subunitară care exprimă câtă energie a fost efectiv valorificată într-un proces din totalul de energie care a intrat în proces.
[2] Rezistivitatea este mărimea care se opune trecerii curentului electric.
[3] Puterea este raportul dintre energie și timp. Pentru descrierea fenomenelor instantanee, se folosește termenul “putere”.
[4] De fapt, puterea activă este produsul dintre tensiune, intensitatea curentului electric și factorul de putere (care este neglijat, pentru claritatea explicației)
