Revoluția Industrială, începută în secolele XVIII – XIX, a determinat creșterea emisiilor de gaze cu efect de seră (GES), schimbările climatice reprezentând, astfel, o consecință indirectă a activității umane. De altfel, intensificarea emisiilor de gaze cu efect de seră (GES) a condus la creșterea temperaturii medii globale la suprafața pământului cu aproximativ 1℃, comparativ cu anul 1900[1]. Prin urmare, statele din întreaga lume și, în special, cele din Uniunea Europeană (UE) au adoptat măsuri prin care să-și reducă emisiile de gaze cu efect de seră (GES). Una dintre aceste măsuri este cunoscută sub numele de “tranziție energetică”, prin care se dorește închiderea treptată a centralelor electrice cu emisii importante de GES și înlocuirea lor cu alte surse cu impact redus asupra mediului. Rămân însă multe incertitudini: Care vor fi tehnologiile care ne vor asigura în viitor energia electrică necesară? Care va fi rolul regenerabilelor de-a lungul tranziției energetice și după aceasta? Cât de repede ar trebui să transformăm sectorul energetic?
Prin acest articol, ne propunem să clarificăm măcar o parte din aceste întrebări explicând succint care sunt limitările tehnice și provocările care trebuie depășite pentru ca tranziția energetică să se realizeze în siguranță față de populație.
Curba de sarcină
La momentul actual, energia electrică nu poate fi stocată în mod economic în cantități însemnate pentru sistemele energetice. De aceea, centralele electrice de orice tip trebuie să genereze, împreună, exact cantitatea de energie electrică de care utilizatorii au nevoie. Astfel, s-a introdus noțiunea de curbă de sarcină, care reprezintă variația în timp a puterii electrice utilizate de clienții finali. În figura alăturată este reprezentat un detaliu al curbei de sarcină a României pentru o zi lucrătoare (puterea utilizată diferă în funcție de zi, anotimp, caracteristicile țării etc.)[2].
Se poate observa că cererea de energie electrică atinge două minime (gol de noapte și gol de zi, corespunzătoare perioadelor cu cerere scăzută de energie electrică) și două maxime (vârf de dimineață și vârf de zi, corespunzătoare perioadelor cu cerere ridicată de energie electrică) de-a lungul unei zile. În continuare, vom descrie pe scurt modul în care este coordonată funcționarea centralelor, astfel încât, împreună, să genereze fix cantitatea de energie electrică necesară utilizatorilor.
În figura de mai sus, curba de sarcină este împărțită în patru zone principale. Astfel, zona de bază reprezintă zona în care puterea utilizată nu variază, este constantă pe toată durata zilei. Centralele care asigură energia electrică corespunzătoare acestei zone sunt, în general, centrale nuclearoelectrice și centrale termoelectrice cu turbină cu aburi. Aceste tipuri de centrale trebuie să funcționeze continuu, fără variații mari ale puterii generate. Nerespectarea acestor caracteristici poate duce la daune considerabile ale echipamentelor. Spre exemplu, durata de timp în care se poate opri o termocentrală cu turbină cu aburi este de minim 12 ore, altfel, dacă turbina este supusă la variații bruște de temperatură și presiune, apar dilatări în palele turbinei.
În zona de semibază funcționează centrale care au posibilitatea să-și reducă puterea generată în perioadele de gol de sarcină (noaptea, 00:00 – 06:00, în cazul curbei de sarcină din figură). Acestea sunt, în general, centrale termoelectrice cu turbină cu gaze (care au o flexibilitate mai bună față de cele cu turbină cu aburi) și centrale hidroelectrice pe firul apei (care nu au lac de acumulare).
Zona de semivârf este caracteristică centralelor care pot fi oprite la goluri de sarcină (noaptea sau în zilele de weekend, când cererea de energie electrică este scăzută) sau care pot funcționa cu variații mari de sarcină. Printre acestea se află centrale termoelectrice cu turbină cu gaze și centrale hidroelectrice cu (lac de) acumulare.
În cele din urmă, zona de vârf este caracteristică variațiilor mari de sarcină din timpul perioadelor de utilizare intensă a energiei electrice (08:00 – 11:00 și 16:00 – 21:00, în exemplul nostru). Energia electrică pentru această zonă de funcționare este asigurată de grupuri care acceptă variații mari de sarcină și care pot fi folosite pe perioade scurte de funcționare: centrale hidroelectrice cu (lac de) acumulare, termocentrale cu turbină cu gaze performante, cu flexibilitate ridicată, și centrale cu motoare cu aprindere internă. Este important de menționat că turbinele hidraulice (folosite în procesul de generare a energiei electrice în hidrocentrale) pot fi pornite și oprite în intervale de timp foarte scurte în comparație cu alte tipuri de turbine (ajungând chiar la 2 – 3 minute), ceea ce determină un rol esențial al hidrocentralelor în echilibrarea sistemului (adaptarea generării la cantitatea de energie electrică utilizată).
Din cele explicate mai sus, ar trebui să înțelegem că pentru o funcționare sigură a sistemului energetic, care să asigure alimentarea permanentă cu energie electrică din surse proprii, avem nevoie de o diversitate de centrale, adică de un mix energetic, care să cuprindă atât capacități de generare (centrale) în bandă (care generează continuu, la putere relativ constantă), cât și de capacități flexibile, care pot ține în echilibru generarea și utilizarea energiei electrice.
În ceea ce privește sursele regenerabile de energie (SRE), caracterul lor imprevizibil nu permite încadrarea într-o anumită zonă. Mai mult, UE impune ca energia electrică obținută din SRE să fie preluată cu prioritate în sistem, ceea ce înseamnă că atunci când se poate genera energie electrică din SRE, se va genera, chiar dacă trebuie oprite anumite centrale pentru acest scop. Bineînțeles, această prioritate poate atrage, în anumite cazuri, probleme majore pentru centralele care nu-și pot modifica rapid parametri de funcționare. De aceea, este mai mult decât necesar ca toate centralele mari care au la bază SRE cu caracter imprevizibil să fie însoțite de capacități de stocare. Astfel, energia electrică generată în perioadele de gol de sarcină poate fi stocată și livrată apoi în sistem în perioadele de vârf de sarcină, fără a afecta funcționarea centralelor cu generare în bandă.
Cu toate că ne-am dori ca toată energia pe care o utilizăm să provină din SRE, încă nu este posibil. În prezent, la stadiul actual de dezvoltare a tehnologiei, energia electrică nu se poate stoca economic în cantități însemnate. Un sistem energetic care s-ar baza într-o proporție majoritară pe SRE ar putea suferi pagube majore în cazul în care sursele regenerabile nu sunt disponibile (nu bate vântul sau iradiația solară este slabă) – colaps de tensiune care ar degenera în blackout (o parte sau tot sistemul energetic rămâne fără alimentare cu energie electrică).
Prin urmare, tranziția energetică trebuie realizată inteligent și cumpătat. Până când le vom putea înlocui cu alte surse sigure, trebuie luate în calcul soluții pentru modernizarea termocentralelor existente, astfel încât să se reducă amprenta de GES a acestora. Un potențial uriaș îl are energia nucleară (atât tehnologia prin fisiune nucleară, cât și cea prin fuziune nucleară, încă în dezvoltare), care este neutră din punct de vedere al emisiilor de GES. Bineînțeles, trebuie continuate investițiile în SRE, cu condiția ca acestea să fie însoțite de capacități de stocare.
[1] Royal Society and US National Academy of Sciences, Climate Change Evidence & Causes, 2020, p. 5
[2] Acest grafic este realizat pe baza datelor publicate pe site-ul Transelectrica: www.transelectrica.ro
