Generarea distribuită

Termenul de generarea distribuită se referă la generarea de energie electrică în apropierea locului de consum a acesteia.

Istoric

În prima fază, după inventarea generatoarelor și motoarelor electrice, producerea energiei electrice a avut un caracter local. Rețelele electrice au apărut la sfârșitul secolului XIX ca urmarea a necesității legării mai multor consumatori de curent electric la generatoarele de energie electrică. Ele au fost realizate la început în curent continuu, iar mai apoi după războiul curenților în curent alternativ. De la începutul secolului XX începe dezvoltarea de rețele electrice în orașe având stații de generare proprii cu caracteristici diferite. A urmat necesitatea conectării acestora între ele după apariția marilor centrale termice și hidraulice situate în locații îndepărtate cu o producție de energie ce depășea cu mult necesitățile unei singure localități. În Europa companiile de producere a energiei electrice, în anul 1950, ajung la concluzia necesității interconectării rețelelor naționale, astfel că în anul 1967 se vor sincroniza rețelele Franței, Germaniei și Elveției având avantajul posibilității sprijinirii reciproce în producție. Actualmente statele continentale ale Uniunii Europene, mai puțin cele scandinave făcând parte din rețeaua NORDEL, sunt legate în rețeaua UCTE.

Caracteristicile producției centralizate

• nu asigură întotdeauna o exploatare optimă din punct de vedere a randamentului și a emisiei de gaze cu efect de seră
• rețelele sunt sensibile la căderi ale centralelor de alimentare importante
• necesită investiții mari în capacități de producție și infrastructură
• centralele pe bază de combustibili fosili contribuie la degradarea mediului
• fiind situate la distanță destul de mare față de consumator, apar pierderi semnificative pe rețeaua de transport

Caracteristicile producției distribuite

Avantaje

• generarea de energie cu impact scăzut asupra mediului
• mărirea siguranței în alimentare prin diversificarea surselor de energie
• crearea unei piețe de energie mai competitive
• mărirea eficienței generării de energie
• posibilitatea participării micilor consumatorilor și consumatorilor individuali la generarea de energie de calitate ridicată
• reducerea încărcării rețelei în cazul marilor consumatori
• capacități mai mari de export datorită rețelelor descongestionate
• reducerea pierderiolor de energie în rețea prin situarea generării în apropierea locului de consum
• reducerea cheltuielilor de transport și distribuție (valabilitatea acestui avantaj este pusă sub semnul întrebării

Dificultăți

• rețelele actuale nu sunt dimensionate pentru a prelua cantitatea crescută de energie generată la nivelul de distribuție (joasă tensiune)
• cerința de fiabilitate de 99% impusă de economia europeană este greu de realizat de unități singulare de generare
• compatibilizarea unei surse distribuite cu funcționare intermitentă cu un consumator cu consum discontinuu este dificilă

Mod de implementare

Rețele insulare

Prin legarea mai multor producători și consumatori de energie electrică situați în locuri izolate (ex. sate izolate în locuri greu accesibile, insule, etc), fără a avea racordare la rețeaua publică rezultă rețele autonome prezentând caracteristicile definite pentru rețelele distribuite.

Racordare la rețeaua publică

Pentru a face posibilă racordarea diferitelor surse de energie la rețeaua publică se impun o serie de cerințe, atât pe partea de generare cât și în ceea ce privește managementul rețelei pentru a asigura compatibilizarea acestora. Termenul de rețea inteligentă caracterizează o rețea de transmitere și distribuție de energiei electrică ce are incorporate componente de rețea convențională și elemente de tehnică de vârf, tehnologii avansate de măsură și monitorizare, IT, și comunicații în scopul măririi performanței rețelei și asigurării unei game largi de servicii către consumatori. Caracteristicile specifice definite sunt: o siguranță mai mare vizavi de defecțiuni respectiv atacuri cibernetice, sprijinirea generării distribuite de energie, un management mai bun al consumului la nivel de utilzator, posibilitatea schimbării sensului fluxului de energie între consumatori și rețea, etc. Fostul vicepreședinte al SUA Al Gore, distins cu premiul Nobel pentru pace pe anul 2007, în cadrul unei conferințe ținute la Universitatea din New York a făcut referire la rețelele inteligente numindu-le electranet spre asemănare cu internetul. . Generarea distribuită presupune o colaborare între producătorii de energie și entitățile de transport și distribuție, fiind necesară o schimbare de optică. Acest lucru poate fi înlesnit prin considerarea mai multor producători mici, apropiați geografic, ca fiind legați între ei pe partea de joasă tensiune și făcând parte din așa numite centrale virtuale conduse prin intermediul unui sistem de management al generării distribuite( Demand Side Management - DSM). Pentru compensarea oscilațiilor din rețea datorate capacității neuniforme a surselor de energie regenerabilă și a utilizării pe scară largă a generării distribuite, a apărut și necesitatea constituirii de centrale virtuale de reglare ).

Surse de energie de generare distribuită

Energia eoliană

Dintre sursele regenerabile, energia electrică obținută din energia eoliană prezintă costul cel mai redus situându-se în limita a 4-6 c/kWh după o scădere de ordinul a 7 ori față de anul 1980 cu o tendință de reducere de 30%-50% în viitor. Datorită caracteristicii intermitente a energiei vântului, utilizarea generatoarelor eoliene izolat presupune asigurarea de surse complementare (baterii de acumulatoare, generatoare diesel, etc), legarea la rețeaua publică fiind condiționată de parametri stabili. Din punctual de vedere al transportului și distribuției energiei electrice, parcurile(fermele) eoliene pot fi privite ca fiind centrale virtuale mari.

Energia solară

Este energia primară a cărei utilizare în producerea de energie electrică are un impact semnificativ asupra tehnicilor de abordare a generării distribuite.

• Fotovoltaic

Cu ajutorul panourilor solare fotovoltaice se contribuie la generarea distribuită de energie electrică atât prin montarea de astfel de instalații pe clădiri locuite sau birouri cât și prin constituirea de parcuri(ferme) de panouri. În ambele cazuri managementul producției de energie electrică necesită luarea în considerare a acestor instalații prin intermediul unor centrale virtuale.

• Termic

Motoarele Stirling montate în punctual focal al oglinzilor parabolice pot acționa generatoare de energie electrică, mai multe astfel de instalații putând fi legate in centrale virtuale.

Cogenerare

(engleză CHP-Combined Heat and Power, germană KWK – Kraft-Wärme-Kopplung) Este modalitatea prin care din combustibili se obține cu eficiență foarte ridicată energie electrică și calorică. Se aplică atât în centralele mari industriale care pe lângă energie electrică furnizează și energie termică în instalațiile de termoficare, în mini CHP având o putere de peste 5kWe utilizate în birouri, magazine și blocuri de locuințe, cât și în cazul microcentralelor din locuințe cu putere instalată mai mică de 5kWe ce furnizează simultan energie electrică și termică Din punct de vedere al combustibililor utilizați o importanță deosebită prezintă biomasa utilizabilă ca atare (material lemnos, paie,etc) respectiv după un proces de gazeifiere termică (obținându-se un amestec de gaze combustibile - H2+CO+CO2) sau gazeifiere biologică. Datorită dispersiei aproape uniforme a materialului biologic pe un teritoriu dat, biomasa se pretează foarte bine la utilizarea generării distribuite iar faptul că se poate stoca asigură utilizarea ei în alternanță cu sursele intermitente de energie (solară, eoliană)

• Pile de combustie

Prin interconectarea de microcentrale pe bază de pile de combustie din zonele rezidențiale, birouri,etc., se pot realiza centrale virtuale ce prezintă toate avantajele generării distribuite. În stațiile pilot din Germania, Olanda, Portugalia, s-au făcut testări pe centrale virtuale cu reglarea cantității de energie calorică și electrică livrate având la bază curbe de sarcină și datele meteo pe baza cărora se poate previziona încărcarea sistemului

• Motorul cu ardere internă

Motoarele diesel pot acționa generatoare electrice furnizând în același timp energie termică preluată de un schimbător de căldură pentru prepararea apei calde. . Randamentul motarelor Diesel atinge 40%, energia electrică fiind produsă la un preț relativ scăzut. Ele se pot utiliza ca generatoare independente în locații izolate, ca resursă de energie pentru compensarea cererii de vârf sau ca alternativă în cazul scăderii capacității unor surse de energie regenerabilă.

• Motorul Stirling

Fiind un motor cu ardere externă este adaptabil la o gamă largă de surse de energie calorică astfel putând fi utilizat pentru generarea de electricitate din căldura reziduală a altor procese.

Tendințe

Previziunile arată că energia produsă distribuit va prezenta o creștere medie de 4,2% anual între 2000 și 2030. Capacitățile noi instalate (mai puțin energia fotovoltaică) vor crește la cca 521GW până în 2030 reprezentând 11% din capacitățile noi instalate. Totuși energia distribuită va avea un rol secundar până în 2030 cu toate că 50% din creșterea netă în generarea de energie electrică în perioada 2020-2030 va fi situată în zona generării distribuite de energie.

Alte legături

• Optimization of Photovoltaic Solar Electric Power for Renewable Energy Generation and DSM Strategies in Singular Apartment Buildings pdf (engleză)
• Distributed Generation pagină web (engleză)
• Articol de presă: London will bei dezentraler Stromerzeugung Führungsrolle einnehmen Arhivat în 29 octombrie 2007, la Wayback Machine. pagină web (germană)
• EU-DEEP Arhivat în 14 aprilie 2008, la Wayback Machine. pagină web (engleză)