Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Inovație ICPE-CA pentru menținerea calității apei

27 Aprilie 2017



Proiectul ECOTURB a fost demarat în anul 2014 în cadrul competiției PN II PT-PCCA-2013-4-0814, direcția de cercetare Mediu, focalizând eforturile de cercetare a trei entități (INCDIE ICPE-CA – coordonator proiect, Universitatea Politehnica din București și agentul economic SC TehnoINSTRUMENT SRL) pentru a studia o problemă complexă, de actualitate internațională, clar identificată: asigurarea calității apei din avalul hidrocentralelor, în acord cu legislația de mediu, pentru a menţine condițiile necesare vieții acvatice.



Energia hidraulică este cea mai importantă sursă de energie regenerabilă, la ora actuală, reprezentand aproximativ 84% din producția totală. Ea este de asemenea o sursă complementară celorlalte surse de energie regenerabilă, fiind singura care oferă o importantă capacitate de stocare nepoluantă (prin amenajările cu acumulare - pompare). O altă calitate esențială a energiei hidraulice este capacitatea sa de reglare a sistemului energetic pentru a permite integrarea celorlalte surse, la care procesul de generare a energiei depinde de factori care nu pot fi controlați (soare, vânt, etc).
Energia hidraulică utilizează o resursă esențială vieții și anume apa. Păstrarea calității acestei resurse face obiectul acestui proiect de cercetare, reprezentând o preocupare majoră din punct de vedere ecologic, economic și al dezvoltării durabile. Piatra de temelie în istoria politicilor de apă din Europa o reprezintă Directiva Cadru a Apei a Uniunii Europene. Ea stabilește un cadru comun pentru managementul durabil și integrat al tuturor corpurilor de apă și cere ca toți factorii de impact, dar și implicațiile economice, să fie luate în considerare. În România, Legea Apelor are de asemenea ca obiectiv fundamental atingerea „potențialului ecologic bun” al tuturor corpurilor de apă.
Conținutul redus de oxigen dizolvat din râuri reprezintă un factor de poluare, acesta putând ajunge în unele cazuri până la 0-1 mg O2/L, în condițiile în care cantitatea minimă necesară vieții acvatice este de aproximativ 5 mg O2/L. Această valoare variază în funcție de temperatură/climă, presiune, substanțe organice, tipul florei și al faunei, ceea ce conduce la necesitatea studiilor pentru fiecare caz în parte.
În Statele Unite ale Americii, autoritățile au dezvoltat strategii și sisteme de control pentru îmbunătățirea funcționarii turbinelor din punct de vedere al impactului asupra mediului. În Asia de S-E și Africa ecuatorială calitatea apei din râurile din avalul hidrocentralelor este afectată în majoritatea bazinelor hidrografice. Începând cu anii 1950, principalii furnizori de energie și constructori de echipamente hidro din Europa și SUA, răspund preocupărilor legate de mediu privind exploatarea centralelor hidroelectrice și inițiază cercetări ce au ca scop modificarea turbinelor hidraulice pentru reducerea impactului asupra mediului.
Faptul că nu există o soluție ușor de implementat, fără sa prejudicieze performanţele energetice ale centralei hidroelectrice și eficienţa din punct de vedere al aerării, face dificil de respectat legislatia în vigoare, în cazul în care apa din avalul hidrocentralelor este săracă în oxigen.

Soluţie prietenoasă cu mediul
Proiectul ECOTURB vine să întâmpine această problemă de mediu prin optimizarea procesului de aerare a apei turbinate, punând accent pe calitatea procesului de aerare și nu doar pe cantitatea de aer vehiculat. Contribuția cercetătorilor constă în dezvoltarea unui nou sistem de injectie a aerului în aspiratorul turbinelor hidraulice, în special cele de tip Francis, care să maximizeze transferul de oxigen dizolvat în apa turbinată, cu un consum minim de energie.
Aceasta este o problemă sensibilă a constructorilor și utilizatorilor de turbine hidraulice, deoarece injectarea unei cantități de aer suplimentare în circuitul turbinei poate reduce randamentul acesteia; de aceea injecția de aer (modul, locul de injecție, volumul, etc.) devine importantă pentru echilibrul dintre randamentul turbinei și factorul ecologic.
Modelul demonstrator Ansamblu dispozitiv de aerare a apei turbinate (Fig.1) a fost proiectat ținând cont de o serie de parametri dimensionali, astfel încât să poată funcționa neinvaziv, să respecte geometria turbinei, dar în special să maximizeze cantitatea de oxigen dizolvat din apă prin introducerea cât mai dispersă a aerului. Este prevăzut inclusiv un sistem de injecție a aerului la presiunea atmosferică, fără consum energetic asociat stației de compresoare.



În cadrul acestui proiect, în primele doua etape s-au determinat, prin simulare numerică, parametrii curgerii prin turbina hidraulică pe care s-a testat modelul demonstrator, la diferite regimuri de funcționare. Au fost efectuate și experimentări de laborator privind performanţele unor dispozitive de aerare, pe un stand pentru studiul curgerilor bifazice, rotaționale, cu gradient advers de presiune, dimensionat astfel încât să respecte parametrii curgerii dintr-o turbină hidraulică reală, de tip Francis.
Sistemul de aerare obținut fiind neinvaziv, randamentul mașinii va fi influențat doar de prezența cantității de aer, însă chiar și această cantitate de aer va fi redusă la minim datorită unei injecții disperse, mărind astfel suprafața de contact interfazic și permițând astfel utilizarea unui debit minim de aer introdus în circuitul hidraulic pentru aerare. Un alt plus îl constituie un dispozitiv de aspirație naturală a aerului la presiune atmosferică, reducând în acest fel costurile de alimentare cu aer comprimat.
În prezent se lucrează la dezvoltarea unui sistem automatizat (Fig. 2) pentru măsurarea și controlul presiunii de injecție a aerului din apa turbinată, ce permite monitorizarea calității apei evacuate din râu. Astfel sistemul de aerare va funcționa atunci când este necesară aerarea și la parametrii necesari pentru realizarea optimă a acesteia, astfel încât să se asigure respectarea standardelor ecologice în vigoare.



Apreciem că turbinele hidraulice care vor fi dotate cu ansamblul propus vor deveni „turbine prietenoase cu mediul” deoarece se poate dovedi că apa uzinată prin ele va corespunde în permanență cerințelor de calitate ecologică impuse de normelor europene în vigoare.
Dimensionarea optimă a sistemelor de aerare îmbunătățesc semnificativ calitatea aerării și sunt parametrii ce trebuie luați în considerare la proiectarea dispozitivelor de aerare și implementarea acestora pe turbinele ce uzinează apa cu conținut redus de oxigen dizolvat.

Un proiect promiţător internaţional
În cadrul acestui proiect a fost pusă la punct o instalaţie de laborator care permite dimensionarea și optimizarea unui sistem original de aerare în turbine hidraulice, optimizat pentru fiecare prototip. Sistemul astfel conceput permite aerarea controlată a apei care tranzitează turbinele hidraulice, cu consum minim de energie, oferind o soluţie pentru respectarea standardelor ecologice de oxigenare a apei în avalul centralelor hidroelectrice.
În continuare sistemul a fost testat pe o turbina Francis (Fig.1), demonstrându-se funcționarea pe un prototip industrial. Metoda de concepţie, precum și parametrii de funcționare a sistemului de aerare au fost complet validate.
Pe lângă numeroasele publicații în revistele și conferințele internaționale de specialitate se mai pot enumera: un model demonstrator, Ansamblu dispozitiv de aerare a apei turbinate, cerere de brevet în curs de publicare și un model experimental Stand pentru studiul curgerilor bifazice, rotaţionale, cu gradient advers de presiune, cerere de brevet OSIM nr. A/00704/29.09.2015, RO131118-A0 /2016. Pentru acesta s-a primit deja o scrisoare de interes (4262/9.09.2015 și 89/12.01.2016) de la General Electric, Franţa, pentru intenția de achiziționare a dreptului de utilizare neexclusivă a brevetului. De asemnea s-au obținut Medalia de aur la Salonul Internațional de Invenții de la Geneva 2017 și premiul de preformanță în creativitate tehnică, la Salonul Internaţional al Cercetării Inovării și Inventicii PROINVENT, Cluj Napoca, 2017.
În cadrul proiectului s-au creat de asemenea sinergii cu cercetători de renume internațional din Université Laval, Canada, Institut Nationale Polytechnique de Grenoble, Franţa, și Luleå University of Technology, Suedia, dar și cu companii naționale care ne-au oferit sprijinul pentru o cercetare de succes.
În acest an este prevazută organizarea unui workshop tematic, la care vor fi invitați constructori de turbine hidraulice și furnizori de energie electrică, dar și personalități din domeniul ingineriei hidraulice, manifestare ce va fi anunțată pe site-ul oficial al INCDIE ICPE-CA.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite