Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

CETATEA energiilor alternative din INCDTIM, 3 ani de consolidare a unui proiect de succes al României

22 Noiembrie 2018



Centrul de Cercetare și Tehnologii Avansate pentru Energii Alternative – CETATEA a fost construit în Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice și Moleculare – INCDTIM Cluj-Napoca în baza unui proiect pe Fonduri Structurale POS-CCE, contract nr. 623/11.03.2014, în valoare totală de 42.498.261 lei. Fiind finalizat după numai 19 luni de la începerea contractului (inaugurarea a avut loc în 11.11.2015), acest proiect a fost declarat de Ministerul Fondurilor Europene un „proiect de succes” și, ca urmare, a fost vizitat de personalități importante din Guvernul României, de înalți demnitari de la Parlamentul și Consiliul Europei, respectiv Comisiile Europene pentru Dezvoltare Regională și pentru Cercetare. Proiectul a reprezentat, până în prezent, cea mai mare investiție din INCDTIM. Dacă oficialitățile l-au apreciat, noi credem că eforturile ce au urmat investiției – dezvoltarea tematicilor de cercetare și atragerea de specialiști tineri în colectiv, care au completat echipa inițială de 8 cercetători cu experiență până la cifra de 28 în prezent, au fost considerabile, iar rezultatele obținute în doar 3 ani sunt cele care au adăugat plusvaloarea esențială centrului CETATEA, împlinind conceptul de proiect de succes.


Dr. ing. Adrian Bot - Director General INCDTIM

Producerea energiei din surse alternative multiple în conexiune microgrid
În România sunt inventariate în prezent aproape 100.000 de gospodării nebranșate la rețeaua de electricitate. Dezvoltarea din ultimii ani a agriculturii, în sensul coagulării în jurul unor ferme de creștere a animalelor și respectiv sere pentru legumicultură de dimensiuni medii, care necesită cantități de energie electrică mai mari decât poate furniza rețeaua națională existentă în acele amplasamente (fapt dovedit de întreruperile majore din primăvara acestui an, care au produs pierderi foarte mari) ne-au condus la definirea obiectivului prioritar al cercetărilor din CETATEA – stabilirea ca beneficiari țintă colectivitățile de gospodării și respectiv fermele mici și medii, cu alimentare de energie obținută din surse alternative, conectate în rețele independente de tip microgrid. În cazul fermelor conectate deja la rețeaua națională, aceasta poate fi păstrată ca rezervă, sau poate absorbi surplusul de energie creat în sistemul microgrid propriu.


Furnizarea de energie electrică presupune necesitatea adaptării continue a producției la consum, iar insolația sau vântul, ca surse alternative, nu țin cont de acest principiu. Prin urmare apare necesitatea clară a obiectivului de cercetare prioritar: producerea de energie din surse alternative multiple, cu posibilitate de stocare, astfel ca bilanțul energetic de producție momentan și total să fie cel puțin egal cu cel de consum. Aceste ținte și obiective guvernează activitatea de cercetare/dezvoltare/inovare a centrului CETATEA. Cercetările sunt toate orientate spre obținerea unor rezultate din categoria modele funcționale – prototipuri, de nivele TRL4 - TRL6. Acestea pot fi prezentate, cu mari șanse de succes, persoanelor interesate din mediul de afaceri: producători de echipamente energetice sau utilizatori din cadrul grupului țintă.

Energie solară directă și concentrată
Obținerea unei eficiențe energetice maxime din panourile fotovoltaice comerciale a constituit prima preocupare a colectivului de energie solară directă (Dr. Oana Raita, Dr. Radu Pop). S-a constatat că montarea staționară în parcuri cu mii de bucăți este cea mai păguboasă soluție, din cauza unghiului de incidență a insolației, variabil în timpul anului (înclinația axei pamântului). A reieșit imediat că montura în grupuri amplasate pe un tracker, care permite rotația pe două axe și se poziționează continuu perpendicular pe radiația solară, aduce un spor energetic anual ce depășește 45%. În al doilea rând, s-a constatat că eficiența de conversie fotovoltaică a panourilor este influențată negativ de creșterea temperaturii - coeficientul este de circa - 0,4%/°C - și am început să căutăm soluții de răcire pasivă sau activă a panoului. Apoi a apărut ideea de cogenerare de energie termică alături de cea electrică și astfel am construit primul model funcțional de tracker dotat cu două panouri fotovoltaice și două lentile Fresnel, în focarul cărora am montat receptoare termice cu module termoelectrice. Apa de răcire a acestora devine, prin încălzire, agent termic. Energia produsă de modulele termoelectrice este suficientă pentru sistemele de comandă a rotației trackerului pe cele două axe, realizând urmărirea traiectoriei diurne a soarelui.


Colectivul CETATEA

Grupul de cogenerare energie din surse multiple (Dr. Vasile Rednic, Dr. ing. Ștefan Gergely, Dr. ing. Emil Bruj) a continuat cercetările legate de captarea și conversia energiei solare concentrate cu ajutorul dispozitivelor termo-energetice. A fost proiectat un model funcțional de ansamblu de cogenerare energie electrică și termică bazat pe un sistem concentrator cu 12 lentile Fresnel cu focare distribuite și un motor Stirling, cu combustie auxiliară. Elementele importante ale ansamblului au fost modelate termic, executate și testate pe primul tracker, iar în prezent acest al doilea tracker este în curs de asamblare finală. Cercetările vor continua în direcția creșterii eficienței energetice a sistemelor concentrator solar-motor Stirling, prin îmbunătățirea procesului de captare și transfer al energiei solare concentrate, cu ajutorul schimbătoarelor de căldură cu metal topit (eutectic Plumb/Bismut) ca agent termic, prin folosirea de recuperatoare termice cu elemente termoelectrice și prin optimizarea procesului de combustie al motorului Stirling cu încălzire auxiliară, cu amestec de gaze îmbogățite cu H2 și aer îmbogățit cu O2. Ambele trackere fac obiectul a două cereri de brevet de invenție înregistrate.



O preocupare nouă din cadrul centrului CETATEA a prins viață prin implicarea unui grup de cercetători (Dr. Alexandrina Nan, Dr. Izabell Crăciunescu, Ing. Gabriel Roșca) în asamblarea celulelor fotovoltaice. Celulele solare de generaţia a treia pe bază de structuri hibride sunt formate dintr-un strat subţire anorganic semiconductor nanostructurat, fotosensibilizat cu coloranţi naturali extraşi prin tehnici simple din fructe, petale de flori, frunze și rădăcini. Coloranţii naturali reduc costurile ridicate ale coloranţilor sintetici, se găsesc din abundenţă în mediu, sunt uşor de extras şi nu aduc nici un prejudiciu mediului înconjurător. Electrozii acestor celule solare au fost preparaţi folosind atât substraturi rigide de sticlă, cât şi substraturi flexibile de polietilentereftalat, ambele acoperite cu un strat conductor de ITO. Pentru stratul semiconductor s-a utilizat dioxidul de titan cu dimensiune nanometrică, iar antocianina extrasă din fructele coapte de coacăze a jucat rolul de colorant în construcţia celulelor solare. În scopul îmbunătăţirii stabilităţii stratului semiconductor pe substrat, acestuia i s-au adaugat diverse substanţe aditivante în diverse concentraţii şi s-a urmărit efectul pe care aceste adaosuri îl au asupra stabilităţii filmului semiconductor final. Avantajul acestor celule solare este determinat în primul rând de costul scăzut al acestora în raport cu prima generaţie.
Modelele experimentale ale acestor celule fotovoltaice sunt în curs de testare.

Stocarea enegiei în baterii reîncărcabile
Colectivul de cercetare – dezvoltare a bateriilor plumb/acid (Dr. Cristian Morari, Dr. ing. Olivia Bruj, Dr. Teodora Scheul-Muraru, Dr. Cristian Tudoran) își desfășoară activitatea în baza unei colaborări de trei ani cu firma Rombat Bistrița și vizează caracterizarea și îmbunătățirea acestor baterii. Interesul principal este de a dezvolta metode de caracterizare a acumulatorilor prin spectroscopie de impedanță electrochimică. Aplicațiile sunt concretizate în două direcții: (i) analiza calitativă a produselor industriale în vederea satisfacerii cerințelor de piață; (ii) analiza prototipurilor avand ca scop îmbunătățirea și controlul unor caracteristici specifice la diverse regimuri de funcționare. Verificarea calitativă a unei baterii nu este posibilă printr-o singură măsurătoare. Determinarea tipică a calității este facută prin ciclarea bateriei corespunzător unui regim de funcționare. Aceste metode sunt precise, dar destructive și durează foarte mult. Scopul investigațiilor noastre este acela de a perfecționa metode de analiză calitativă non-destructivă a bateriilor, bazate pe un număr minim de măsurători. Metoda de interes este spectroscopia electrochimică de impedanță, investigațiile constând în analiza statistică extensivă a modului în care se comportă diagramele Nyquist ale bateriilor supuse diverselor regimuri de funcționare. Analiza statistică acoperă aproximativ o sută de diagrame/baterie, iar extrapolarea datelor este facută prin măsurători pe aproximativ 20-30 baterii din fiecare tip.

Recuperarea energiei din electrosmog
Studiile recente din domeniul radiaţiilor arată fără îndoială că energia electromagnetică înconjurătoare, cunoscută şi sub denumirea de electrosmog, are un impact negativ asupra plantelor, animalelor, cât și asupra oamenilor. Odată cu evoluţia exponenţială a dispozitivelor de comunicaţie utilizate în masă (telefonul celular GSM, dispozitivele WiFi, Bluethooth, etc.), toţi utilizatorii lor trăiesc într-un duş continuu de câmp electromagnetic poluant. Cum absorbția energiei electromagnetice neutilizate în procesul de comunicaţie poate avea ca beneficiu generarea de energie electrică, colectivul nostru (Dr. ing. Emanoil Surducan, Dr. ing. Vasile Surducan, Dr. Camelia Neamțu și Drd. mat. Robert Gutt) s-a dedicat cercetării, proiectării şi realizării unui dispozitiv de conversie al electrosmogului în energie electrică. Dispozitivul este alcătuit dintr-o antenă redresoare de bandă largă ce funcţionează în domeniul de frecvenţe 800MHz-13GHz, având o suprafaţă totală de 0.6m2 şi care poate capta densităţi reduse de energie electromagnetică începând de la 5mW/cm2, pe care le transformă în energie electrică continuă de nivel redus (3V-6V/100µA). Această energie a fost convertită la nivele utilizabile de către sisteme electronice de mică putere (senzori, sisteme incorporate, LED-uri economice microamperice) prin intermediul unui micro-convertor conceput de colectivul nostru, care utilizează un concept modern de acumulare de energie: una de back-up pentru propria sa funcţionare şi una destinată utilizatorului (sarcinii), ambele utilizând stocare în acumulatori de mică putere. Obţinerea unor randamente ridicate la aceste nivele de tensiune redusă de intrare şi puteri sub-miliwatt reprezintă o mare provocare, în contextul în care valorile maxime obţinute pe plan internaţional cu soluţiile de conversie bazate pe circuite integrate specializate nu depăşesc 40%-43%. Utilizând ca idee o descoperire făcută acum 105 de ani de către fizicianul american Edwin H. Armstrong şi anume receptorul radio regenerativ, am reuşit să creştem randamentul de conversie la 59% pentru structura asimetrică a micro-convertorului şi estimăm obţinerea unui randament de peste 75% la structura simetrică aflată în teste funcţionale. Antena și convertorul fac obiectul a două cereri de brevete de invenție înregistrate.




Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite