Hidrocentrala viitorului: energie curată din adâncurile Cazanelor Dunării, în armonie cu natura

România și țările învecinate au nevoie de energie electrică deoarece aceasta intră în prețul de cost al produselor și reprezintă un element din coșul nivelului de trai al cetățenilor .Pentru a scădea prețul energiei este necesar a se apela la soluțiile verzi și ecologice pentru producerea acesteia . Una dintre aceste soluții verzi este valorificarea vitezei apelor fără construcții masive hidrotehnice. Una dintre soluțiile propuse este valorificarea vitezei apei în cazanele Dunării, aici avem o viteză a apei de 5 - 6 m/s. 

Propunerea mea este amplasare de tuburi hidrotehnice cu turbine de 5/5 m care să fie amplasate la 75 m adâncime pe fundul fluviului în cazanele Dunării. 

Proiectul prevede ca primul rand de tuburi dreptunghiulare 5/5 m, sa permita fixarea de fundul Dunarii peste care sa se fixeze turbinele.  Tuburile cu turbinele vor avea direct generatoarele . Aceste generatoare vor fi bine izolate in asa fel incat sa nu fie afectate de apă. 

Utilizarea turbinelor hidrotehnice pe fundul Dunării în zona Clisurii are un potențial imens de a genera energie curată. 

Este necesar 

1. Studiu preliminar:

• Analiza sedimentelor: Pe lângă cartografierea fundului Dunării, este crucială o analiză detaliată a tipului și cantității de sedimente transportate de Dunăre în zona Clisurii. Acest lucru va ajuta la alegerea materialelor și designului turbinelor pentru a minimiza riscul de colmatare și eroziune.
• Studiu geotehnic: Este necesară o investigație geotehnică a fundului Dunării pentru a determina stabilitatea solului și a identifica eventualele riscuri seismice.
• Modelare hidraulică: Pe lângă măsurătorile hidrodinamice, este importantă realizarea unei modelări hidraulice detaliate pentru a simula fluxul apei și a evalua impactul turbinelor asupra regimului hidrologic.
• Alegerea proiectului tehnic cel mai optim:  mărimea, forma tuburilor, distanța de fundul apei, tipul turbinelor, tipul generatoarelor de energie, scufundate sau transmiterea mișcării de rotație la suprafața  ( eu aș alege generatoare scufundate care dacă se defectează se schimbă facil, la suprafața vine doar energia prin cabluri de curent izolate). 

2. Proiectarea și implementarea turbinelor:

• Materiale: Oțelul inoxidabil este o opțiune bună, dar trebuie luate în considerare și alte materiale rezistente la coroziune și abraziune, cum ar fi aliajele de titan sau materialele compozite.
• Biofouling: Acumularea de organisme marine pe suprafața turbinelor (biofouling) poate reduce eficiența acestora. Trebuie luate în considerare strategii de prevenire a biofouling-ului, cum ar fi utilizarea de vopsele speciale sau sisteme de curățare.
• Acces și întreținere: Designul permite accesul facil pentru inspecție și întreținere. Se amplasează camere pentru urmărirea modului de derulare. Poate fi necesară utilizarea de vehicule subacvatice operate de la distanță (ROV) pentru aceste operațiuni.

3. Studiul de impact ecologic:

• Impactul asupra speciilor protejate: Clisura Dunării este o zonă cu o biodiversitate bogată, inclusiv specii protejate de pești și mamifere acvatice. Studiul de impact trebuie să evalueze cu atenție impactul turbinelor asupra acestor specii și să propună măsuri de atenuare.
• Zgomotul subacvatic: Turbinele pot genera zgomot subacvatic care poate afecta fauna acvatică. Este important să se monitorizeze nivelul de zgomot și să se ia măsuri de reducere a acestuia, dacă este necesar.

4. Estimare economică:

• Analiza cost-beneficiu: Trebuie realizată o analiză detaliată a costurilor și beneficiilor proiectului pe termen lung, luând în considerare costurile de investiție, operare, întreținere și dezafectare, precum și veniturile din vânzarea energiei electrice.
• Finanțarea priectului: Trebuie căutate diverse surse de finanțare, inclusiv fonduri europene, investiții private și parteneriate public-private.

5. Implementarea în etape:

• Monitorizare continuă:  un sistem de monitorizare continuă a performanței turbinelor, a impactului asupra mediului și a parametrilor hidrologici este imperios necesară;
• Plan de gestionare a riscurilor: Trebuie dezvoltat un plan de gestionare a riscurilor care să identifice potențialele riscuri asociate proiectului (de exemplu, inundații, secete, defecțiuni tehnice) și să propună măsuri de prevenire și atenuare.

6. Prezentarea proiectului:

• Consultarea publicului: Organizarea de consultări publice pentru a informa comunitatea locală despre proiect și a obține feedback.
• Colaborare transfrontalieră: Clisura Dunării este o zonă transfrontalieră, deci este importantă colaborarea cu autoritățile din Serbia pentru implementarea proiectului. Proiectul trebuie să fie unul comun.

1. Studiu preliminar asupra zonei propuse

1. Cartografierea fundului Dunării:

   • Se utilizează tehnologia sonarului și scanarea 3D pentru a obține o hartă detaliată a fundului Dunării în zona de interes (strâmtoarea din Clisura Dunării).
   • Parametrii măsurați: adâncime, structura geologică, viteza curenților, distribuția biodiversității subacvatice.

2. Măsurători hidrodinamice:

   • Confirmarea vitezei curentului de 5-6 m/s și analiza fluctuațiilor sezoniere.
   • Evaluarea volumului de apă transportat pe secundă, care va determina capacitatea energetică maximă.

---

2. Proiectarea și implementarea turbinelor

1. Design-ul turbinelor:

   • Turbine fără ax:
     • Permite migrarea peștilor prin centru.
     • Poate fi proiectat sub forma unei structuri circulare, cu pale care converg spre centru.
   • Turbine cu ax central:
     • Mai ieftine de construit și întreținut.
     • Axul central poate include zone perforate pentru migrarea peștilor sau alternative ecologice.

2. Dimensionarea:

   • Turbinele de 3-5 m diametru sunt amplasate pe un prim strat, acoperind fundul râului în secțiunile identificate drept optime.
   • Se lasă o adâncime de cel puțin 20 m liberă pentru a nu afecta ecosistemul din straturile de apă superioare.

3. Configurația:

   • Amplasarea turbinelor în „matrițe modulare” pentru a permite extinderea ulterioară a proiectului.
   • Se recomandă ancorarea modulară pentru a permite întreținerea ușoară și prevenirea blocajelor cauzate de sedimente.

---

3. Studiul de impact ecologic

1. Impact asupra faunei și florei:

   • Monitorizarea migrației peștilor și a sănătății ecosistemului local.
   • Evaluarea riscurilor potențiale de colmatare a turbinelor sau perturbare a habitatelor naturale.

2. Simulări pe termen lung:

   • Utilizarea modelelor computaționale pentru a evalua cum vor fi afectați curenții, sedimentele și temperaturile apei.

---

4. Estimare economică

1. Costuri de instalare:

   • Costurile de producție și transport ale turbinelor (materiale precum oțel inoxidabil pentru rezistență la coroziune).
   • Costurile pentru scanarea și pregătirea fundului Dunării.

2. Venituri generate:

   • Estimarea producției de energie (MW/h) în funcție de viteza curentului și eficiența turbinelor.
   • Posibilitatea de a vinde energia către rețea și de a accesa fonduri UE pentru proiecte de energie regenerabilă.

---

5. Implementarea în etape

1. Faza pilot:

   • Instalarea unui număr limitat de turbine pentru testarea eficienței și monitorizarea impactului.

2. Extinderea proiectului:

   • Pe baza rezultatelor obținute, extinderea la un al doilea strat de turbine.

3. Integrarea în rețea:

   • Conectarea producției de energie la infrastructura locală sau utilizarea pentru alimentarea comunităților locale.

---

6. Prezentarea proiectului

1. Proiectare vizuală:

   • Realizarea unor modele 3D pentru a demonstra cum vor arăta turbinele în mediul real.

2. Campanie de promovare:

   • Colaborare cu autoritățile locale, ONG-uri de mediu și comunități pentru obținerea sprijinului.

3. Obținerea aprobărilor:

   • Prezentarea proiectului autorităților competente pentru licențiere și fonduri.

---

1. Circulația sedimentelor:

   • În zonele fluviale, sedimentele sunt esențiale pentru menținerea echilibrului ecologic. Dacă sedimentele sunt blocate, pot apărea efecte adverse asupra ecosistemului.
   • Un spațiu liber de 5 metri ar permite curenților să transporte sedimentele fără obstacole.

2. Migrarea peștilor și biodiversitatea:

   • Unele specii de pești migrează la adâncimi mai mici, în apropierea fundului râului. Spațiul oferă o cale sigură pentru fauna acvatică.

3. Flexibilitate structurală:

   • Lăsarea acestui spațiu reduce presiunea asupra structurii turbinelor cauzată de forțele curentului și impactul sedimentelor mai mari.

---

Actualizare plan: Design modular cu distanță liberă

1. Structuri de ancorare:

   • Fundațiile turbinelor vor fi ridicate pe suporturi care lasă un spațiu liber de 5 metri între baza structurii și fundul apei. Aceste suporturi pot fi din beton ecologic sau alte materiale rezistente la apă.

2. Distribuirea turbinelor:

   • Turbinele sunt poziționate la 5 metri deasupra fundului râului, respectând distanțele optime pentru fluxul sedimentelor și migrarea peștilor.

3. Sisteme de monitorizare:

   • Se instalează senzori în zona inferioară (fundul apei) pentru a monitoriza fluxul sedimentelor și mișcarea peștilor, asigurându-se că aceste procese nu sunt perturbate.

---

Impact asupra designului și producției

1. Reducerea riscurilor de colmatare:

   • Spațiul liber reduce riscul ca sedimentele să se acumuleze în jurul turbinelor, menținând eficiența.

2. Impact minim asupra ecosistemului:

   • Acest design respectă standardele ecologice și crește șansele aprobării proiectului de către autorități și ONG-uri de mediu.

3. Costuri suplimentare minime:

• Deși va fi nevoie de suporturi suplimentare, creșterea costurilor este relativ mică în comparație cu beneficiile ecologice și logistice.

Calcul privind eficiența energetică a unui turbine dintr-un tub 

Pentru a calcula forța mecanică și energia dezvoltată de un tub hidroenergetic cu o viteză a apei de 5 m/s și o suprafață de 5 m², avem nevoie de câteva formule și informații suplimentare:

1. Forța mecanică:

Forța (F) exercitată de apă asupra unei suprafețe este dată de formula:

F = 0.5 * ρ * v² * A

unde:

• ρ = densitatea apei (aproximativ 1000 kg/m³)
• v = viteza apei (5 m/s)
• A = suprafața (5 m²)

Aplicând formula, obținem:

F = 0.5 * 1000 kg/m³ * (5 m/s)² * 5 m² = 62500 N (Newtoni)

2. Puterea mecanică:

Puterea (P) dezvoltată de apă este dată de formula:

P = F * v

unde:

• F = forța (62500 N)
• v = viteza apei (5 m/s)

Aplicând formula, obținem:

P = 62500 N * 5 m/s = 312500 W (Wați) sau 312.5 kW (kilowați)

3. Energia dezvoltată:

Energia (E) produsă într-un anumit interval de timp (t) este dată de formula:

E = P * t

Pentru a calcula energia, trebuie să specificăm intervalul de timp. De exemplu, pentru o oră (t = 3600 secunde), energia produsă ar fi:

E = 312500 W * 3600 s = 1125000000 J (Jouli) sau 1.125 GJ (gigajouli)

Observații importante:

• Acest calcul este o estimare teoretică și nu ia în considerare pierderile de energie datorate frecării, turbulenței, randamentului turbinei etc. În realitate, puterea și energia produse vor fi mai mici.
• Pentru o estimare mai precisă, este necesară o analiză detaliată a caracteristicilor turbinei hidroenergetice utilizate și a condițiilor specifice de funcționare.

Transformarea energiei din Jouli (J) în kilowatt-oră (kWh), vom folosi următoarea relație:

1 kWh = 3.600.000 J

Voi converti valoarea energiei calculate anterior (1125000000 J) în kWh.

Python

# Definește variabila 'jouli'
jouli = 1125000000

# Calculează 'kwh'
kwh = jouli / 3600000

# Afișează rezultatul
print(kwh)  # Output: 312.5

Codul rezultat

312.5

Energia produsă de tubul hidroenergetic în decurs de o oră este de 312.5 kWh.