Întrebări şi răspunsuri

Ce este Sistemul Energetic?

Un sistem energetic este acel sistem a cărui mărime fundamentală de stare este energia, iar interacţiunile cu mediul ambiant satisfac cerinţele legii de conservare şi transformare a energiei.

Puţine sunt conceptele cu o istorie atât de bogată în semnificaţii şi cu valenţe aplicative atât de numeroase cum sunt cele de structură şi de sistem. Definiţiile acestor termeni sunt atât de multe şi de variate, încât numai prin considerarea tuturor definiţiilor, ca un sistem cu o structură dinamică, am putea satisface cerinţele unei definiţii unice, unanim acceptate.

Etimologic, termenul de structură provine din latinescul „structura“, care înseamnă construcţie, clădire. Preluaţi de limbile europene, aceşti termeni reprezintă ideea de edificiu, respectiv de mod de a construi. Ca urmare a dezvoltării din secolul al XIX-lea, conceptul de structură începe să capete o semnificaţie proprie, aceea de configuraţie, constituţie. Această generalizare şi abstractizare contribuie totodată la valorificarea sensului de legătură. Astfel, deveneau importante nu numai elementele componente ale unei structuri, dar şi legăturile lor.

2.1. Proprietăţile structurii

Spre sfârşitul secolului al XIX-lea se observă o înlocuire a proprietăţilor sumative cu cele integrative, prin folosirea termenilor de întreg şi de totalitate, pentru evidenţierea unor proprietăţi noi de structură care nu puteau fi reduse la proprietăţile elementelor constitutive. Această transformare semantică reflectă totodată trecerea, pe plan ştiinţific şi tehnologic, de la o gândire mecanicistă aditivă la o gândire sintetică, integrativă. În acest sens, este suficient să amintim marile descoperiri din fizică legate de elaborarea legii conservării şi transformării energiei, la formularea entropică a celui de al doilea principiu al termodinamicii şi analiza matematică a câmpului electromagnetic. Putem astfel constata saltul cantitativ înregistrat de gândirea umană în descrierea şi înţelegerea naturii.

2.2. Structuralitatea materiei

Secolul al XX-lea a deschis pentru gândirea umană noi orizonturi, nebănuite. Dacă ar fi să considerăm numai teoria relativităţii, descoperirea fisiunii nucleare sau primii paşi ai omului pe Lună, tot nu am realiza necesitatea reconsiderării unor concepte generale, cum este cel de structură. Astfel, structura semnifică ideea de tot coerent, de interacţiune, de organizare a părţilor dintr-un întreg. Conjugat cu noile descoperiri ale fizicii atomice şi nucleare, înţelegerea structurii ca mod de organizare a materiei începe să se generalizeze tot mai mult, conducând în mod progresiv la descoperirea structuralităţii ca proprietate fundamentală a materiei în mişcare. Astfel, este dezvăluită capacitatea materiei de a intra în interacţiuni, respectiv de a se organiza.

2.3. Definiţia structurii

În concluzie, structura este un mod de organizare, relativ stabil, al unui ansamblu de elemente interconectate dinamic pe baza relaţiilor funcţionale existente între acestea şi a restricţiilor de compatibilitate.

Termenul de sistem provine de la grecescul „sistema“, care înseamnă ansamblu, reunire, punerea împreună a mai multor obiecte. Evoluţia pe plan semantic a termenului de sistem este strâns legată de ideea de întreg şi de gândirea holistă dezvoltată în jurul acestei idei (în limba greacă, „holos“ înseamnă întreg). Interpretările holiste din Antichitate aveau la bază un spirit monist sintetic, totalizator, asupra Universului, care era conceput ca un mare întreg şi în care se contopesc nu numai lucrurile şi fenomenele din natură, dar şi omul. În ştiinţa modernă, ideea de întreg apare îndeosebi ca un principiu de integrare şi ordonare a fenomenelor, modelul unei astfel de interpretări oferindu-l pentru prima dată conceptul de „gestalt“. În acest sens, un exemplu intuitiv îl constituie percepţia unei melodii. Având un caracter integral, aceasta nu poate fi redusă la însumarea sunetelor din care se compune. Melodia poate fi recunoscută chiar dacă lipsesc câteva sunete sau dacă este cântată la instrumente diferite.

3.1. Proprietăţile sistemului

Sistemul implică existenţa unei relaţii cu proprietăţi integrative între elementele componente sau între însuşirile acestora. Aceste relaţii conduc la apariţia unor proprietăţi noi la nivelul ansamblului, distincte de cele ale părţilor componente. Urmărind, de exemplu, circuitul apă-abur dintr-un cazan cu circulaţie naturală, înţelegem cum funcţionarea acestuia este posibilă tocmai prin stabilirea unor relaţii integrative între diversele componente (economizor, tambur, ţevi coborâtoare, ţevi din sistemul vaporizator, etc.), relaţii de dispunere şi succesiune ale acestora într-o anumită ordine care să poată permite aducerea apei în starea de saturaţie şi vaporizare, respectiv de supraîncălzire a aburului. Existenţa acestor relaţii face ca o modificare a funcţionării unei componente să se transmită asupra funcţionării celorlalte. Oprirea unui arzător, de exemplu, va influenţa câmpul termic din focar şi căldura sensibilă a gazelor de ardere. Ca urmare, se va modifica transferul de căldură spre circuitul apă-abur şi vor fi influenţate performanţele acestuia. De aceea, subliniem faptul că elementele unui sistem trebuie să fie interconectate dinamic.

3.2. Funcţiile obiectiv

Împreună cu ideile de întreg şi integritate prezentate mai sus, o contribuţie importantă la îmbogăţirea semantică a conceptului de sistem au avut-o şi noţiunile de funcţie şi organism, provenite îndeosebi din tehnică şi biologie. De exemplu, funcţia unei conducte este de a permite transportul fluidelor sub acţiunea unui gradient de presiune sau a câmpului gravitaţional. Această funcţie se realizează indiferent de materialul din care este fabricată conducta şi respectiv de natura fluidului. În plus, faţă de un canal, la o conductă apare şi funcţia de containerizare a fluidului. Aceasta înseamnă totodată şi o protecţie a mediului ambiant, în cazul fluidelor toxice, poluante chimice, termic sau radioactiv.

Importanţa cunoaşterii funcţiilor realizate de un sistem decurge şi din faptul că, în ştiinţele tehnice, obiectele cercetării nu sunt date (adică nu sunt descoperite, cum se întâmplă în ştiinţele naturii), ele sunt inventate. Se porneşte deci de la o funcţie sau un grup de funcţii şi se caută ansamblul de elemente capabil să le îndeplinească. În neputinţa sa de a reproduce natura în structura ei materială, omul a încercat să o imite în funcţionalitatea ei. De exemplu, avionul a fost inventat pentru a realiza funcţia de zbor a păsărilor, nu pentru a îmbogăţi colecţia lor cu o nouă pasăre. De asemenea, lampa electrică a fost inventată pentru a realiza funcţia de iluminat şi nu pentru a reproduce, la scară de laborator, structura materiei solare.

3.3. Definiţia sistemului

Sistemul se poate defini ca fiind un ansamblu de elemente interconectate dinamic, capabil de a se individualiza de mediul ambiant prin realizarea unei funcţii sau a unui grup de funcţii specifice.

Pentru multă vreme, conceptele de structură şi sistem au fost folosite în mod independent unul de celălalt. A urmat apoi o fază tranzitorie, de tangenţă sau chiar de intersecţie a sferelor semantice ale celor două concepte. Caracteristica acestei etape o constituie folosirea reciprocă, dar nu complementară, a celor doi termeni. Şi astăzi se întâlnesc multe cazuri când structura se defineşte ca un sistem de relaţii, iar sistemul ca fiind modelul unei structuri de elemente.

În ştiinţa modernă, conceptele de structură şi sistem sunt considerate împreună, reflectând astfel unitatea dialectică a lucrurilor şi fenomenelor. Altfel spus, o unitate a două proprietăţi fundamentale care sunt în acelaşi timp opuse şi interdependente, se află într-un proces continuu de întrepătrundere. În acest context, structura reflectă proprietatea de organizare a obiectelor şi a fenomenelor, în timp ce sistemul reflectă proprietatea de întreg şi de interacţiune a componentelor acestuia cu mediul ambiant.

Conceptele de structură şi de sistem pot fi considerate diferite, conform următoarei formulări:

  "Orice obiect sau fenomen considerat pe plan material, energetic sau informaţional poate fi considerat ca un sistem caracterizat printr-o anumită structură"

Deoarece nu există un sistem material care să poată fi considerat simplu, primar sau elementar, adică un sistem redus la un singur ultim element, orice sistem se dovedeşte a fi un sistem de sisteme. În mod complementar, elementele componente ale unei structuri sunt, la rândul lor, tot structuri. Relaţia structură-element este relativă, deoarece elementul dispune la rândul lui de o anumită structură.

În mod practic, orice aparat, echipament sau instalaţie tehnologică se poate considera ca fiind un sistem, deoarece fiecare dintre acestea:

  reprezintă un ansamblu de elemente interconectate dinamic;
  se caracterizează printr-o anumită funcţie sau un grup de funcţii (în particular, cele pentru care au fost proiectate);
  interacţionează cu alte instalaţii sau direct cu mediul ambiant;
  au o structură funcţională relativ stabilă.

În definirea unui sistem este important să se specifice foarte clar care este suprafaţa de frontieră prin care sistemul se detaşează de mediul ambiant, respectiv care sunt interacţiunile dintre sistem şi acest mediu.

4.1. Suprafaţa de frontieră

Suprafaţa de frontieră poate fi reală sau imaginară. De exemplu, mantaua unui schimbător de căldură, izolată sau neizolată termic, constituie o frontieră fizică naturală faţă de mediul ambiant. Dacă vom considera însă un ansamblu de schimbătoare de căldură interconectate funcţional, cum este cazul într-o centrală termoelectrică, suprafaţa de frontieră devine imaginară, dacă o gândim ca pe o anvelopă a tuturor acestor aparate.

4.2. Interacţiunea cu mediul ambiant

De obicei, interacţiunile dintre sistem şi mediul ambiant se grupează în mărimi de intrare şi mărimi de ieşire. Uneori, la acestea se adaugă şi o serie de perturbaţii produse de către mediul ambiant asupra sistemului. Structura sistemului rezultă din organizarea elementelor componente ale sistemului. Remarcăm faptul că, pentru acelaşi grup de funcţii pe care un sistem trebuie să le realizeze, se pot găsi mai multe moduri de organizare a elementelor componente. Deoarece relaţia dintre sistem şi structură este biunivocă, înseamnă că pentru obţinerea mărimii de ieşire putem gândi mai multe sisteme, diferenţa dintre ele fiind practic de structură. De exemplu, sistemul vaporizator de la un cazan energetic se poate prezenta într-o varietate de structuri funcţionale şi constructive, deşi realizează aceleaşi funcţii.

O clasificare implică existenţa unei mulţimi de obiecte şi a unui criteriu după care să se facă ordonarea. În cazul de faţă, obiectele considerate sunt sistemele pe care le putem defini. Numărul lor este practic infinit şi de aceea ne vom referi în cele ce urmează numai la cele mai uzuale clasificări, respectiv la cele care pun în evidenţă sistemele energetice, materiale şi informaţionale:

  după natura elementelor;
  după natura relaţiilor funcţionale;
  după regimul de funcţionare;
  după gradul de automatizare şi informatizare.

5.1. Natura elementelor sistemului

După natura elementelor distingem următoarele tipuri de sisteme: materiale, energetice, informaţionale, financiare, matematice, lingvistice, etc. De remarcat că ele se pot grupa în sisteme materiale (substanţiale) şi în sisteme ideale (conceptuale). Din prima grupă fac parte sistemele fizic realizabile, iar din cea de-a doua grupă fac parte sistemele formale sau modele ale sistemelor materiale. O altă clasificare după natura elementelor poate fi în sisteme: naturale, tehnologice, organice, sociale. Sistem fizic

Prin sistem fizic se înţelege orice porţiune din Univers pentru care se poate delimita un interior şi un exterior. Interiorul constă într-un număr oarecare de corpuri macroscopice considerate ca având o structură fizică continuă. Subliniem faptul că unul şi acelaşi ansamblu de elemente poate fi tratat ca un sistem material, energetic sau informaţional, în funcţie de natura legăturilor şi proceselor luate în considerare. Pentru exemplificare vom lua un cazan de abur destinat unei centrale termoelectrice. Sistem material

Dacă ne referim la ansamblul de componente materiale (ţevi, suporturi şi grinzi de susţinere, arzătoare, etc.) şi ne interesează procesul de montaj, de întreţinere sau revizie, atunci sistemul este de tip material. Sistem energetic

Însă, dacă analizăm regiunile funcţionale şi eficienţa energetică a cazanului, atunci sistemul considerat este de tip energetic. Sistem informaţional

În sfârşit, dacă ne interesează aparatele de măsură şi de control destinate conducerii operative a cazanului în exploatare, precum şi fluxurile informaţionale pe care această conducere le implică, atunci sistemul considerat este de tip informaţional, deşi suportul material este acelaşi ca în cazurile precedente. Sistem omogen

Dacă elementele componente ale unui sistem au aceeaşi natură, atunci sistemul are o structură omogenă. Sistem neomogen

Dacă elementele sunt de natură diferită, avem o structură neomogenă.

5.2. Natura relaţiilor funcţionale între elementele sistemului

După natura relaţiilor funcţionale, o primă clasificare este în sisteme liniare şi sisteme neliniare. Sistem liniar

În primul caz, relaţiile funcţionale sunt simple şi se pot exprima prin ecuaţii matematice liniare. Sistem neliniar

Când lucrurile se complică, aceste relaţii sunt neliniare, iar funcţionarea sistemului are un alt conţinut matematic. Sistem cu reacţie

O altă clasificare se referă la existenţa relaţiilor de tip feed-back şi feed-forward. Existenţa unor reacţii transformă în mod esenţial funcţionarea sistemului, deoarece mărimile lui de intrare sunt afectate de mărimile de ieşire - cazul sistemelor cu reacţie feed-back. Sistemele cu reacţie se mai numesc şi cibernetice. Pe o treaptă evolutivă superioară, aceste sisteme devin adaptative, autoinstruibile şi pot dispune de elemente de inteligenţă artificială.

5.3. Regimul de funcţionare al sistemului

O altă clasificare se referă la sisteme cu funcţionare continuă, sisteme cu funcţionare intermitentă şi sisteme cu funcţionare periodică sau ciclică. După regimul de funcţionare distingem sisteme statice şi sisteme dinamice. Sistem static

În primul caz, funcţionarea nu este condiţionată de factorul timp şi se spune că sistemele au regimuri statice, staţionare sau permanente. Sistem dinamic

În cel de-al doilea caz, regimurile de funcţionare sunt dinamice sau tranzitorii şi depind de timp.

5.4. Gradul de automatizare şi informatizare al sistemelor

După gradul de automatizare şi informatizare distingem sisteme tehnologice simple, sisteme semiautomate, sisteme dotate cu calculatoare (off-line şi on-line) şi sisteme dotate cu inteligenţă artificială.

Dacă energia este o mărime de stare a unui sistem fizic, atunci se poate spune că orice sistem fizic reprezintă un sistem energetic. O astfel de generalizare nu ne satisface însă, deoarece nu aduce informaţii suplimentare despre procesele şi structura funcţională a unui sistem, despre interacţiunile lui cu mediul ambiant şi respectiv despre funcţiile obiectiv pe care le are de îndeplinit. De aceea, sfera semnatică a conceptului de sistem energetic a fost restrânsă, iar în ultima vreme a fost „specializată“ pentru a răspunde unor cerinţe practice, de exploatare a sistemelor tehnologice destinate producerii, transportului, distribuţiei şi utilizării energiei electrice şi termice. Astfel, distingem două sfere semantice diferite pentru conceptul de „sistem energetic“. În primul caz, se vizează satisfacerea unor cerinţe generale de ordin epistemologic, iar în al doilea caz se încearcă un răspuns direct, specializat, la o serie de probleme practice, de ordin tehnologic, economic, organizatoric şi social.

6.1. Definiţia generală

Referindu-ne la primul caz, vom defini sistemul energetic ca fiind acel sistem a cărui mărime fundamentală de stare este energia, iar interacţiunile cu mediul ambiant satisfac cerinţele legii de conservare şi transformare a energiei.

Conform acestei definiţii, un motor cu ardere internă sau o turbină cu abur constituie sisteme energetice, în timp ce un calculator electronic nu este sistem energetic. În cazul calculatorului, energia cedează prioritate funcţională informaţiei, fapt pentru care se spune că un calculator reprezintă un sistem informaţional. În acest caz, importantă este procesarea informaţiilor (conform unor legi specifice) şi realizarea unor interacţiuni informaţionale cât mai eficiente cu mediul ambiant. Totuşi, este evident că un calculator electronic este şi un sistem energetic, dar această tratare a lui este secundară, subordonată funcţiilor obiectiv care îi sunt realizate pe plan informaţional. În această ordine de idei, când analizăm un sistem de tip OM-maşină, importante sunt relaţiile de adaptare reciprocă a celor două părţi (om şi maşină) şi nu transformările energetice care se produc la nivelul lor.

Cu toate acestea, definiţia de mai sus este operaţională, deoarece răspunde unor cerinţe metodologice şi pentru că o putem folosi pentru a individualiza sistemele energetice din multitudinea celor fizice existente. Pentru astfel de sisteme, mărimile de intrare şi de ieşire se exprimă cantitativ în unităţi de energie.

6.2. Definiţiile specialiştilor

Energeticienii au specializat înţelesul conceptului de sistem energetic, în sensul identificării lui cu un sistem energetic teritorial (regional, naţional, interconectat, etc.). În această viziune, sistemul energetic reprezintă ansamblul instalaţiilor de extracţie, prelucarare, conversie, transport şi distribuţie a energiei, extins pe un teritoriu şi reprezentînd o parte a economiei acelui teritoriu. Este vorba de un sistem foarte complex, cu legături directe între producţie şi consum, cu legături informaţionale care evoluează în timp.

O definiţie asemănătoare, dar formulată într-o perspectivă mai cuprinzătoare, spune că sistemul energetic este ansamblul instalaţiilor care realizează toate lanţurile transformărilor energetice şi toate formele de transport a energiei în cadrul unui anumit teritoriu. Se remarcă din nou prezenţa cuvântului cheie „teritoriu“.

Dacă ne referim la sistemul energetic naţional (SEN), considerăm sistemul ca fiind alcătuit din toate instalaţiile şi echipamentele prin care se realizează producerea, transportul şi distribuţia, precum şi utilizarea energiei electrice şi termice (produsă în termoficare). Aceste instalaţii şi echipamente sunt destinate alimentării cu energie a tuturor sectoarelor de activitate economice şi social-culturale, precum şi a populaţiei. Obiectivul principal al SEN este să asigure alimentarea consumatorilor cu energie electrică şi termică în condiţii de siguranţă şi în mod economic, conform unor parametri stabiliţi. Având în vedere complexitatea unui astfel de sistem, ne vom referi la acesta ca la un metasistem energetic. Într-adevăr, acesta este alcătuit dintr-un număr mare de sisteme energetice, aşa cum au fost definite anterior. De exemplu, metasistemul este alcătuit din sisteme energetice cum ar fi centralele electrice. La rândul lor, acestea sunt un ansamblu de sisteme energetice, care luate fiecare în parte, reprezintă un sistem de sisteme.

6.3. Concluzii deschise

Iată o nouă perspectivă de plasare a conceptelor de sistem energetic şi respectiv de metasistem energetic, care poate avea largi implicaţii teoretice şi practice. Conform acestei ultime definiţii, putem aborda orice instalaţie tehnologică în care se desfăşoară procese energetice. Dacă acceptăm definiţia sistemului exclusiv în sens teritorial, am sărăci cu mult conceptul conţinutul său semantic, ajungând la paradoxuri. Astfel, o centrală electrică nu ar putea fi tratată ca un sistem caracterizat prin sisteme preponderent energetice. Pentru a beneficia de o abordare semantică cât mai largă, vom folosi prima definiţie: sistemul energetic este acel sistem a cărui mărime de stare este energia. Spre deosebire de acest concept, sistemul energetic naţional va fi considerat ca un sistem energetic teritorial sau ca metasistem energetic.

Stefan Alexandra. 2201IE, CStefan Alexandra. 2201IE, C, 2019/01/15 00:04

Un sistem energetic este un ansamblu de instalații electroenergetice, organizat unitar, în scopul producerii, al transmisiei și al distribuției energiei electromagnetice pe un anumit teritoriu. Elementele principale ale unui sistem energetic sunt: centralele electrice interconectate, rețelele electrice de energie și rețelele de termoficare (instalate în jurul centralelor de termoficare, pentru transportul și distribuția căldurii la distanțe relativ mici).

Enter your comment. Wiki syntax is allowed:
G C M X K
 
  • intrebari_si_raspunsuri/ce_este_sistemul_energetic.txt
  • Ultima modificare: 2018/08/08 23:15
  • (editare externă)