Energia eoliană proiect tot

8/7/2019 Energia eolian proiect tot

1/12

1

Energia eolian- rezult din deplasarea maselor de aer determinate de diferenele de

presiune ntre diferite zone datorate inclzirii inegale, neregularitii scoartei terestre, rotaiei

pmntului.

Vnturile sunt n general inconstante ca intensitate si durat. Se cunosc si vinturi cu

caracter periodic sau permanent (brize, musoni, alizee)

Morile de vnt se foloseau n secolul al VI lea n Persia ( actualul Iran). Spre

deosebire de tipul care mai trziu a devenit rspndit n vest, aceste mori de vnt aveauun ax

vertical cu vele care se roteau pe suporturi orizontale. Pietrele de moara de la captul inferior

al axului mcinau cerealele pentru a obine fina. Prima menionare a unei mori de vnt n

Europa se refer la cea din Bury St Edmunds din Suffolk, Anglia.

Primele mori de vnt din Europa erau de tipul moar stlp. Velele se roteau pe un plan

aproape vertical, iar corpul morii de vnt era montat pe un stlp central. O prghie lung,

numit manet de ntoarcere, se prelungea n spate. Cnd direcia vntului se schimba,

morarul apsa pe maneta de ntoarcere pentru a roti din nou moara cu faa spre vnt.

Cu timpul, morarii ingenioi au gsit ci de a folosi moara i n alte scopuri, precum

ridicarea sacilor de cereale. Olandezii au nceput s foloseasc morile de vnt pentru a drena

apa de pe cmp. Un sistem consta dintr-o moar de vnt ce aciona un mecanism asemntor

Multe ruri au un flux de ap destul deeficient i continuu pentru a aciona turbine i agenera electricitate. Vntul, valurile, i mareeleconin i ele energie, dar valorificarea ei este mai

greoaie.


2/12

2

cu o roat de ap, care scotea apa. Pri cipalul dezavantaj al morilor de vnt este c, spre

deosebire de roile de ap, ele nu pot fi folosite dac este necesar energia continu; daca

vntulnceteaz, se oprete i mecanismul.

Generaliti: (aspecte istorice)

Instalaiile eoliene pot avea o contribuie major la folosirea energiei regenerabile.

Criza petrolului din 1970 a stimulat puternic n Europa dezvoltarea i producia comercial a

turbinelor eoliene pentru generarea energiei electrice. Dezvoltarea utilizrii energiei eoliene

s-a mbuntit continuu i, n ultima decad, energia electric produs din cea eolian a

cunoscut o dezvoltare considerabil. Turbinele au devenit mai mari, avnd o eficien i

disponibilitate mbuntite, iar parcurile eoliene au devenit maiimportante.

Consumul mondial de electricitate continu s creasc. Numeroase guverne europene

i-au propus obiective privind reducerea emisiei de dioxid de carbon n scopul scderii

nclzirii globale. Opinia, larg acceptat, este c aceste obiective vor fi realizate, pe de o

parte, folosind stimulente pentru economia de energie i, pe de alt parte, prin exploatarea pe

scar larg a energiei regenerabile.

Utilizarea instalaiilor eoliene reprezint o serioas opiune pentru realizarea acestor

obiective. Cteva ri europene au planuri impresionante privind instalarea unui mare numr

de generatoare eoliene n viitor. Cteva guverne sprijin aceste aciuni cu ajutorul unortaxe i

stimulente. Nord-vestul Europei , cu rmuri vntoase i o reeua electric ramificat i

puternic ofer posibilitiinteresante pentru investiii i dezvoltare a parcurilor eoliene.

Principiu de baz

Turbinele eoliene extrag energia vntului transfernd energia aerului care trece prin

rotorulturbinei ctre palele rotrului. Palele rotorului au profil de arip, aa cum este prezentat

n seciunea transversal din Figura 1. Planul de rotaie al rotorului este controlat astfel ca s

fie perpendicular pe direcia vntului. Fluxul de aer rezultant pe pala rotorului (adic vectorul

sum al vitezei vntului cu viteza local a rotorului) produce o diferen de presiune ntre

partea palei expus vntului i cea opus. (Aerul ce se scurge peste partea opus vntului

circul la o vitez mai mare i, deci, la o densitate i presiune mai mici). Aceast diferen de

presiune produce o for de mpingere perpendicular pe rezultant fluxului de aer. O

component a acestei fore produce un moment mecanic de rotaie care rotete rotorul i axul.

Puterea la nivelul axului poate fi utilizat n mai multe moduri. Sute de ani ea a fost folosit


3/12

3

pentru mcinatul grului sau pomparea apei, astzi instalaiile mari moderne, cu generatoare

integrate, o convertesc n energie electric.

Figura 1 Seciune trasversal a unei pale a rotorului indicnd vitezele i direciile

Planul de rotaie al rotorului este controlat astfel ca s fie perpendicular pe direcia

vntului. Fluxul de aer rezultant pe pala rotorului (adic vectorul sum al vitezei vntului cu

viteza local a rotorului) produce o diferen de presiune ntre partea palei expus vntului i

cea opus. (Aerul ce se scurge peste partea opus vntului circul la o vitez mai mare i,

deci, la o densitate i presiune mai mici). Aceast diferen de presiune produce o for de

mpingere perpendicular pe rezultant fluxului de aer. O component a acestei fore produce

un moment mecanic de rotaie care rotete rotorul i axul. Puterea la nivelul axului poate fi

utilizat n mai multe moduri. Sute de ani ea a fost folosit pentru mcinatul grului sau pomparea apei, astzi instalaiile mari moderne, cu generatoare integrate, o convertesc n

energie electric.

Ratele de putere i de eficienMasa n micare are o anumit energie. Aceast energie variaz n funcie de produsul

masei i ptratul vitezei.

Raportat la timp, acesta reprezint putere. Energia cinetic pe secund este:

unde:

Peste puterea (Nm/s sau W);

viteza de rotaie a rotorului

direcia de rotaie arotorului

direcia vntului

viteza vntului viteza remanent a vntului


4/12

4

meste masa pe secund - debitul masic (kg/s);

veste viteza vntului (m/s).

Aceast lege fizic este de asemenea aplicabil aerului n micare. Masa aerului care trece

prin rotor este considerat a fi un cilindru. Volumul cilindrului este dependent de aria

suprafeei rotorului i de viteza vntului, adic lungimea cilindrului care trece prin rotor n

unitatea de timp.

Aria masei de aer ce trece prin rotorulturbineintr-o secund este:

m= Av

unde:

este densitatea aerului (kg/);

A este aria suprafeei rotorului ();

veste viteza vntului (m/s).Aceasta conduce la o important caracteristic: energia rezultat depinde de viteza

vntuluila puterea a treia.

Ca exemplu, la viteza vntului de 6 m/s energia este de 132 W/. Atunci cnd

vntul bate cu viteza de 12 m/s energia crete la 1053 W/. Dublarea vitezei vntului

conduce la multiplicare cu opt a puterii.

Nu poate fi convertit n energie util toat energia vntului de la axul rortorului.

Folosind principii fizice, se poate arta c eficiena teoretic maxim a puterii vntului este

limitat la cca 59 %. Aceast limit este, de asemenea, numit coeficient de putere sau

valoarea Cp. n consecin, ecuaia de mai sus devine:

unde

Cpeste coeficientul mecanic de putere (la axullent).

(Cp la ax lent este definit ca eficiena conversiei energiei de la puterea vntului

(neperturbat) la cea mecanic de rotaie n raport cu axul principal al turbinei, care este

amplasatn aval fa de rotor inaintea cutiei de viteze. Viteza de rotaie a axului este egal

cu cea a rotorului turbinei i, din aceast cauz se refer la ax lent. C p poate fi, de

asemenea, definit dup cutia de


5/12

5

viteze, la axul de vitez mare al generatorului, numit ax rapid sau la ieirea

transformatorului, Cpdin reea).

Puterea electric net la ieirea uneiturbine, , care ine seama de eficienele mecanic i

electric este dat de:

unde:

este rata eficienei electrice (a energiei electrice) (%).

Astzi, turbinele mari moderne sunt capabile s realizeze o eficien net total, Ce, de 42 %

la 46 % n raport cu energia vntului neperturbatntr-un tub cu seciune circular a crui arie

transversal este egal cu aria brut a rotorului.

Starea actual a energiei eoliene: (aspectele geografice)

Producerea de turbine eoliene comerciale a nceput n anii 1980, cu Danemarca,

leader n aceast tehnologie. De la uniti de 40-60 kW cu diametrul rotorului de cca 10 m,

turbinele eoliene au crescutn putere pn la peste 5 MW i diametru al rotorului de mai mult

de 120 m.

mbuntirea continu a crescut abilitatea turbinei de a capta tot mai mult energia de

la vnt. Rezultatul a fost c utilizarea energiei eoliene a crescut rapid n Europa. n

Danemarca, de exemplu, numrul persoanelor implicate direct sau indirect n industria

turbinelor eoliene a crescut de la cca 2900 n 1991 la 21000 n 2002.

Estimri bazate pe scenariul Wind Force 12 arat c numrul persoanelor angajate n

domeniu, n Europa va ajunge la 200000 n 2020. Alte date despre energia eolian n lume i

n Europa:

pn la sfritul anului 2005 puterea instalat a atins 60 000 MW;

n ultimii ani, creterea global anual a fost de aproximativ 25 %. n cursul anului

2004 a fost de 7500

MW in 2005 a fost de 11600 MWcea mai mare parte, 60 - 70 %, din puterea total a fost instalat n Europa, 5800

MW n anul 2004 i 6200

MW n 2005.

se estimeaz c n anul 2006 se vorinstala, n lume, 15000 MW.


6/12

6

n afara Europei, cele mai multe instalaii eoliene sunt n SUA, cu China i India

aflate n plin

expansiune.

instalaiile eoliene s-au dezvoltat consistentn Europa, cu o capacitate multiplicat

de 27 de orin decada

1992-2002.

rile dezvoltate n acest domeniu sunt Germania, Spania, Danemarca i Olanda,

care au 84 % din totalul

puteriiinstalate. Noile piee includ Austria, Italia, Portugalia, Suedia iMarea Britanie. Cele

zece noi state

membre care au aderat la UE n mai 2004 au adoptat, de asemenea, obiective privind

energiile regenerabile.

n anul trecut, n Germania, rulajul de capital n industria eolian a fost de 4,2

bilioane EUR

Figura 3 Harta Europei cu puterea [MW] din instalaiile eoliene ale membrilor UE.


7/12

7

Tendine

n ultimii ani trei tendine majore au fost puse n eviden cu referire la aspectele

economice itehnologice ale conectriila reea a instalaiilor eoliene:

Turbinele au devenit mai mari i mai nalte

Puterea medie a turbinelor instalate n Germania i Danemarca a crescut de la

aproximativ 200 kW n 1990 la aproape 1,5 MW n cursul anului 2002. A crescut numrul

turbinelor mari, din gama 1,5 2,5 MW, care, practic, i-au dublat proporia pe piaa global

de la 16,9 % n 2001 la 35,2 % n 2003.

Eficiena turbinei a crescut

Folosirea unor instalaii eoliene mai nalte, a unor componente mbuntite i o mai

bun amplasare a condus la creterea eficienei cu 2-3 % anualn ultimii 15 ani. n plus, fa

de tendinele menionate, mai trebuie menionat faptul c parcurile eoliene off-shore aucrescutn dimensiuni i numr. La nceput, turbinele off-shore au fost variante ajustate ale

tehnologiei folosite pe uscat, completate cu o protecie la apa marin srat. Generaia actual

include modificri substaniale ca, de exemplu, o vitez periferic a rotorului mai mare i

echipamentnglobat pentru lucrri de mentenan. Turbinele trebuie s fie poziionate fix pe

fundul mrii, pe baza unui proiect exact. Trebuie s se instaleze muli kilometri de cabluri

care conecteaz turbinele ntre ele intregul ansamblu la reea. Pentru a asigura o fiabilitate

ridicat turbinelor, este necesar s fie efectuat mentenana efectiv a turbinelor. Pentru

aceaste este nevoie de vase care s transporte echipa de ntreinere la platformele turbinelorn

condiii extreme de vreme.

La sfritul anului 2003, cca 600 MW au fost instalai n parcuri eoliene off-shore

construite n apele de coast din jurul Europei din Danemarca, Suedia, Olanda i Marea

Britanie.

Beneficii mondiale ale energiei eoliene: (consecinte sociale)

Unele dintre multele beneficii asociate energiei eoliene:

- Cresterea economica si crearea de locuri de munca. In 2008, valoarea de turbine

eoliene instalate in Europa a fost de 11 miliarde de euro. In 2020, piata anuala de energi

eoliana in UE este de asteptat sa ajunga la 17 miliarde de euro. Aproximativ 160.000 de

persoane din UE erau incadrate in forta de munca a energiei eoliene in 2008. Industria eoliana

ar putea crea pana la 368,000 de locuri de munca noiin UE in intervalul 2000 2020.

- Curatarea mediului. In Europa 65 gigawati (GW) de energie eoliana instalati pana la


8/12

8

sfarsitul anului 2008 vor evita anual 108 milioane de tone de CO - echivalentul a peste 50

de milioane de automobile de pe sosele. Acest lucru se traduce intr-o crestere anuala de

evitare de eliberare in atmosfera de CO cu un cost de aproximativ 2,4 miliarde de euro.

- Independenta energetica. Europa importa acum mai mult de jumatate din energie, o

cifra care este de asteptat sa urce la 70% in urmatorii 20 pana la 30 de ani. Capacitate

industriei eoliene Europene instalate de 65 GW este suficienta pentru a oferi putere pentru

echivalentul a 35 milioane de gospodarii media UE. Energia eoliana a permis natiunilor din

UE sa evite plata costurilor de combustibil de 5,4 miliarde de euro anultrecut.

Avantaje ale energiei eoliene

Dintre toate sursele alternative de energie , energia eoliana inregistreaza la ora actual

cea mai semnificativa crestere. Energia eoliana este o sursa de energie regenerabila generata

din puterea vantului. Desi este inca o sursa minora de energie electrica pentru majoritatea

tarilor , productia energiei eoliene a crescut practic de 5 ori intre 1999 si 2006 si astfel

ajungandu-se ca in unele tari ponderea energiei eoliene in consumultotal de energie sa fie

din ce in ce mai semnificativ.

Dar cea mai importanta caracteristica a energiei eoliene este ca aceasta reduce poluare

mediuluiinconjurator cu o cantitate de peste 8 tone CO2(dioxid de carbon) anual.

Principalele avantaje ale energiei eoliene sunt urmatoarele:

-emisia zero de substante poluante si gaze cu efect de sera datorita faptului ca nu se ard

combustibili;

-nu se produc deseuri;

-costuri reduse pe unitatea de energie produsa, s-a ajuns ca in unele tari energia eoliana

sa coste mai putin decat cea rezultata din energia generata din combustibili;

-costuri reduse de scoatere din functiune , costurile sunt minime acestea putand fi

integral reciclate.

In prezent Romania detine doar3

7 de eoliene dar se preconizeaza ca in viitor productiade centrale eoliene pe teritoriul Romaniei sa creasca semnificativ. Probabil cele mai bune

locatii pentru centralele eoliene vor fi in Dobrogea unde puterea vantului are o valoare mai

semnificativa.

In concluzie nu ne mai ramane decat sa sustinem proiectele de dezvoltare a centralelor

eoliene si sa privim cu incredere in viitor.


9/12

9

Tehnologi ineloreoliene

Tehnologie

Figura 4 S

ciune n turbinaeolian

Tehnologia turbinelor eoliene modern s-a dezvoltat rapid n ultimele dou decade.

Principiul de baz al turbine eoliene a rmas aproape neschimbat iconst din dou procese

de conversie realizate de componentele principale:

rotorul care extrage energia cinetic a vntului i o convertete n cuplugenerator;

generatorul care convertete acest cuplu n energie electric i o livreaz reelei.

Dei pare simpl, o turbin eolian este un sistem complex n care se fructific cunotin

din domeniul aerodinamicii, mcanicii, electrotehnicii i automaticii.

Rotor i le

O turbin eolian modern are dou, de preferin trei, pale sau aripi. Palele sun

realizate din poliester ntrit cu fibre din sticl sau carbon. Din motive comerciale, palele a

lungimi de la 1 m la 100 m i chiar mai mult. Palele sunt montate pe o structur din oel

numit butuc. Aa cum s-a menionat, anumite pale sunt ajustabile prin controlul unghiului

de nclinare ( pitch control ).

Rulmentul principal

Cutie de viteze

generator

Girueta si anemometru

Intrerupator

principal

Dulap decontrol/comanda

Motor de directionare


10/12

10

Nacel

Nacela poate fi considerat camera mainilor pentru turbin. Acest spaiu este realizat

astfel nct s se poat roti pe turnul (din oel) ca s permit orientarea rotorului

perpendicular pe direcia vntului. Aceasta se realizeaz de ctre un sistem de control

automat legat la girueta care se afl pe nacel.

Camera manilor este accesibil din turn i conine toate componentele principale cum

sunt arborele (axul) principal cu rulmentul su, cutia de viteze, generatorul, sistemul de

frnare i sistemul de rotire (orientare). Arborele principal transfer cuplul rotorului la

cutia de viteze.

C tia e iteze

O cutie de viteze este necesar pentru trecerea de la viteza relativ redus a rotorului (cc

20 rotaii/minut pentru un diametru de 52 m) la cea a generatorului (1500 rotaii/minut).

Generator

n mod curent, exist trei tipuri de turbine eoliene. Diferena principal ntre acest

concepte se refer la generator i la modul n care eficiena aerodinamic a rotorului est

limitat atunci cnd viteza vntului este mai mare dect cea nominal, cu scopul de a evit

suprasarcina. Ca i n cazul generatorului, aproape toate turbineleinstalate folosesc unul din

sistemele urmtoare (vezi Figura 5):

generator asincron cu rotor n scurtcircuit;

generator asincron cu dubl alimentare (rotor bobinat); generator sincron

Figura 5 Sisteme degenerareaplicatela turbineeoliene

rotorrotor

rotor

retea retea retea

convertor

convertor

Condensatoarepentrucompensare

Generator sincron

Generatorasincron cudubla alimentare

Generatorasincron curotor inscurtcircuit


11/12

11

Turbinele eoliene din prima generaie au folosit generator asincron cu rotorn scurtcircuit.

Din cauza diferenei mari dintre viteza de rotaie a turbinei i cea a generatorului, este

necesar o cutie de viteze. nfurarea rotorului este conectat la reea. Acest concept se

numete viteza constant a turbinei eolienedei generatorul asincron cu rotorn scurtcircuit

permite mici variaii ale vitezei rotorului (aproximativ 1%).

Deoarece generatorul asincron cu rotor n scurtcircuit consum putere reactiv, care un

este dorit, n particular n reele slabe, este necesar conectarea unor condensatoare pentru

compensare.

Celelalte dou sisteme de generare permit un factor 2 ntre viteza maxim i minim a

rotorului. Aceste nivele diferite de vitez sunt adaptate cu ajutorul electronicii de putere care

decupleaz frecvena rotorului de cea a reelei.

Generatorul asincron cu dubl alimentare utilizeaz electronica de putere pentru a

alimenta nfurrile rotorului generatoului. Frecvena curentului rotorului este variat astfel

nct frecvena curentului generat n nfurrile statorului este potrivit cu cea a reelei la

care este direct conctat. O cutie de viteze este necesar pentru a potrivi vitezele rotorului i

generatorului.

Generatorul sincron conectat direct nu are nevoie de cutie de viteze. Generatorul i reeaua

electric sunt complet decuplate prin electronic de putere. Viteza generatorului este mult

mai mic dect a sistemelor indirecte astfel nct la generator pot fi utilizate viteze mici;

acestea sunt uor de recunoscut datorit diametrelor mari i proximitii fa rotorulturbinei.

Sistem de blocare

Turbinele eoliene sunt echipate cu un sistem de siguran robust incluznd un sistem

aerodinamic de blocare. n cazuri de pericol sau pentru oprirea necesar mentenanei se

folosete un disc de blocare.

Sistem de control / comand

Turbinele eoliene au sisteme de control/comand complexe care folosesc computer i care

pot, de asemenea s furnizeze informaii detaliate asupra strii turbinei. Adesea aceast

informaie poate fi refcut i anumite funcii de control realizate printr-o cale de comunicare.

Dezvoltri viitoare

n prezent (2006) turbinele eoliene cu o tehnologie verificat sunt disponibile n gama 1,5 -

3MW. n Europa de Vest atenia este ndreptat, n principal, spre gama de turbine eoliene de


12/12

12

2-3MW. Toate ntreprinderile de vrf din domeniu au una sau mai multe turbine eoliene de

ordinulMW + un segment de pia.

n anumite regiuni, de exemplu n Europa de Sud, Asia i America Latin cu o mai puin

dezvoltat infrastructur sau unde ariile muntoase domin, turbinele eoliene fizic mai mici

sunt mai adecvate. Pentru aceste motive, turbinele eoliene din gama 0,8 - 1,3MW sunt maicutate n toat lumea.

Prototipuri ale unor turbine de 5 i 6 MW vor deveni comerciale ncepnd cu 2006.

Aceste turbine sunt caracterizate de faptul c au axulla nlimea de 120 m sau mai mult i au

diametrul rotorului adesea mai mare de 110 m. n afar de costurile n continuare ridicate per

MW instalat al acestor turbine 5+MW, principal problem o reprezint greutatea i

dimensiunile componentelor care sunt dificil de transportat pe structura rutier a Europei de

Vest. Anumii productori rezolv problema oferind aceste turbine numai pentru

amplasament offshore sau pentru amplasamente accesibile pe ap. Alii rezolv aceast

problem logistic, cel puin parial, prin construirea i instalarea turnurilor realizate prin

montarea in-si

ua unor elemente prefabricate din beton n locul segmentelortubulare din

oel.

n tehnologia eolian, urmtoarele evenimente suntn curs sau sunt anticipate:

proporia tehnologiei cu rotor cu vitez variabil, incluznd electronic de putere

modern, va crete;

n segmentul mai mare de 1 MW, cutia de viteze este una din cele mai slabe legturinecesitnd frecvente operaii de mentenan sau cheltuieli mari de reparaii sau nlocuire.

Anumii productori ofer turbine eoliene fr transmisie care folosesc generatoare sincrone

multipolare mari (cu diametre pn la 5 m). Se obine un proiect hibrid care are un etaj cu

cutie de viteze urmat de un generator sincron multipolar mai puin masiv. Se consider c, n

urmtorii 5-10 ani, aceste diferite concepii se vor dezvolta.

Energia eoliană proiect tot

Documents

Transcript of Energia eoliană proiect tot