Cuprins:

Capitolul 1. Potentialul energiei eoliene in

Romania………………………………………………..

1.1

Introducere……………………………………………………………………………….

1.2 Potential tehnic si economic amenajabil al SRE in

Romania…………………………….

1.3 Distributia potentialului SRE in Romania. Zonarea geografica, Harta de

profil…………

1.4 Tehnologii si echipamente

eoliene……………………………………………………….

1.5 Identificarea de locatii favorabile aplicatiilor

SRE……………………………………….

Capitolul 2. Studiul tipurilor de sisteme de mică putere pentru producerea energiei electrice

din energie

eoliană.......................................................................................................................................

1

CAPITOLUL 1.

POTENTIALUL EOLIAN IN ROMANIA

1.1 INTRODUCERE

Punerea în practică a unei strategii energetice pentru valorificarea potenţialului surselor

regenerabile de energie (SRE) se înscrie în coordonatele dezvoltării energetice a României pe

termen mediu si lung şi oferă cadrul adecvat pentru adoptarea unor decizii referitoare la

alternativele energetice şi înscrierea în acquis-ul comunitar în domeniu.

Obiectivul strategic pentru anul 2010 este ca aportul surselor regenerabile de energie in tarile

membre al UE, să fie de 12% în consumul total de resurse primare.

HG 443/2003 (modificată prin HG 958/2005) stabileşte pentru Romania că ponderea energiei

electrice din SRE în consumul naţional brut de energie electrică urmează să ajungă la 33%

pană în anul 2010 .

În “Directiva 2001/77/EC”, din 27 septembrie 2001, privind “Promovarea energiei electrice

produsă din surse regenerabile, pe piaţa unică de energie”, se stabileşte obiectivul strategic

privind aportul surselor regenerabile în consumul total de resurse energetice primare, care

trebuie să fie de 11%, în anul 2010.

Cartea Alba prognozeaza o reducere a emisiilor de CO2 estimate, potrivit cu scenariul care

trebuie urmărit până în 2010 pentru tarile UE, astfel:

Tipul de energie Capacitate

suplimentara

Reducerea de CO2

(mil tone/ an)

1. Eoliana 36 GW 72

2. Hidro 13 GW 48

3. Fotovoltaica 3 GWp 3

4. Biomasa 90 Mtep 255

5. Geotermala

(+pomope de

caldura)

2.5 GW 5

6. Colectoare solare 94 mil m2 19

Total pentu piata UE 402

2

1.2 Potential tehnic si economic amenajabil eolian in Romania

In strategia de valorificare a surselor regenerabile de energie, potenţialul eolian declarat este

de 14.000 MW (putere instalată), care poate furniza o cantitate de energie de aproximativ

23.000 GWh/an. Aceste valori reprezintă o estimare a potenţialului teoretic, şi trebuie

nuanţate în funcţie de posibilităţile de exploatare tehnică şi economică. Pornind de la

potenţialul eolian teoretic, ceea ce interesează însă prognozele de dezvoltare energetică este

potenţialul de valorificare practică în aplicaţii eoliene, potenţial care este mult mai mic decât

cel teoretic, depinzând de posibilităţile de folosire a terenului şi de condiţiile pe piaţa

energiei.

De aceea potenţialul eolian valorificabil economic poate fi apreciat numai pe termen mediu,

pe baza datelor tehnologice şi economice cunoscute astăzi şi considerate şi ele valabile pe

termen mediu.

S-a ales calea de evaluare a potenţialului valorificabil al ţării noastre cea macroeconomică, de

tip top-down, pornind de la următoarele premise macroeconomice:

- condiţiile de potenţial eolian tehnic (viteza vântului) în România care sunt apropiate de

media condiţiilor eoliene în ansamblul teritoriului Europei;

- politica energetică şi piaţa energiei în România vor fi integrate în politica europeană şi piaţa

europeană a energiei si in concluzie indicatorii de corelare macroeconomică a potenţialul

eolian valorificabil pe termen mediu si lung (2030-2050) trebuie să fie apropiaţi de indicatorii

medii europeni.

Ca indicatori macroecomici s-au considerat:

- Puterea instalată (sau energia produsă) în instalaţii eoliene în corelaţie cu PIB pe cap de

locuitor –indicatorul Peol/PIB/loc sau Eeol/PIB/loc

- Energia electrică produsă în instalaţii eoliene în corelaţie cu consumul brut de energie

electrică- indicatorul (cota) Eeol/ Eel

Parametru U.M. Tehnic Economic

(2030-2050)

Puterea

nominala

MW 3600 2400

Energie elecrica TWh/an 8,0 5,3

Mii tep/an 688 456

3

Sursa: ANM, ICEMENERG, 2006

De asemenea în strategie se propune instalarea a 120 MW până în anul 2010 şi a încă 280

MW până în anul 2015.

Conform acestei evolutii, energia electrica produsa din surse eoliene ar asigura cca 1,6 % din

consumul brut de energie electrica in anul 2010. Raportat la cantitatea de energie prevazuta

din surse regenerabile fara hidro de mare putere, energia eoliana ar asigura 12,3% din aceasta

cantitate.

Reanalizând datele din strategie, considerăm că exista rezerve suficiente pentru o dezvoltare

si mai importanta a aplicatiilor eoliene decat cea prevazuta.

Fata de un potential tehnic amenajabil de 3600 MW (8000 GWh/an), cotele tinta pentru

aplicatiile eoliene, pot fi pana in 2015 de 200 MW in 2010 si de 600 MW in 2015.

1.3Distributia potentialului SRE in Romania. Zonarea geografica, harta de

profil

S-a considerat necesara si oportuna abordarea unor activitati de reevaluare a potentialului

eolian al Romaniei, prin utilizarea unor mijloace si instrumente adecvate (aparatura de

masura, softuri adecvate etc.) pornind de la datele de vant masurate la 22 statii apartinand

ANM..

La staţiile meteorologice măsurarea celor doi parametri ai vântului, direcţia şi viteza, se

efectuează, conform recomandărilor OMM (Organizaţia Meteorologică Mondială), la

inălţimea de 10 m deasupra solului.

Din pacate,recomandarile UE in domeniu, precum si practica actuala , a dovedit insa că

viteza de la care este rentabilă eploatarea vântului ca resursă energetică trebuie sa se refere la

viteza vântului de la înălţimea rotorului turbinelor centralelor eoliene, situat in prezent de

obicei la înălţimi mari (50, 70, 80, 90 m deasupra solului).

Ca urmare, a fost elaborata Harta eoliana a Romaniei care cuprinde vitezele medii anuale

calculate la inaltimea de 50 m deasupra solului (Fig.1).

Distribuţia pe teritoriul României a vitezei medii a vintului scoate în evidenţă ca principal

zonă cu potenţial energetic eolian aceea a vârfurilor montane unde viteza vântului poate

depăşi 8 m/s.

A doua zonă cu potenţial eolian ce poate fi utilizat în mod rentabil o constituie Litoralul Mării

Negre, Delta Dunării şi nordul Dobrogei unde viteza medie anuală a vântului se situează în

4

jurul a 6 m/s. Fată de alte zone exploatarea energetică a potenţialui eolian din această zonă

este favorizată şi de turbulenţa mai mică a vântului.

Cea de a treia zonă cu potenţial considerabil o constituie Podişul Bârladului unde viteza

medie a vântului este de circa 4-5 m/s. Viteze fa vorabile ale vântului mai sunt semnalate şi în

alte areale mai restrânse din vestul ţării, in Banat si pe pantele occidentale ale Dealurilor

Vestice (Fig. 1).

5

Potentialul eolian al romaniei

6

Fig. 1 Distributia vitezei medii anuale a vantului pentru inaltimea de 50m.

7

1.4Tehnologii si echipamente eoliene

A. SISTEME AUTONOME

Sisteme EOL pentru alimentare gospodarii (WHS)

Sursa: Bergey, ICEMENERG, 2005

Sisteme hibride:

Avand in vedere caracterul aleatoriu si intermitent al resurselor eoliene, pentru cresterea

gradului de asigurare in alimentarea cu energie electrica se impune adoptarea unor solute

icare implica:

- utilizarea unor resurse neconventionale, cu caracter complementar sursei eoliene (energia

solara, biomasa)

- utilizarea unui grup motor – generator (Diesel)

Dintre sistemele hibride cele mai raspandite sunt cele binare: GMG / fotovoltaic / eoliene

(PV / EOL), eolian / grup motor generator (EOL / GMG) sau tertiare PV / EOL / GMG.

8

Schema unui astfel de system

Este un sistem de alimentare care poate asigura consumatorul cu energie electrica foarte

aproape de 100%.

9

B. SISTEME CUPLATE LA RETEA.

Mini / micro retele locale

Micile comunitati locale (sate etc), unele obiective turistice amplasate in zone isolate departe

de reteaua de distributie pot fi alimentate cu sisteme eoliene integrate in micro/mini retele de

distributie locala (de JT).

schema generala de organizare a unei astfel de micro / miniretea

Sursa: ADEME, ICEMENERG, 2005

Structura de baza a unei astfel de retele cuprinde:

- un grup de turbine eoliene care formeaza generatorul EOL

- bloc de incarcare baterii de acumulatoare (optional)

- grup GMG (optional)

10

-centrale eoliene;

Astfel de sisteme injecteaza energia produsa de turbinele de vant (grupate in mari ferme

eoliene) in reteaua de distributie din zona.

Asa cum apare in Fig.4.8 centrala este racordata la reteaua publica de 20– 110-220 kV si este

preluata in sistemul energetic national.

Managementul energiei livrate este realizat de un bloc de comanda si control care echipeaza

centrala eoliana.

Tipuri principale de solutii constructive pentru turbine eoliene.

Aproape toate instalatiile eoline pentru producerea energiei electrice instalate până în ultimul

deceniu s-au bazat pe unul dintre cele trei tipuri principale :

a) Turaţie fixă cu generatorul electric asincron, cu rotorul acestuia în scurt-circuit,

cuplat direct la reţeaua de forţă;

b) Turaţie variabilă cu generator electric asincron cu dublă excitaţie;

11

c) Turaţie variabilă bazată pe generator sincron cuplat direct la rotorul eolian. În afara

acestor tipuri principale , o serie de fabricanţi au dezvoltat alte tehnologii în timp (vezi

Tabelul de mai jos).

Producător Tip constructive Gama de putere

Bonus (Denmark) CT/CS; CT/AS 600 kW; 1-2.3 MW

DeWind (UK/Germany) VTDI 600 kW - 2 MW

Enercon (Germany) VTDD 300 kW - 4.5 MW

GE Wind

Energy(US/Germany)

CT/CS; VTDI 600 kW; 900 kW- 3.6

MW

Lagerwey (Netherlands) VT/AGP; VTDD 250 kW; 750 kW - 2

MW

Jeumont Industrie (France) VTDD 750 kW- 1.5 MW

MADE (Spain) CT/CS; VTSGP 660 kW - 1.3

MW;

2 MW

NEG Micon (Denmark) CT/CS; CT/AS; VTDI 600 kW

–

1.5MW;

1.5-2

MW;

2.75

MW;

Nordex (Germany) CT/CS ; VTDI 600 kW - 1.3

MW;

1.5-2.5 MW

REpower Systems

(Germany)

CT/CS; CT/AGP; VTDI 600 -

750 kW;

1.5-2

MW;

1MW;

Vestas (Denmark) SVT/OSP; VTDI 660 kW –

2,75 MW;

850 kW - 3

MW

CT/CS = Turaţie fixă, limitare de turaţie clasică (stall)

CT/AS = Turaţie fixă, limitare de turaţie activă (unghiul palei variabil-negativ, de 3-5 grade)

VTDI = Turaţie variabilă, unghiul palei variabil -pozitiv, inducţie cu dublă excitaţie la

generator.

VTDD = Turaţie variabilă, generator sincron cuplat direct la rotorul eolian combinat cu pas

reglabil (Enercon + Lagerwey + 1.5 MW Jeumont) combinat cuvariatie clasică de turaţie

(Jeumont J48-750 kW);

VTSGP = Turaţie variabilă, /pas variabil, + generator sincron fără perii;

VT/AGP = Turaţie variabilă, / pas variabil, + generator asincron (100% curent prin

convertor).

12

CT/AGP = combinaţie neuzuală de turaţie fixă/pas reglabil, cu conectare directă la generator

asincron.

De asemenea, s-au conturat doua solutii tehnologice:

- Turbine cu pas variabil echipate cu generatoare electrice asincrone;

- Turbine eoliene care functioneaza cu generator electric sincron cuplat direct pe rotorul

eolian.

In cazul celui de al doilea tip de turbina eoliana, arborele este susţinut de câte un lagăr în

fiecare parte a generatorului.

Aceasta solutie constructiva, asigura o mare fiabilitate si se distinge prin costuri de întreţinere

mult reduse.

În prezent, aceasta solutie constructiva se aplica la instalatii eoliene, cu puteri nominale

incepand de la 300 kW si ajungand până la puteri de 4 MW, ceace face conceptual agregatele

cu generatoare cuplate direct cu turbina de vânt, sa .se afirme tot mai mult.

Racordarea la retea

In de mai jos se prezinta, spre exemplificare, o schema de racordare la retea a unei turbine

eoliene de 300 kW.

13

Conform acestei scheme turbina WT se leaga direct prin intrerupator la un transformator

(0,4/20 kV), iar conectarea la eventualii consumatori in 0,4 kV din zona se face in derivatie

din racordul la generatorul electric al turbinei.

Transformatorul de conectare la reteaua de MT (de 20kV) se amplasesza in zona turbine sau

in apropriere de retea.

Pentru imbunatatirea factorului de calitate se utilizeaza baterii de condensatoare.

1.5 Identificarea de locatii favorabile aplicatiilor SRE

Criterii generale de selectie a locatiilor

Pentru abordarea unei investitii in domeniul SRE, selectarea locatiilor favorabile aplicatiilor

energetice se face avand in vedere unele criterii, care includ conditii si restrictii tehnice,

economice si de mediu.

Principalele criterii de selectie sunt urmatoarele:

1) Potentialul energetic al sursei regenerabile in zona de interes

2) Conditiile concrete din teren (morfologia terenului, rugozitatea, obtacole, natura terenului)

3) Apropierea de asezari umane

4) Rezervatii naturale, zone istorice, turistice, arheologice

5) Repere speciale : zone interzise, aeroport civil/militar, obiective de telecomunicatii

speciale etc.

6) Existenta si starea cailor de acces

7) Conditile de folosire a terenului: regimul juridic, concesionare/cumparare

8) Posibilitatile de conectare la reteaua electrica: distanta, nivel de putere etc.

9) Existente unui consumator in zona

10) Potentiali investitori in zona

11) Potentiali autoproducatori in zona14

12) Posibilitatea unui parteneriat public/privat

13) Indicatori tehnico-economici de performanta favorabili abordarii investitiei in

amplasamentul selectat

CAPITOLUL 2.

STUDIUL TIPURILOR DE SISTEME DE MICĂ PUTERE

PENTRU PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE DIN

ENERGIE EOLIANĂ.

Energia eoliană s-a folosit de mii de ani; la început energia mecanică preluată de la vânt era

folosită de vasele de navigaţie, pentru pomparea apei, pentru irigaţii şi de morile de vânt

pentru măcinarea grânelor.

Mai târziu această energie mecanică s-a transformat în energie electrică cu ajutorul

turbinelor eoliene (morile de vânt moderne) care puteau fi legate la reţeaua de curent electric.

2.1 Clasificarea sistemelor de conversie a energiei eoliene

Sistemele care realizează conversia energiei eoliană în energie electrică sunt turbinele

eoliene. Ele se clasifică în funcţie de poziţia axului, astfel:15

1) Turbine eoliene cu ax orizontal, au axul rotorului aşezat pe orizontală. În prezent

sunt cele mai variate din punct de vedere constructiv şi cele mai răspândite.

Acestea pot avea de la 1 până la 18 pale, cele cu una, două şi trei pale sunt –

turbine rapide şi cu pale multiple, (mai mult de 3 pale) sunt – turbine lente

[BOE2004], [ILN1984], [GAT2002], [SAH2006], [HAN2008].

Clasificarea turbinelor eoliene cu ax orizontal, a – o pală, b – două pale, c – trei pale,

d –cu pale multiple.

2) Turbine eoliene cu ax vertical, au axul rotorului aşezat pe verticală. Cele mai

răspândite sunt turbinele Darrieus, Savonius, Musgrove, Evence – cu două

sau trei pale subţiri aerodinamice încastrate de un ax vertical, şi Savonius – cu

două pale cu profil aerodinamic fixate de axul vertical. Avantajul lor este în

principal acela că rotorul acestora nu trebuie orientat după vânt. Dezavantajul lor

este că nu pot fi amplasate pe stâlpi la înălţime, ca urmare beneficiază de vântul

de la nivelul solului până la 50m înălţime. [BOE2004], [ILN1984], [GAT2002],

[SAH2006], [HAN2008]

16

Clasificarea turbinelor eoliene cu ax vertical, a – Darrieus, b – Savonius, c –

Evence,d- Musgrove

17

Turbinele eoliene se clasifică după puterea electrică furnizată, astfel:

• Turbine de putere mică (sub 100kW) utilizate în general pentru uz casnic, agricol, etc.;

• Turbine de putere medie şi mare (peste 100kW) utilizate pentru furnizarea energiei

electrice în reţea [BOE2004], [ILN1984], [GAT2002], [SAH2006], [HAN2008],

[SLG2009].

Turbine eoliene de mică putere

Turbinele eoliene de mică putere au fost şi sunt folosite pentru necesităţile energetice proprii

ale consumatorilor. Datorită costului redus şi al modului de întreţinere uşor, comercializarea lor se

extinde din ce în ce mai mult, fiind utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a utilizatorilor

izolaţi, care nu sunt conectaţi la reţeaua de energie electrică sau pentru funcţionalităţi diverse în

mediul construit.

O turbină eoliană de mică putere se defineşte ca un sistem de conversie al energiei

mecanice, preluată de la vânt, în energie electrică, cu putere de până la 100 de kW [BOE2004],

[BOD2009], [BOD2007], [ILN1984].

Turbine eoliene de mică putere cu ax orizontal

Turbinele eoliene cu ax orizontal există într-o varietate largă de soluţii constructive şi sunt

caracterizate printr-un coeficient de putere apropiat de limita lui Betz (0,593). Aceste turbine

au fost printre primele soluţii utilizate pentru satisfacerea nevoilor personale şi ale

comunităţii. Astăzi sunt utilizate din ce în ce mai mult, datorită eficienţei mărite a conversiei

energiei electrice în comparaţie cu turbinele eoliene de mică putere cu ax vertical.

Axul principal al rotorului turbinelor de acest tip este poziţionat pe orizontală, astfel

încât palele rotorului să fie perpendiculare pe acesta. Turbina eoliană este orintată în

amonte, adică cu vânt ascendent, din faţa turbinei, palele sunt rigide, iar rotorul este orientat

pe direcţia vântului.

Părţile componente ale acestor turbine sunt prezentate în figura 1.34. În tabelul

1.10. sunt prezentate în detaliu parţile componente [BOE2004], [BOD2009], [BOD2007],

[ILN1984],[TD1],[MAM2002],[GAT2002],[SAH2006],[HAN2008][ITF2010],[WRW2004],

[NAN2009], [HHK2009], [CLW1999].

18

Nr.

crt

Părţi

componente

Descriere

1 Rotor

Rotorul este format din arborele principal şi pale. Palele sunt în general în

număr de trei, sunt realizate din compozite armate cu fibră de sticlă, mase

plastice, metal sau lemn şi sunt de formă aerodinamică. Suprafaţa acoperită de

pale într-o rotaţie completă determină puterea generată de sistem. Arborele

principal este poziţionat pe orizontală.

2 Generator/

alternator

Generatorul/alternatorul este cuplat direct de arborele principal al turbinei şi, la

rotirea rotorului produce energie electrică. Dacă sistemul este construit cu

generator atunci curentul produs de turbină este continuu, dacă este echipat cu

alternator curentul produs de turbină este alternativ.

3 Cutie de

viteze

Cutia de viteze este folosită la turbinele eoliene de mică putere cu puteri peste

10 kW. Are rolul de a regla viteza de rotaţie a rotorului.

4 Nacela Nacela este o carcasă care include generatorul şi cutia de viteze.

Părţile componente ale turbinelor eoliene de mică putere cu ax orizontal

19

Nr.crt Părţi

componente

Descriere

5 Sistem de

orientare

Are rolul de a orienta turbina pe direcţia vântului. Multe turbine de mică

putere folosesc un sistem simplu, cu coadă tip giruetă, care se orienteză pe

direcţia vântului. Dacă sistemul este poziţionat în aval, adică vântul suflă în 6 Sistemul de

control şi

protecţie

Complexitatea acestui sistem depinde de tipul turbinei eoliene şi de

capacitatea acesteia. [NAN2009]

7 Turnul Turnul susţine sistemul de orientare, nacela şi rotorul turbinei eoliene.

Trebuie proiectat şi realizat astfel încât să reziste la condiţiile climatice

nefavorabile, ca vânturile extreme, grindina, vijelii, din oţel. Există câteva

tipuri de soluţii constructive de turnuri, printre care:

• Turn înclinat (conductă) – este utilizat pentru sisteme care produc

sub 1kW.

• Turnul ancorat – este mai ieftin, de obicei este de tipul turn înclinat.

Acest turn are nevoie de o suprafaţă destul de mare de ancorare,

pentru a fi cât mai bine fixat.

[BOE2004], [BOD2009], [BOD2007], [ILN1984], [TD1], [MAM2002], [GAT2002], [SAH2006],

[HAN2008] [ITF2010], [BIP2008], [WAC2001], [NAN2009], [HHK2005], [CLW1999]

Mărimile caracteristice turbinelor eoliene de mică putere au fost definite în subcapitolul 1.2:

rapiditatea λ, coeficienţii de putere şi moment, CP şi Cm, turaţia n şi puterea P a turbinei.

Turbinele eoliene de mică putere ca şi cele de mare putere utilizează frecvent profile cu trei

pale, de formă aerodinamică. La mărirea numărului de pale rapiditatea se măreşte, implicit şi

coeficientul de putere şi moment al turbinei [BOE2004], [BOD2009], [BOD2007], [ILN1984],

[MAM2002], [GAT2002], [SAH2006].

Noi soluţii constructive de turbine eoliene de mică putere s-au realizat ca brevet de invenţie

şi nu numai. În cele ce urmează sunt prezentate câteva dintre acestea cu avantajele şi dezavantajele

lor.

1) “Turbina eoliana cu vele” – brevet de invenţie nr. US 4208168 şi RO RO118723, autor

Gutanu Mihai, Bucureşti, România, 2003.

Turbina eoliană cu vele este formată dintr-un ax, un schelet cilindric liber sau fixat pe ax şi

vele triunghiulare care captează energia vântului, similare velelor de ambarcaţiuni, având pe

20

conturul exterior bare verticale; iar în planul bazei superior bare orizontale şi o volantă, astfel încât

să permită montarea velelor verticale; manevrarea velelor se realizează în mod automat sub acţiunea

cumulată a forţei centrifuge şi a vântului astfel încât fiecare velă utilizează vânt de pupa, vânt larg,

vânt strâns şi vânt în vânt (fig. 1.35.a). Turbina eoliană cu vele prezintă ca principal dezavantaj

gradul ridicat de complexitate la fixarea palelor în butuc; viteza de pornire este de 4 m/s. [B4]

2) “Rotor eolian, pentru vânt cu intensitate redusă” - brevet de invenţie nr. RO 122051

B1, autori Cristea Gheorghe, Teodoreanu Dan, Sontea Stefan, ICPE, Bucureşti, România, 2008.

O altă soluţie de rotor pentru turbine eoliene care funcţionează la viteze reduse ale vâtului, este alcătuit

dintr-un arbore (1) pe care sunt încastrate radial pachete de pale elastice (2), de tip “arc cu foi de lungimi

inegale”, dispuse sub formă de steag (coasă) şi înclinate cu unghiuri între 5º - 40º. Rotorul pentru turbina

eoliană menţionată prezintă ca principale dezavantaje: rezistenţă mecanică relativ redusă a palelor şi

gradul relativ ridicat de complexitate privind încastrarea pachetelor de pale pe cozi de steag (coasă) şi a

cozilor cu arborele (fig. 1.35.b). [B1]

3) “Roată eoliană”, brevet DE 3210405 (A1) - soluţia de turbină eoliană este constituită dintr-

un arbore central tubular care este rigidizat, prin mai multe rânduri de spiţe de sârmă dispuse înclinat

(axial şi circumferenţial), cu un trunchi de con cu zăbrele, format din 2 inele rigidizate între ele cu

ajutorul unor spiţe subţiri (înclinate, în ambele sensuri, faţă de generatoarele trunchiului de con) şi a

unor profile tubulare (dispuse după generatoare), pe care sunt montate aripi profilate cu deschidere

controlată; această soluţie are ca principal dezavantaj gradul ridicat de complexitate structurală şi

constructivă (fig. 1.35.c). [B11]

4) “Turbina eoliană multiplă tip roată de bicicletă” - Rotorul acestei turbine este compus dintr-

o obadă periferică 1 din tablă rulată sau ţeavă profilată, concentrică faţă de axa de rotaţie prin spiţele 2

care constituie în acelaşi timp şi palele turbinei. Spiţele sunt palele turbinei realizate din oţel (aliaj de

aluminiu), sunt relativ înguste cu profil aerodinamic în formă de arc de cerc. La ceastă turbină se poate

elimina multiplicatorul de turaţie, energia se captează de la periferia obezii 1 printr- o curea sau rolă de

fricţiune (fig. 1.35.d). Generatorul este plasat în partea inferioară a rotorului şi se orientează împreună cu

acesta, soluţia este specifică turbinele lente de mică putere (până la 6 kW). [ILN1984], [GAT2002]

5)“Turbina eoliană - Berwian - departamentul de bionică şi evoluţia tehnicii TU Berlin au

construit turbina BERWIAN. Palele sunt fixate la mijloc printr-un inel şi de butuc prin bare de fixare.

Palele au formă aerodinamică, se utilizează în număr mare 6 - 9. Puterea de 5 KW, D rotor de 2m, V

pornire de 3 m/s (fig.1.35.e). [GAT2002], [SAH2006]

6) O altă soluţie de turbină eoliană, este ”Maşina de putere eoliană”, brevet GB 2441392

A/2006, formată din două roţi 3 şi 4, cu o axă comună de revoluţie de susţinere, fiecare roată include

21

o serie de pale 2, de formă triunghiulară plană, care sunt fixate între obada roţii 1 şi butucul acesteia 6,

palele se rotesc radial, având pas variabil. Pasul palelor este fixat de un mecanism de strângere.

Fiecare roată poate să comprime paleta 7, care se foloseşte pentru operaţia dublă a roţilor; iar aceste roţi

pentru a putea funcţiona împreună au între ele fixat un şasi 8 (fig. 1.35.f). Aceste rotoare sunt folosite

la producerea energiei electrice, dar datorită construcţiei complexe au un randament scăzut,

funcţionarea lor de la o viteză a vântului: v > 4 m/s, constituind un dezavantaj. [B16]

7) Această soluţie de turbină – ”Roată velă tip moară de vânt”, brevet US 6402472

B1/2000, este poziţionată pe direcţia vântului, astfel încât atunci când vântul loveşte palele acestea se

înclină la un unghi optim de funcţionare. La viteze mari ale vântului unghiul de înclinare al palelor se

reduce astfel încât întreaga roată să nu se distrugă, iar la viteze reduse ale vântului roata velă

funcţioneză normal (fig. 1.35.g). Materialele din care sunt confecţionate palele poate constui un

dezavantaj în momentul fixării în obadă, atunci când palele sunt tensionate prin arcuri, şi

funcţionarea turbinei de la o viteză a vântului: v > 4 m/s. [B17]

8) O altă soluţie constructivă este ”Turbina cu obadă”, brevet US 0140951 A1/2010,

formată dintr-un rotor cu carcasă şi o obadă cuplată de carcasa rotorului prin pale multiple cu profil

aerodinamic dreptunghiular. Pe lângă aceste componente turbina mai are şi un generator electric

montat aproape de obadă. Obada 26 este conectată de butucul turbinei 27 prin pale multiple radiale

28, conform (fig. 1.35.h). Obada 26 şi palele 28 se rotesc în jurul butucului 27 la fel cum roata de

bicicletă se roteşte în jurul axei. Partea plată 33a şi 33b susţine axul comun 23, dar în acelaşi timp

ridică şi coboară sistemul faţă de fundaţie, cu ajutorul unui actuator 35; acesta mai are încorporat un

suport pentru lagăr 30a, care este adaptat să fixeze pe orizontală cablurile de fundaţie. În apropierea

obadei este ataşată o bobină 29 montată pe suport fără să se rotească. Pala 45 este fixată în două

puncte de axa 42 şi în şase puncte 39 de-a lungul segmentului obadei 36, la diferite circumferinţe de

aceasta. Obada realizată din metal este împărţită în segmente 36, care servesc ca ancoră pentru palele

28. Aceste pale sunt confecţionate din materiale textile consolidate şi întărite. Acest sistem produce

energie electrică la viteze ale vântului relativ ridicate peste 4 m/s şi are dezavantajul unor gabarite mari

pentru obţinerea unei puteri medii. [B18]

9) ”Pale trunghiulare sau spiţe”, brevet WO 48704 A1/1999 – este o soluţie constructivă de

turbină sub formă de roată de bicicletă, caracterizată prin aceea că palele sunt convexe sau plane pe toată

lungimea şi lăţimea lor. Această soluţie de turbină este formată dintr-o roată de bicicletă, butucul se

fixează de obadă prin spiţe şi tije, acestea au secţiune trunghiulară formând un unghi gol sau o curbă cu

gol. La această turbină palele sunt în acelaşi timp şi spiţe şi pale, soluţia are viteza de pornire relativ

ridicată, iar forma obadei este exact profilul roţii de bicicletă (fig. 1.35.i1 şi i2) [B19].

22

10) ”Rotor, în particular pentru elice sau sisteme de energie eoliană”, brevet WO 097850

A2/2009 - acestă soluţie constructivă are un rotor 1 format din două părţi de pală 3, care sunt fixate de

butucul 2, pala are două suprafeţe, prima parte a palei are formă plană 4 şi a doua parte a palei lateral

tot de formă plană 5, suprafeţele acestea ale palelor formează muchia 7 (fig. 1.35.j). În combinaţie

cu muchia 8 al celui de-al doilea plan al palei, aceasta se află pe aceeaşi direcţie cu butucul turbinei.

Pala mai are o muchie 10, formată dintr-o linie extinsă de la centrul butucului perpendiculară pe

aceasta şi obţinându-se astfel un profil aerodinamic. Dezavantajul principal este viteza de pornire relativ

mare de > 4 m/s şi complexitate ridicată la construcţia palelor. [B20]

11) O altă soluţie de turbină este ”Turbina roată”, brevet US 7775760 B1/2010, formată dintr-

o obadă fixată de butuc prin spiţe. O multitudine de pale cu profil aerodinamic sunt asamblate de roată,

acestea sunt fixate de mai multe spiţe şi poziţionate în interiorul obadei la un anumit unghi, ce

asigură frânarea întregului mecanism, cu lungime relativ mică pe spiţă (fig. 1.35.k). Turbina roată

100 mai este formată din butucul central 104, acesta este centrat de obada 102 printr- o multitudine de

spiţe 108. Butucul central al turbinei 104 include un arbore suport 106, care este fixat central cu

butucul 104. Spiţele turbinei 108 sunt asamblate utilizând forţa de tracţiune, astfel

încât să menţină obada 102 în cea mai bună configuraţie. O serie de pale 110 sunt asamblate de

spiţele 108, având o margine 112. Palele turbinei 110 sunt fixate pe spiţele 108, de formă

aerodinamică. Această turbină poate să producă energie preluată de la vânt, prin forma aerdinamică a

palelor, viteza de pornire este relativ mică, dar are un grad ridicat de complexitate. [B21]

12) ”Dispozitiv eolian pentru bicicletă”, brevet CN 2272410 (Y)/1996 - soluţia constă dintr- o

roată de bicicletă, prevăzută cu spiţe radiale şi mai multe pale plane (de formă aproximativ

trapezoidală), în care fiecare pală este articulată, paralel cu o latura, la o spiţă şi este legată elastic,

printr-un arc, de o pală adiacentă. Acest rotor de turbină poate fi antrenat şi de vânturi relativ slabe: v ≤ 4

m/s. Soluţia are două dezavantaje principale: a) nu poate fi utilizată ca turbină eoliană pentru antrenarea

unui generator electric (fiind prevăzută să rezolve o altă funcţie tehnică); b) nu este posibilă

rigidizarea axială şi tangenţială a obadei de butuc, prin utilizarea unor spiţe radiale subţiri, folosite uzual

la roţile de bicicletă; ca urmare, sunt necesare spiţe radiale groase (monobloc cu obadă şi butucul),

care cresc masa şi momentul de inerţie al roţii (fig. 1.35.l) [B10].

23

Brevete de invenţie şi soluţii constructive de turbine eoliene de mică putere

j) k) l)Brevete de invenţie şi soluţii constructive de turbine eoliene de mică putere

În urma analizei acestor soluţii de turbine eoliene s-a constatat că:

Turbinele eoliene lente cu multe pale - sunt adaptate pentru vânturi de viteză mică,

pornesc la viteze ale vântului de 2-3 m/s. Momentul motor este relativ mare.

Turbinele eoliene rapide cu două sau trei pale – funcţionează de la viteze ale vântului de

5 m/s. Curbele de variaţie a coeficienţilor de moment şi de putere, obţinute experimental,

evidenţiază valoarea mică a momentului motor şi un CPmaxim egal cu 0,4. Cu aceste soluţii noi s-au

îmbunătăţit: pornirea turbinei eoliene de mică putere de la viteze mici ale vântului; mărirea numărului de

pale, la mai mult de trei, pentru creşterea coeficientului de putere al turbinei; modificarea formei

aerodinamice a palelor pentru a se mării captarea energiei vântului.

Pentru a se putea realiza toate aceste îmbunătăţiri ale turbinei s-a mărit gradul de complexitate al

profilelor de pală şi al părţilor componente ale sistemului, ducând la un cost mărit şi o rezistenţă mecanică

cât mai scăzută a turbinelor.

24