Universitatea Maritima ConstantaFacultatea de Navigatie si trasport NavalSpecializare:Inginerie economica in domeniul trasporturilor

Proiect

Sisteme ecologice de trasport

Student:Marin Constantin Alexandru

Profesor coordonator:As.univ. Iulia Anton

1

CUPRINS

Cap. 1 Generalitati privind energiile neconventionale

1.1. Energii conventionale. Repercursiuni asupra mediului 1.2. Energii neconventionale. Prezentare generala

1.2.1. Energia solara1.2.2. Energia vantului 1.2.3. Energia apei marilor si oceanelor1.2.4. Energia geotermica1.2.5. Energia biomasei

Influente ale surselor de energie asupra mediului inconjurator

Cap.2 Energia eoliana

2.1. Geneza vantului2.2. Potentialul eolian2.3. Clasificarea turbinelor de vant2.4. Caracteristicile si calitatile principale ale turbinelor eoliene2.5. Dispozitive de masurare a parametrilor vantului

Instalatii actionate de vant

Cap. 3 Turbine eoliene

3.1 Turbine cu ax vertical3.1.1 Turbine diferentiale 3.1.2 Turbine cu ecran. 3.1.3. Turbine cu pale batante3.1.4. Turbine cu pale turnante3.1.5. Turbine cu variatia unghiului de incidenta3.1.6. Alte tipuri de turbine cu ax vertical

3.2.Turbine cu ax orizontal3.2.1.Morile de vant clasice3.2.2.Turbine lente3.2.3. Turbine rapide

Avantaje si dezavantaje a turbinelor cu axa verticala si orizontala

Cap.4 Calculul turbinei

2

Cap. 1

Generalitati privind energiile neconventionale

1.1 Energiile conventionale Energia conventionala reprezinta folosirea combustibililor fosili (carbuni, gaze

naturale, petrol) pentru producerea energie, prin intermediul unor procese de ardere.

Energia Conventionala este generata din surse epuizabile, in special combustibili fosili, cei mai raspanditi fiind carbunii, petrolul si gazele naturale. Acest tip de energie are dezavantajul de a fi din ce in ce mai scumpa, deoarece resursele sunt din ce in ce mai putine, iar cererea la fel de mare sau mai mare, din acest motiv si pretul avand tendinta de crestere. Desi este utilizata pe scara larga, energia conventionala sau traditionala are dezavantajul de a depinde de cantitatea de carbuni, petrol si gaze naturale existenta, care este limitata, iar prin arderea acestor combustibili se elimina in atmosfera gaze nocive, precum dioxidul de carbon, care genereaza la randul sau binecunoscutul efect de sera. Acesta este principalul factor pentru aparitia unor schimbari climatice importante, care ameninta ecosistemele de pe intreg globul. Prin mediu inconjurator sau mediu ambiant se intelege ansamblul de elemente si fenomene naturale si artificiale de la exteriorul Terrei, care conditioneaza viata in general si pe cea a omului in special. Sensul dat acestei notiuni in cadrul Uniunii Europene este cel al unui ansamblu de elemente care, in complexitatea relatiilor lor, constituie cadrul, mijlocul si conditiile de viata ale omului, cele care sunt ori cele care nu sunt resimtite. O alta definitie o gasim in Legea protectiei mediului, in care mediul inconjurator este ansamblul de conditii si elemente naturale ale Terrei: aerul, apa, solul si subsolul, toate straturile atmosferei, toate materiile organice si anorganice, precum si fiintele vii, sistemele naturale in interactiune, cuprinzand elementele enumerate anterior, inclusiv, valorile materiale si spirituale.

Poluarea reprezinta modificarea componentelor naturale prin prezenta unor componente straine, numite poluanti, ca urmare a activitatii omului, si care provoaca prin natura lor, prin concentratia in care se gasesc si prin timpul cat actioneaza, efecte nocive asupra sanatatii, creeaza disconfort sau impiedica folosirea unor componente ale mediului esentiale vietii. (Conferinta Mondiala a O.N.U., Stockholm, 1972)

Poluarea mediului privita indeosebi prin prisma efectelor nocive asupra sanatatii a imbracat de-a lungul timpului mai maulte aspecte concretizate in diferite tipuri de poluare si anume:

I. Poluarea biologica, cea mai veche si mai bine cunoscuta dintre formele de poluare, este produsa prin eliminarea si raspandirea in mediul inconjurator a germenilor microbieni producatori de boli.

II. Poluarea chimica consta in eliminarea si raspandirea in mediul inconjurator a diverselor substante chimice. Poluarea chimica devine din ce in ce mai evidenta, atat prin cresterea nivelului de poluare, cat mai ales prin diversificarea ei. Pericolul principal al poluarii chimice il reprezinta potentialul toxic ridicat al acestor substante.

II. III. Poluarea fizica este cea mai recenta si cuprinde, in primul rand, poluarea radioactiva ca urmare a extinderii folosiri izotopilor radioactivi

3

in stiinta, industrie, agricultura, zootehnie, medicina etc.. Pericolul deosebit al substantelor radioactive in mediu si in potentialul lor nociv chiar la concentratii foarte reduse. Poluarii radioactive i se adauga poluarea sonora, tot ca o componenta a poluarii fizice. Zgomotul, ca si vibratiile si ultrasunetele sunt frecvent prezente in mediul de munca si de viata al omului modern, iar intensitatile poluarii sonore sunt in continua crestere. Supraaglomerarea si traficul, doi mari poluanti fonici, au consecinte serioase asupra echilibrului psihomatic al individului.

Insa cele mai des intalnite forme de poluare sunt: poluarea apei, poluarea solului, poluarea aerului (atmosferica).

Prevenirea poluării mediului prin reducerea consumului de energie provenită din arderea combustibililor fosili Atmosfera poate fi afectată de o multitudine de substanţe solide, lichide sau gazoase. Dat fiind faptul că atmosfera este cel mai larg şi în acelaşi timp cel mai imprevizibil vector de propagare al poluanţilor, ale căror efecte sunt resimţite în mod direct şi indirect de om şi de către celelalte componente ale mediului, se impune ca prevenirea poluării atmosferei să constituie o problemă de interes public, naţional şi internaţional. Potenţial, poluarea aerului este cea mai gravă problemă, întrucât are efecte pe termen scurt, mediu şi lung. Pe termen scurt şi mediu, poluarea are efecte negative, de natură să pună în pericol sănătatea omului, să dăuneze resurselor biologice şi ecosistemelor, să provoace pagube economice. Pe termen lung poluarea produce modificări asupra mediului prin: efectul de seră, distrugerea stratului de ozon şi ploile acide. Poluarea mediului este cea mai importantă problemă a secolului XXI. Se poate spune că poluarea a apărut odată cu industrializarea, dar s-a amplificat şi s-a diversificat paralel cu dezvoltarea societăţii. La baza poluării stau factori variaţi, dintre care cei mai importanţi sunt: urbanismul, industrializarea, chimizarea, densitatea demografică. Poluarea apare astfel ca un „subprodus” al civilizaţiei, care nu se limitează doar la interiorul unei întreprinderi, a unei colectivităţi mici, ci cuprinde oraşe, zone din interiorul unei ţări şi chiar arii ce se referă la zone geografice întinse, devenind o problemă internaţională. Pe de altă parte, datele privind cantitatea poluanţilor la nivelul solului sunt furnizate de sistemele de monitorizare a calităţii aerului, administrate de diferite organizaţii de control, mai ales în domeniul public. Pentru aer problemele actuale de mediu sunt: - efectul de seră; - distrugerea stratului de ozon; - acidifierea; - micropoluanţii; - particulele în suspensie. Indicatorii legaţi de mediul atmosferic sunt organizaţi pe trei nivele: - indicatori de presiune (emisii de poluanţi), - indicatori de stare (calitatea aerului) - indicatori de răspuns (măsurile luate şi eficacitatea lor).

Energia conventionala – Energie poluanta

Folosirea surselor de energie conventionala elibereaza in atmosfera cantitati impresionante de gaze cu efect de sera, dintre care cel mai important este dioxidul de carbon (CO2).

Utilizarea excesiva a resurselor neregenerabile are consecinte negative asuprea mediului, cum ar fi accentuarea efectului de sera, ploile acide si cresterea concentratiei de praf din atmosfera.

Incalzirea globala, determinata de cresterea efectului de sera, este semnul cel mai vizibil al schimbarilor climatice ce au loc la nivelul intregului glorb. Cresterea frecventei fenomenelor meteorologice (caldura excesiva, inundatii, furtuni), topirea

4

ghetarilor si cresterea nivelului oceanelor reprezinta amenintari serioase asupra supravietuirii numeroaselor specii de plante si animale, precum si asupra sanatatii si bunastarii oamenilor.

La nivel local, cresterea poluarii, in special in marile orase are consecinte dintre cele mai nefaste, intre care ploile acide ocupa un loc central, producand alterari semnificative ale sanatatii plantelor si animalelor, eroziuni ale solului sau cladirilor, coroziuni ale obiectelor metalice etc..

1.2 Energiile neconventionale. Prezentare generala

Energie neregenerabilă, care este energia obţinută resurse epuizabile,cum sunt considerate combustibilii fosili şi cei nucleari.Prin surse neconventionale de energie se vor intelege toate acele surse care nu utilizeaza combutibilii clasici si anume : energia solara, a vantului, mareelor, valurilor etc. Epuizarea resurselor a determinat dezvoltarea unor largi programe de cercetare menite a realize noi filiere energetic care sa participle la echilibrarea raportului dintre “cererea de energie” si asigurarea ei.

Trebuie aratat insa ca “lumea” se va confrunta in urmatoarele decenii cu probleme deosebit de complexe legate nu numai de insuficienta unor resurse, dar si de “elesticitatea” mai redusa pe care o prezinta sursele noi. Cu ajutorul carbunelui si petrolului se pot produce relativ rapid electricitate si de aici elasticitatea utilizarii in procesul industrial. Noile “filiere” energetice, soarele, vantul s.a. desi de mare disponibilitate, au o mai mica accesibilitate, nu reprezinta concentrari mari de energie, au un caracter aleatoriu, de neadmis intr-un sistem energetic la care continuitatea furnizarii de energie este elementul essential. De aici rezulta si o concluzie pentru structura viitoare a filierelor energetice in sensul completarii lor, a coexistentei lor inca multe decenii in scopul realizarii unor economii globale de energie.

In acest sens, trebuie privita contributia noilor resurse energetic si trebuie aratat ca deja aceste filiere energetic incep sa participle substantial la reducerea consumului de combustibil conventional.

Numai energia solara – de altfel filiera cu cele mai apropiate aplicatii din cele conventionale – in conditiile reducerii consumului de lemn, va cunoaste cresteri substantiale in anii ce vin, reprezentand 10 – 12% din cererea de energie, ceea ce la cresterea in valoare absoluta a acesteia (in jur de 1000 EJ), va inseamna o contributie importanta. Foarte optimist, Auer apreciaza ca la nivelul anilor 2050 energia solara in conditiile stabilirii unei rate de penetrare mai mari decat aceea de la introducerea gazului natural, poate atinge in anumite aplicatii, 50% din cererea de energie.

Impactul pe care sursele neconventionale de energie il vor avea asupra societatii va produce schimbari de principiu in ceea ce priveste generarea si utilizarea energiei produse, ceea ce va cere timp; este de presupus insa ca acest timp nu va fi similar cu implemntarea gazului metan in Europa, sau al reactoarelor nucleare, cererea de energie “presand” puternic asupra valorificarii acestor resurse.

Par semnificative din acest punct de vedere aprecierile pe care le face Auer asupra prognozei contributiei globale a surselor neconventionale in balanta energetic mondiala la nivelul anilor 2020 ; luand ca limita a consumului in anul 2020 valoarea de 30 – 40 TW, el da urmatoarea particpare, prezentata in tabelul 1.7

5

. O concluzie interesanta se poate desprinde : disponibilitatea mare a energiei

solare nu inseamna si accesibilitatea la ea, rata de recuperare teoretica nedepasind 50 - 100 TW.

Oricum insa, in comparativ cu celelalte surse de energie neconventionale, energia solara pare a avea in anii urmatori ponderea cea mai importanta, celelalte surse parand a avea aplicatii localizate si de mai mica importanta.

1.2.1 Energia solara

De la utilizarea eficienta a energiei solare la obtinerea gazului metan din deseuri animaliere si vegetale exista o gama larga de surse energetic regenerabile sau practice inepuizabile, care pot fi folosite cu success ca inlocuitori competitive ai petrolului. Punerea in valoare si introducerea in circuitul economic a noilor resurse de energie reprezinta o importanta cale de inlaturare a coergitiei pusa in evident de conflictul necesitate – disponibilitate.

Va mai trece probabil mult timp pana la introducerea pe Pamant a energiei de tip solar. Pana atunci insa, este posibila folosirea energiei venite de la Soare, care trimite spre Terra, de la fantastica distanta de 150 milioane km, un flux inepuizabil de energe, caruia ii corespunde uriasa putere de aproximativ 170 de miliarde MW, adica un nivel de peste 100 de mii de ori mai mare comparativ cu puterea instalata in toate centralele electrice din lume. Daca s-ar utiliza numai 0,1% din aceasta energie pentru satisfacerea cerintelor anului 2000, la o populatie de 6 miliarde de oameni, ar reveni fiecarui locuitor aproape 30 kW, respectiv, pentru 4-5 ore captare zilnica, o productie anuala de circa 50 000 kWh pe locuitor. Pentru a aprecia corect aceste cifre, este necesar sa amintim ca in tarile dezvoltate consumul anual de energie graviteaza astazi in jurul valorii de 3000 kWh pe locuitor.

Panouri solare

6

In prezent, desi putem obtine o energie primara abundenta si complet gratuita, kilowattul-ora obtinut intr-o central electrica solara este livrat la un pret de circa 200 ori mai mare decat cel produs in centralele clasice, ca urmare fireasca a amortismentelor instalatiilor de capatare si conversie foarte constisitoare. Se apreciaza insa ca progresele viitoare in domeniul tehnologiilor vor atrage dupa sine o scadere vertiginoasa a costurilor, astfel ca pe la inceputul deceniului urmator nivelul acestora va deveni relativ similar cu cel al exploatarii resurselor clasice.In privinta posibilitatilor practice, s-au experimentat in principal doua cai de conversie : calea directa si calea termodinamica. Calea directa implica transformarea fotovoltaica a energiei solare in electricitate, fara conversii intermediare, utilizandu-se in acest scop celule sau pile cu siliciu, galiu sau sulfura de cadmiu, bazate pe proprietatile semiconductorilor insa cu randament modest, mai ales in apropierea solului; acest randament variaza in prezent intre 10% si 15%. Calea termodinamica presupune captarea energiei solare prin intermediul unor panouri orientabile, cu suprafata plana, sau prin diferite sisteme focalizatoare de oglinzi si transfomarea acestei energii mai intai in caldura. Odata captata si purtata de un fluid pana la un schimbator, caldura este cedata in intregime intr-un circuit secundar de vapori de apa care sunt introdusi apoi fie intr-o turbina, fie intr-un rezervor de stocare, facand posibila astfel producerea energiei electrice si in timpul noptii. Cel mai mare dezavantaj este insa acela ca energia solara este dependenta de razele soarelui, cu alte cuvinte de cantitatea de radiatii solare care ajung pe Pamant. Iar aceasta este variabila, in functie de ora, de perioada a anului, de conditiile atmosferice, etc. Si nu in ultimul rand, randamentul sistemelor solare depinde in mare masura de unghiul sub care cade raza de soare pe panoul solar, asadar de pozitia pe glob

1.2.2. Energia vantului

Reprezintă cea mai frecventă formă de mişcare a aerului în plan orizontal îin condiţiile încare atmosfera este alcatuită din volume de aer cu caracteristici diferite din punct de vedere termicşi ca presiune, existand permanent tendinţa spre echilibrare prin deplasări ale aerului pe verticalăsau pe orizontală);Intensitatea şi durata vântului depind de diferenţa de presiune existentă între doua puncteextreme; deplasarea aerului ca vant se face de la presiune atmosferică mare spre cea mica; mişcarease face pe această direcţie, care suferă modificări însă din cauza mişcării de rotaţie (forţa Coriolis),ce impune abateri spre dreapta în emisfera nordică si spre stanga în cea sudică; forţa de frecare amaselor de aer cu suprafaţa terestră determină micşorarea vitezei cât şi local, modificarea direcţiei de propagare.Puterea vantului a fost folosita pentru prima data in jurul anului 5000 i.e.n, pentru propulsarea barcilor cu panza. Exista referinte istorice despre o moara de vant rudimentarafolosita in primul secol e.n dar prima moara de vant practica a aparut in sec. al VII-lea in Afganistan. Aceste mori de vant erau folosite pentru macinarea porumbului si a graului si pentru a trage apa.  In Europa, morile de vant au aparut ceva mai tarziu in sec. al XI-lea.

7

 La început energia vântului era transformată în energie mecanică. Ea a fost folosită de la începuturile umanității ca mijloc de propulsie pe apă pentru diverse ambarcațiuni iar ceva mai târziu ca energie pentru morile de vânt. Morile de vânt au fost folosite începând cu secolul al VII-lea î.Hr. de perși pentru măcinarea grăunțelor. Morile de vânt europene, construite începând cu secolul al XII-lea în Anglia și Franța, au fost folosite atăt pentru măcinarea de boabe cât și pentru tăierea buștenilor, mărunțirea tutunului, confecționarea hârtiei, presarea semințelor de in pentru ulei și măcinarea de piatră pentru vopselele de pictat. Ele au evoluat ca putere de la 25-30 KW la început până la 1500 KW (anul 1988), devenind în același timp și loc de depozitare a materialelor prelucrate.Morile de vânt americane pentru ferme erau ideale pentru pomparea de apă de la mare adâncime.Turbinele eoliene moderne transformă energia vântului în energie electrică producând între 50-60 KW (diametre de elice începând cu 1m)-2-3MW putere (diametre de 60-100m), cele mai multe generând între 500-1500 KW. Puterea vântului este folosită și în activități recreative precum windsurfingul. La sfârșitul anului 2010, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 194 400 MW. Toate turbinele de pe glob pot genera 430 Terawațioră/an, echivalentul a 2,5% din consumul mondial de energie. Industria vântului implică o circulație a mărfurilor de 40 miliarde euro și lucrează în ea 670 000 persoane în întreaga lume.

Moară de vânt este o instalație ce permite transformarea energiei eoliene în energie mecanică de rotație. În acest scop, vântul pune în mișcare elicea morii. Moara de vânt se folosește pentru măcinarea cerealelor sau pentru desecarea terenurilor mlăștinoase prin pomparea apei.

O moară de vânt are mai multe părți componente.La o moară de vânt pentru măcinarea grânelor, acestea sunt:

Acoperișul-acesta apăra interiorul morii de intemperii; Evantaiul-vântul făcea ca palele lui să se rotească până ajungeau în bătaia lui

directă; Palele-pânzele întinse peste cadrul de lemn al palelor captează vântul și le

rotesc; Pâlnia pentru grâne-grânele, aruncate de un om, cădeau prin aceasta și cădeau

printre pietrele de moară; Cardanul-folosea rotirea palelor pentru a mișca pietrele de moară; Pietrele de moară-două pietre masive se roteau, strivind grânele aflate sub ele

și transformându-le în făină.

Din uriasa putere, amintita in paragraful anterior, pe care Soarele o trimite in flux continuu spre Pamant, numai 3 x 10¹² kW genereaza vanturile, iar o cantitate de 10 ori mai mica intretine viata (biosfera).

8

In jurul globului, care totalizeaza o suprafata de 510 milioane km patrati, pana la stratosfera, adica pe o inaltime de 11 km, potentialul eolian teoretic a fost apreciat la circa 50 de milioane TWh/an. Dupa alte estimari, in Europa aceasta ar fi de ordinul 100 kWh/an pe fiecare metru patrat, care inmultit cu suprafata intregului continent ne conduce la o valoare considerabila a potentialului brut, teoretic, potentialul net, efectiv realizabil, fiind cu mult mai mic. Trebuie insa tinut cont si de faptul ca amenajarile eoliene nu pot utilize decat energia de pe o inaltime a stratului de aer de maximum 150 m, masurata de la 30 m deasupra solului, limite intre care potentialul exploatabil este superior in proportie de 40-75%.

Despre caracteristicile motoarelor eoliene se poate scrie mult. Amintim esentialul si acela ca puterea acestora creste cu patratul diametrului rotorului, iar dimensiunea agregatului (greutatea, costul, etc.) creste odata cu diametrul la puterea a treia, de unde rezulta ca toti parametrii care depinde direct de dimensiunea respective cresc odata cu sporirea puterii, in loc sa scada dupa legea care guverneaza toate celelelate tipuri de motoare cunoscute. Sunt motive pentru ca viitorul amenajarilor eoliene sa depinda de anumite conditii speciale (criteriu de optim economic), de care sa se tina seama in proiectare si executie, sau de o integrare totala a lor intr-un complex cu o destinatie bine definita.

1.2.3. Energia apei marilor si oceanelor

Aceasta se referă la formele de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vanturilor, aapelor curgatoare si din oceane, a proceselor biologice si a caldurii geotermale pot ficaptate de catre oameni utilizand diferite procedee. Sursele de energie neregenerabile includ energia nuclear   a precum si energia generata prin arderea combustibililor fosili, asacum ar fititeiul, carbunelesigazele naturale.Aceste resurse sunt, in chip evident, limitatela existenta zacamintelor respective si sunt considerate in general neregenerabile. Dintresursele regenerabile de energie fac parte:energia eoliană, energia   solară ,energia   apei  (hidraulica, a mareelor, avalurilor si a curentilor marini),energia geotermică, energie derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz .

9

Totalitatea marilor si oceanelor Pamantului, care acopera doua treimi din suprafata sa si cuprinde impresionanta cantitate de circa 1400 milioane de miliarde tone de apa, constitue un imens rezervor potential de energie, inmagazinata sub diverse forme. Oceanul planetar se afla dintotdeauna intr-o permanenta miscare; nivelul sau oscileaza pe vertical, masele de apa coboara de la suprafata spre adancuri sau se ridica din adancuri spre straturile superioare, uneori se deplaseaza cvasiuniform pe directie orizontala, alteori ajung sa fie puse in miscare de vant sub forma de valuri. Este o sursa care necesita o atentie deosebita, fiind capabila sa stimuleze neincetat imaginatia oamenilor de stiinta pentru a face ca acest izvor nesecat de energie sa devina cat mai curand functional.

Mareele constitue o sursa energetica permanenta si inepuizabila, nascuta in urma interactiunii Pamantului in miscare de rotatie si forta de atractie a Lunii. Solutia de valorificare consta in bararea estuarului unui fluviu, printr-un sistem traditional adecvat, in asa fel incat in spatele acestuia sa fie posibila realizarea unui bazin de acumulare al carui nivel de apa sa se ridice in timpul fluxului si sa coboare la reflux. Daca amplitudinea mareelor este suficient de mare si destul de regulata, miscarea apei pe vertical este capabila sa actioneze turbine hidraulice cuplate la generator electrici. Unul din avantajele energiei maremotrice il constitue disponibilitatea ei in perioadele de varf ale necesarului de electricitate, in special dimineata si seara, precum si in anotimpul rece.

Marile si oceanele tropicale inmagazineaza un enorm potential energetic de energie solara. Dupa aprecierea specialistilor, acestea ar putea furniza echivalentul energetic a circa 100 miliarde tone de petrol pe an. Principiul de valorificare a energiei mareotermice este simpu: fluide cu punct scazut de fierbere (la temeperatura apei de la suprafata), cum ar fi amoniacul, freonul sau propanul, circula prin conducte intre straturile superficiale calde (pana la 30ºC in regiunile ecuatoriale) si straturile reci din adancuri, a caror temperatura scade pana la 10ºC la 300 m, 6ºC la 500 m si 4ºC la adancimea de 1000 m. Fluidele de lucru se evapora la contactul cu straturile superficiale, vaporii rezultati avand rolul sa activeze turbine clasice, dupa care se condenseaza dinou la contactul cu apa rece de la adancime, apoi fenomenul se reia in circuit inchis. Aplicatiile energiei mareotermice sunt insa limitate numai la cateva zone marine unde exista practice diferentieri importante de temperaturi intre straturile calde de la suprafata si cele reci de la o adancime nu prea mare.

Curentii marini sunt una dintre formele importante de miscare in ocean datorate actiunii vanturilor dominante, a caror energie este transferata apei la freacarea cu aerul. Deplasarile mai mult sau mai putin uniforme ale maselor de apa pe directie orizontala pot actiona paletele unor turbine hidraulice care, la randul lor, antreneaza alternatoare plasate pe circumferintele elicelor. La viteze ale curentului cuprinse intre 50 si 130 km/24 ore, s-a calculat ca o singura retea alcatuita din 21 grupe a cate 11 turbine fiecare, distribuite pe 60 km lungime si 30km latime, ancorata intr-un current de dimensiunile Golfstromului, ar putea dezvolta 10000MW, ceea ce echivaleaza cu productia a 10 centrale nucleare.

10

Valurile de vant ale marilor si oceanelor reprezinta si ele o sursa energetica

pretioasa care isi afla in fond originea tot in radiatia solara. Pana in prezent s-au emis sute de brevete de inventie care au pus in valoare sisteme si structuri practice de captare si conversie dintre cele mai ingenioase. In privinta evaluarii potentialului energetic brut, s-a estimat ca puterea medie anuala a unui val intre 50 si 80 kW pe metro liniar de front maritim amenajat, cu valori sporite in lunile de iarna, cand cererea de electricitate atinge cota maxima. In conditiile specific Atlanticului de Nord, unde s-a constatat ca pe fiecare metru liniar de front de val se pot obtine circa 90 kW, puterea eliberata de 10 km de valuri echivaleaza cu cea a unei centrale nucleare de tip Fessenheim.

Datorita caracterului aleator, manifestat prin variatia continua a elementelor caracteristice, energia solara, eoliana si din valuri, fiind dependente de anotimp si de amplasament, se justifica ideea exploatarii lor concomitente in centrale marine prevazute cu instalatii mixte. Din aceleasi considerente s-a impus cautarea unor solutii de inmagazinare a energiei rezultata din cele trei surse, de stocare a acesteia sub diferite forme, ca apoi sa poata fi utilizata in functie de necesitati. Acumularea energiei obtinuta este de importanta majora, intrucat necesarul de energie nu corespunde in timp cu existenta fenomenelor care genereaza aceasta energie. Bateriile de acumulare moderne pot inmagazina cantitati suficiente doar pentru aprovizionarea unor consumatori mici, pana la cateva zile si costa deocamadata prea scump. O alta solutie a problemei acumularii de energie consta in folosirea motoarelor alimentate din surse noi pentru pomparea apei in rezervoare special amenajate la cote superioare, de unde, in functie de cerinte, sa antreneze prin cadere turbine hidraulice. O idee interesanta propune utilizarea energiei produse pentru descompunerea apei in hidrogen si oxigen, in scopul folosirii ulterioare a hidrogenului pentru actionarea generatoarelor electrice obisnuite.

1.2.4. Energia geotermica

Potentialul caloric al adancurilor Pamantului, estimate la aproximativ 10 teratone echivalent carbine, participa déjà cu un procent infim insa, de circa 0,05% din totalul resurselor ji surselor, la acoperirea consumului actual de energie al lumii. In prezent, 80% din acest procent este folosit pentru incalzirea apei sau a locuintelor si numai 20% pentru producerea de electricitate.

Utilizarea apei termale, inclusiv a vaporilor de apa in scopul obtinerii de energie electrica se afla, in ultimii ani, pe o curba ascendenta. In momentul de fata centralele electrice bazate exclusive pe energia geotermica dezvolta o putere de peste 2000 MW, iar pana la sfarsitul secolului vor ajunge sa produca poate mai mult de 10 000 MW. Expertii apreciaza ca aceasta noua forma de energie va putea constitui o rezerva sigura pentru cel putin inca 2000 de ani, pretul unui kWh de energie obtinuta

11

pe cale geotermica fiind inferior celui din centralele nucleare sau din termocentralele clasice.

Este cunoscut faptul ca temperatura creste odata cu adancimea, in general cu

1ºC la fiecare 30 m, sau cu circa 30ºC la 1000 m, ca o consecinta fireasca a fluxului de caldura dirijat de la interior catre suprafata. Una dintre solutiile practice intrebuintate in scop energetic a potentialului termic consta in capatarea apei si a vaporilor, prin intermediul unor puturi, de la adacimi mai mari de 1000 – 1500 m, la temperaturi ale apei in jur de 100ºC si ale vaporilor de peste 150ºC. Apa transformata in vapori este condusa, impreuna cu vaporii naturali, spre un generator de turbine. Dupa folosire apa este pompata in pamant pentru a se evita formarea unor goluri subterane si eventuale prabusiri ale scoartei. Prin recuperarea apelor aflate la adancimi mai mari, variind intre 2500 – 4000 m, desi la un cost mai ridicat se obtine o crestere considerabila a randamentului exploatarii datorita temperaturilor care depasesc 370ºC. O centrala pusa in functiune cu astfel de vapori supraincalziti ar fi in masura sa produca in jur de 1000 MW, ceea ce echivaleaza cu capacitatea unei centrale electrice nucleare.

1.2.5. Energia biomasei

Transformarea biologica a radiatiei solare prin intermediul procesului de fotosinteza, caruia ii datoram actualele rezerve de carbune, petrol, gaze, lemn, etc., furnizeaza, sub forma de biomasa, o cantitate de energie evaluata la 3 x 10²¹ J/an, de zece ori mai mare decat energia obtinuta din combustibilii fosili si consumata in decursul unui an de intreaga omenire. Caracteristica esentiala a biomasei, care o face practic inepuizabila si preferata in studiul locuitorilor, este regenerabilitatea ei. Deoarece pentru a se reproduce biomasa consuma d 3,1 ori mai multa energie (energie solara) decat poate elibera, adica 9,3 x 10²¹ J/an, ideea folosirii directe a energiei solare , atunci cand nu este necesara inmagazinarea in biomasa, ramane totusi preferata.

12

Din imensul rezervor al biomasei se pot obtine, pe langa electricitate, o gama diversi de biobarburanti, adevarati combustibili vegetali, dintre care, in ultimii ani, s-au impus alcoolul, petrolul rapid si esentele de euphorbiacee. Printre materiile prime se numara cu prioriate trestia de zahar, porumbul, maniocul, graul, aschiile de lemn, cateva plante exotice, deseurile animaliere si vegetale, apele uzate industriale si menajere. Se preconizeaza deja creearea unor “ferme energetice”, unde biomasa ar urma sa fie “cultivata” in vederea producerii de energie, fiind cunoscut faptul ca preturile biocarburantilor sunt in continua scadere, pe cand a combustibililor clasici in continua crestere. Singura problema este ca ele risca sa intre in concurenta, sau chiar in conflict, cu agricultura.

In concluzie, lumea este inca departe de a fi explorat totul; jumatate din suprafata globului pamantesc ramane de prospectat pentru viitor, astfel ca pana la sfarsitul acestui secol multe tari vor mai avea supriza placuta sa devina producatoare de combustibili fosili.

Daca la aceste surse traditionale mai adaugam pe cele netraditonale, acelea la care poate nu ne-am gandit niciodata fara pretinsa si controversata criza, avem imaginea completa a rezervelor si respective resurselor energetice ale planetei. Prin urmare, putem considera ca alarmele exagerate nu sunt intodeauna justificate, precum si unele masuri restrictive adoptate preventiv. Paradoxal chiar, cu cat formele primare de energie vor deveni tot mai rare si mai scumpe, cu atat mai mult panoplia de surse energetice, pusa la dispozitia umanitatii, se va imbogati. Pe masura ce pretul petrolului creste, alte forme de energie devin competitive iar zacaminte, considerate pana de curand ca foarte oneroase de exploatat, vin sa intregeasca lista deschisa a rezervelor ce stranesc interes si din punct de vedere economic.

Nu inseamna insa ca omenirea isi poate permite sa iroseasca rezervele si resursele clasice cuoscute pana in momentul de fata, pe care cu tehnologii existente se poate conta sigur si inca destul timp in viitor.

13

Influente ale surselor de energie asupraMediului inconjurator

Mediul ambiant poate fi poluat de sectorul energetic direct sau indirect:- Tehnologiile cu impact direct ţin de transformarea energiei combustibilului fosil in energie electrica si termica, transformând energia potenţiala a carburanţilor in energie cinetica;- Indirect, mediul este poluat de tehnologiileTransportul energiei poate avea efecte locale de poluare. Mările si oceanele sunt afectate de petrolul care se revărsa in urma diverselor accidente. Astăzi hidrocarburile reprezintă principalii poluanţi ai bazinelor acvatice mari. Hidrocarburile sunt rezistente la acţiunea bacteriilor, de aceea persista timp îndelungat in regiunile infestate. Consumul de energie creste poluarea globala cu dioxid de carbon Daca guvernele nu-si vor schimba politicile energetice si cele pentru importurile de petrol si gaze, atunci emisiile de gaze vor creste încontinuu pana in 2030, iar temperaturile se vor mari cu 5-6 gradePrincipalele tipuri de poluări pe care reţelele electrice le generează asupra mediului înconjurător sunt:• vizuala – deteriorarea peisajului;

• sonora – zgomote produse de funcţionarea sau vibraţii ale elementelor (conductoarelor), reţelelor electrice si in special a transformatoarelor;• electromagnetica: perturbaţii radio si ale emisiunilor de televiziune, influente ale câmpului electric si magnetic asupra organismelor vii;• psihica si pericole (riscuri) de accidente: teama provocata de apropierea de reţelele electrice si de efectele vizuale si sonore ale acestora;– accidente, cazuri mortale;• ecologica:ocuparea terenurilor; defrisarea padurilor;influenta asupra instalatiilor si constructiilor.

Poluarea mediului a devenit una din cele mai dezbătute probleme ale contemporaneităţii şi una de prim ordin pentru conducerea societăţii. Omul şi mediul sunt entităţi inseparabile, existenţa omului fiind dependentă de mediu, iar factorii de mediu (aerul, apa, solul) se pot modifica, în urma folosirii lor de către om. Astfel apare poluarea, aspect implicit al vieţii, în desfăşurarea căreia unele produse, rezultate din procesele fiziologice şi din activitatea omului şi a animalelor, devin reziduuri care pot să incomodeze bunul trai în funcţie de natura şi cantitatea lor. Odată cu marile progrese ştiinţifice, cantitatea şi natura lor s-a schimbat fundamental. În ultimele decenii, procesul de degradare a factorilor de mediu de pe întinsul planetei noastre a avut o evoluţie din ce în ce mai îngrijorătoare, cantitatea de poluanţi atingând cifre ce depăşesc orice imaginaţie. Înlăturarea poluării este o problemă de corectare a erorilor care o provoacă. Cuvinte cheie: poluare, surse de poluare, biodiversitate,. Surse de poluare Poluarea mediului înconjurător, care şi-a întins ameninţarea asupra întregii planete, a ajuns în punctul în care atacă dezlănţuit omul şi spaţiul sau de existenţă. Trecând peste limitele capacităţii proprii de apărare a naturii, de regenerare şi de echilibrare, toţi agenţii poluanţi noi se răspândesc rapid în aer, în apa sau în sol, generând, dezvoltând şi propagând unul dintre cele mai grave pericole pe care le-a întâmpinat civilizaţia modernă. 1. Surse latente de poluare. În prezent există numeroase surse naturale de poluare cum ar fi: vulcanii, furtunile de praf, ozonul,

14

vânturile, apele subterane, iar în viitor, pe măsura ce omul îşi va extinde habitatul, este posibil să apară şi alte surse, nu numai pe Pamat ci şi în spaţiul cosmic. Ozonul este o substanţă periculoasă pentru om, chiar în concentraţii mici. În troposferă concentraţia lui este foarte redusă astfel el nu este periculos pentru om sau animale. În stratosferă prezenţa ozonului este extrem de periculoasă datorită reacţiei dintre oxigen şi radiaţiile ultraviolete solare. In anul 1985, în timpul primăverii australe, s-a pus în evidenţă o scădere dramatică a grosimii stratului de ozon de deasupra Antarcticii, ceea ce a condus la formarea unor "găuri" care s-au extins ca arie de la 40% la 50% între 1985 şi 1987. Acest lucru a avut loc datorită condiţiilor meteorologice specifice: iarna, stratosfera de deasupra acestei regiuni este practic izolată, datorită unor vânturi puternice; apariţia unor particule de gheaţă care favorizează reacţiile ce conduc la dispariţia ozonului. Aerul este purtătorul multor agenţi poluanţi pe care îi împrăştie cu repeziciune pe întreaga suprafaţă a Pământului. Astfel, praful împiedica vederea, îngreunează respiraţia şi constituie duş- manul numărul unu al curăţeniei domestice. Multe vestigii au fost distruse de avalanşele de praf aduse de vânt. Studiile arată că, în fiecare an, atmosfera poartă peste 30 milioane de tone de praf. Apele subterane, care stau în contact îndelungat cu masive de sare sau alte minerale se încarcă cu substanţe impurificatoare, chiar toxice.De multe ori sunt poluate straturile de apă freatică, din care se extrage apa în mod obişnuit. Ionizarea atmosferei, surplusul de ioni pozitivi sau negativi, care atunci când sunt inhalaţi în organism pot declanşa reacţii enzimatice exagerate ce suprasolicită organismele bolnave. 2. Surse de poluare umane. Omul, ca fiinţă vie, produce deşeuri proprii existenţei sale. Pe lângă acestea există şi cele provenite din activită- ţile sale industriale: îmbrăcăminte, mobilă, detergenţi, cosmetice, chimicale de uz casnic şi altele. O mare parte a acestora nu sunt biodegradabile şi altele sunt direct toxice. Procentual, cantitatea deşeurilor solide produse de activităţile umane sunt: hârtie 55%, deşeuri metalice 9%,deşeuri alimentare 14%, deşeuri textile 5%, deşeuri lemnoase 4%, sticlă 9%, mase plastice 1%, diverse 3%. O sursă suplimentară de poluare, o reprezintă mijloacele de încălzire, respectiv focarele de cărbuni, petrol, gaze, lemn care produc cantităţi mari de fum, cenuşă, zgură, gaze. Un alt, element poluant este constituit din bacteriile patogene care sunt vehiculate mai ales în apele menajere. Pentru o viziune de viitor, este important să se cunoască nu numai situaţia actuală a popula- ţiei, ci şi tendinţa de evoluţie a acesteia. Specialiştii prevăd că volumul deşeurilor menajere va creşte mai rapid decât greutatea lor, din cauza creşterii importanţei ambalajelor de hârtie şi sticlă, precum şi a aparaturii nerecuperabile şi a mobilei vechi. Se estimează că deşeurile pe cap de locuitor vor creşte anual cu următoarele valori: hârtie 1,5-2 kg, deşeuri plastice 0,5-0,7 kg, sticlă 0,6 kg, mobilă 3-5% din existent. 3. Agricultura, silvicultura şi zootehnia ca surse de poluare. În mod paradoxal, tocmai ramurile economiei umane, care se bazează cel mai mult pe relaţiile cu mediul, sunt, în acelaşi timp, şi surse de poluare. Agricultura poate fi sursa de poluare a mediului prin: declanşarea şi favorizarea proceselor de degradare a solurilor în urma proceselor de eroziune (desţelenirea terenurilor duce la eroziunea solului), sărăturare, compactare; folosirea pesticidelor (insecticidele care distrug toate insectele şi pe cele folositoare); utilizarea în exces a îngrăşămintelor chimice. După aprecierile specialiştilor, din totalul suprafeţei agricole a ţării noastre, numai 30% sunt soluri cu un potenţial ridicat de fertilitate, restul prezentând diferite stări şi stadii de degradare. Din cele 5 milioane de ha de terenuri afectate de eroziune doar jumătate au fost amenajate antierozional şi astfel au dus la obţinerea unor recolte pozitive. Prin procesul de eroziune se pierd anual 150 milioane de tone de sol, din care 1,5 milioane tone de humus. Despădurirea exagerată în zona superioară a majorităţii bazinelor

15

hidrografice, ca şi folosirea neraţională a unor terenuri agricole, au avut influenţă negativă asupra scurgerii apei pe versanţi, provocând declanşarea unor grave procese de eroziune a solului. Fondul forestier al ţării noastre este de 6,4 milioane de ha, ceea ce reprezintă un puternic dezechilibru, predominând pădurea tânără, iar cea de peste 80 de ani (exploatabilă) prezintă un deficit de 500 de mii de ha, determinând o acută lipsă de material lemnos pentru cherestea şi furnire. In ceea ce priveşte zootehnia, chiar unele animale domestice distrug iremediabil vegetaţia arborescentă în dezvoltare, împiedicând regenerarea pădurilor. De asemenea, crescătoriile de animale domestice pot pune probleme serioase privind poluarea mediului cu deşeuri animaliere. Exodul unor populaţii de animale poate crea catastrofe ecologice. În zootehnie, pe lângă insecticide, se mai utilizează şi alte substanţe chimice care dau efecte secundare nedorite. Este vorba de substanţele administrate pentru influenţarea dezvoltării producţiei animaliere. Acestea dăunează pentru că sunt eliminate prin urina şi se regăsesc în apa de băut a altor loturi de animale (pentru care substanţa respectivă este contraindicată) sau pot ajunge la om, dacă sunt administrate până în ultimele zile de dinaintea sacrificării. În organizarea agriculturii moderne, un rol foarte important îl joacă lucrările de amenajare a terenurilor şi, în special, gospodărirea apelor. Dar barajele şi canalele de irigaţii modifică nu numai regimul hidrologic din zona respectivă, ci şi sistemele ecologice locale, prin schimbarea factorilor edafici. Pot apărea atât efecte pozitive (extinderea teritorială a zonelor cultivate şi ridicarea productivităţii), şi negative (poluarea cu sare: salificare, sărăturare). Irigaţiile au avut un rol foarte important în dezvoltarea marilor civilizaţii antice. În prezent sunt irigate peste 500 de milioane de ha, de 50 de ori mai multe decât în 1800. 4. Poluarea radioactivă este o formă specială de poluare datorită emisiei în spaţiu a unor radiaţii capabile să producă efecte fizice, chimice şi biologice asupra organismelor vii. Pe Pământ există un fond global de radiaţii, datorat surselor de iradiere naturală, care este suportat de organismele vii datorită adaptării. Radiaţiile sunt emisii spontane şi permanente produse prin dezintegrare atomică.In anul 1988 existau în lume 385 de centrale nuclearo-electrice, cu o putere instalată de 400.000 de MW, înglobând 3800 de reactoare în func- ţiune. Aceste reactoare au produs în 1988 circa 15% din totalul de energie electrică, iar în 1990 circa 18-20%. Repartizate pe ţări, în Franţa centralele nuclearo-electrice ocupă 65% din totalul puterii instalate, în Finlanda, Suedia, Elveţia peste 40%, în SUA peste 14% (dar care reprezintă peste 30% din totalul mondial). Odată cu evoluţia societăţii umane, omul a fost supus suplimentar şi altor expuneri de radiaţii. Astfel, investigaţiile medicale (radioscopii, radiografii, tratamente radiologice) expun omul la radiaţii mult mai puternice decât cele naturale. Chiar şi ceasurile cu cadrane luminoase şi televizoarele pot contribui la iradierea în masa a populaţiei. Sursele de radiaţii ionizante se pot împărţi în două categorii: - surse controlate: acceleratorii de particule în care sunt incluşi acceleratorii pentru cercetare, generatoare de raze X, aparate şi instalaţii de uz comun; reacţii nucleare; radioizotopii utilizaţi în laborator şi în aplicaţii paşnice; - surse necontrolate: deşeuri radioactive (din activitatea de cercetare şi economică); căderile radioactive (fall-out). Efectele poluării cu radiaţii se fac resimţite, în toate cazurile, în atmosferă, în apă, pe sol, influenţând organismele vii, uneori pe lanţul trofic. Efectele acestei poluări pot fi: directe (ca urmare a interacţiunii radiaţiilor cu suport biologic, modificându-se compoziţia şi structura materiei, însoţită uneori de mutaţii genetice), indirect (când nu este afectată structura biologică, dar este afectat mediul în care aceasta este plasată). În general, efectul nociv al radiaţiilor depinde de tipul radiaţiei, de energia radiaţiei şi de durata de iradiere, determinând: - efecte pe termen scurt, după o iradiere puternică (boli specifice, deces); - efecte pe termen lung,

16

pe seama acumulării unor iradieri slabe (creşte riscul de cancer); - efecte genetice, ce se manifestă la urmaşii părinţilor iradiaţi. Ponderea majoră, în pericolul de poluare cu radiaţii, o deţin experienţele nucleare militare (interzise din 1963) şi exploatarea centralelor nuclearo-electrice. Deja au avut loc o serie de accidente nucleare grave (Three Miles Island - SUA, în 1979, Cernobîl - Ucraina, în 1986) care au sensibilizat opinia publică şi au alertat specialiştii pentru a evalua riscurile de poluare radioactivă şi a găsi metode de decontaminare şi prevenire a poluării.

5. Poluarea Sonora. Undele mecanice, reprezentate prin trepidaţii, sunete, infrasunete şi vibraţii ultrasonore, poluează în special mediul urban creând efecte psihologice epuizante. Zgomotul se caracterizează prin: intensitate, durata şi frecvenţa sunetelor componente. Intensitatea se exprimă în Beli, însă din motive practice, se ia ca unitate de măsura a intensităţii zgomotului, decibelul, dB. In ceea ce priveşte durata, efectul nociv al sunetului este direct proporţional cu aceasta, iar în situaţiile când întrece anumite limite de suportabilitate, se poare crea şi o psihoză periculoasă. Frecventa sunetelor componente ale zgomotului are şi ea o anumită importanţă în definirea efectului vătămător, deoarece nu toate frecvenţele sunt auzite de om cu aceeaşi intensitate sonoră. In general fenomenele sonore de la bun început, sunt inutile, nedorite, neplăcute şi chiar vătă- mătoare (motoare, maşini, utilaje şi instalaţii care au piese mobile şi toate vehiculele cu sau fără roţi). Infrasunetele duc, în unele cazuri, la tulburări nervoase, la scăderea puterii de munca, fizice şi intelectuale. Cele mai înalte nivele de zgomot se întâlnesc în halele industriale. Dintre sursele de zgomot din oraşele moderne, cu o pondere mare contribuie traficul rutier, care este în continuă creştere. In scopul reducerii nivelului zgomotului şi ţinând cont de natura activităţilor umane, s-au stabilit anumite limite admisibile ale acestuia. De exemplu: 90 dB în halele industriale, 50 dB zona de locuit urbană, 45 dB zone de recreare şi zone protejate (parcuri, spitale, cămine de bătrâni)

Criza petrolului declansata in anii 1973 – 1974 a detarminat apelarea la alte filiere energetice, cazul energiei nuclare sau a susrselor noi de energie ( solara, vant, biomasa etc.). Dar fiecare filiera noua impune precautiuni specific modului in care se face conversia energiei. Unele dintre implicatii se cunosc si se iau masuri, pentru altele al caror efect este mai de lunga durata si mai dificil de determinat “a priori” , se evalueaza. Urmand a decide asupra raportului intre “castig” si “ implicatii”.

Din acest punct de vedere, o analiza a surselor noi de energie din punct de vedere al “impactului” pe care-l vor aduce asupra societatii, asupra sanatatii omului, ni se pare interesant a fi mentionat. Omul a intrat in etapa in care trebuie sa colaboreze cu natura in utilizarea energiilor si pastrarea echilibrului si nu ale “smulge”, fara a te gandi la implicatiile pe care le genereaza aceasta actiune in alte domenii.

A prevedea riscurile si a lua din timp masurile cele mai indicate ce se impun este mai valoros si util decat sa constati “ a posteori” consecinte nefaste ecologice si sanitare si a cauti solutii de reparare a echilibrului. Este de asteptat ca electricitatea si sistemele de transport al energiei la distanta cunoscute pana acum sa ramana inca multa vreme singurele sisteme competitive pentru producerea energiei electrice in centralele pe carbune, hidrocarburi gazooase sau lichide, combustibil nuclear, hidro sau solar.

Intrucat utilizarea in centralele electrice a unor combustibili inferiori prezinta alte influente asupra mediului decat cei utilizati pana acum, ca si faptul ca exploatarea unor zacaminte de petrol sau carbine la late adancimi decat cele cunoscute pana acum

17

pun alte problem – deci si alte riscuri – se vor aminti si “elementele noi” ce apar in aceste domenii. Carbunele

Ponderea carbunelui in generarea electricitatii in urmatoarele doua secole va creste. Noi zacaminte vor fi deschise, noi tehnologii de exploatare (inclusive cele de gazeificare si de prospectare la mari adancimi), continut divers si multitudine de gaze emise, fiecare din acestea venind cu o serie de implicatii si factori de risc ce trebuie luati in cosiderare. Epuizarea zacamintelor, datorita exploatarii indelungate, a determinat deschiderea unor zacaminte la adancimi de la an la an mai mari. Astfel daca in 1960 adancimea medie de exploatare era in medie de circa 498 m, ea ajunge in 1976 la 721 m; de aici si randamentul care variaza de la 3 t/zi si minier la circa 40 t/zi miner la unele exploatari deschise.

Vor trebuie gasite solutii pentru realizarea unor sisteme eficiente de iluminat artificial, de evacuare a unor gaze de tip Co, Co2, NO si NO2 si de diluarea gazului grizu, de pastrare a gazului metan sub concentratii de 1%. Cresterea temperaturii la 1ºC la fiecare 33 m face tot mai frecventa intalnirea unor temperaturi de exploatare de 40ºC, umiditati de 50 – 80 %, zgomot de circa 90 – 150 dBA datorita performantelor pneumatice sau a altor utlilaje, factori ce impun precautiuni speciale pentru a reduce bolile profesionale. Se poate considera ca toate masurile ce trebuie luate pentru reducerea acestor factori de risc sunt conventionale si perfect stapanibile prin creearea mijloacelor de limitare a acestora in limitele acceptabile.

Petrolul Se apreciaza de catre specialisti ca, in domeniul exploatarii petroliere,

problemele ce pot aparea sunt datorate adancimilor tot mai mari de foraj al exploatarii “off shore” si al celui “antarctic”. Exploatarea unor hidrocarburi cu continut ridicat de sulf va conduce la degajari importante de sulf in atmosfera cu posibilitatea formarii SO2 si acizilor derivati ce vor avea influente nedorite asupra mediului.

De asemenea, legat de trasportul la distanta a hidrocarburilor, esuarea unor tancuri petroliere poate polua sistematic marile si oceanele cu influenta grava asupra pestilor, pasarilor, plantelor si indirect asupra omului. Urmarile accidentelor provocate de Torrey Canion (1967), Olimpic Bravery(1976), Amoco Cadiz(1978), au fost greu si in timp indelungat indepartate.

Odata cu exploatarile marine ale petrolului, eruptia din zona Ekofisc din Marea Nordului (1977) sau din Golful Mexicului Ix-Toc-One in 1979, rasturnarea platformei de foraj din Marea Nordului (1980), apar surse suplimentare care prin in accident pot crea influente negative asupra mediului si impun masuri de prevedere corespunzatoare.

Energia hidraulicaSpecialistii apreciaza caracterul “curat” al acestei energii, ieftine si capabila nu

numai de a genera electricitate, dar si a permite amenajarea unor zone agricole cu mari productii. Neluarea in considerare a tuturor factorilor ce pot influenta o decizie poate conduce la neajunsuri ecologice importante, ca cele mentionate in cazul barajului de la Assuan. Gandit initial a produce 10 miliarde de kWh/an si sa permita irigarea a 50.000 km2 desert, proiectul nu si-a atins prevederile initiale.

18

Iata de ce, orice obiectiv nou trebuie gandit intr-o stransa dependent de toti factorii, de implicatii pe care fiecare le poate genera in sens dublu, de la acestia la mediu si invers.

Energia nuclearaIn prognozele deceniilor urmatoare energia electrica produsa prin filiera

nucleara va reprezenta in balanta energetica mondiala procente tot mai importante. Prepararea combustibilului nuclear incepe cu extractia minereului si rafinarea

sa, contribuind apoi cu operatiile de imbogatire a U235 si fabricarea elementelor combustibile. In etapa de extractie exista pentru om pericolul inhalarii de pulberi de U si de Radon 222 – gaz produs prin dezintegrarea Ra238 – zona in care trebuie luate masuri deosebite de protectie si control ; in etapele de pregatire a combustibilului nuclear, pericolul de iradiere este mult mai usor controlabil.

Indiscutabil ca fiecare sursa noua de energie la implementarea sa prezinta incertitudini si riscuri, asa cum s-a intamplat si cu aplicarea aburului in masinile industriei textile, introducerea electricitatii sau a motorului cu explozie in transporturi. Implementarea energiei nucleare este “beneficiara” , de altfel si de asocierea pe care omul o face tristei amintiri numita “Hiroshima” si a efectelor radioactivitatii ce au durat in timp si care il face mult mai precaut in luarea de decizii. Dar “omul” stie ca fara fisiunea nucleara, nu poate asigura “foamea de energie” si progresul omenirii; de aici dilema deciziei, dar poate si sprijinul ei, in sensul ca se incearca foarte serios sa se modeleze implicatiile pe termen lung, ceea ce nu poate decat sa creasca increderea in decizia de implementare.

Reticenta poate proveni, nu din pericolul imediat, pentru ca din datele de mai sus, acceptul ar trebui dat fara ezitare, ci din necunoasterea inca exacta a riscurilor pe termen lung ale radiatiei, aceastea fiind calculate si nu stabilite fizic.

Energia solaraEste inepuizabila si din randul energiilor “curate”. Din pacate, dispersia sa si

energia redusa ce se culege pe o unitate de suprafata, face ca utilizarea sa – cu toata valoarea imensa pe care o reprezinta la nivelul disponibilitatilor planetei – sa aiba o serie de restrictii.

In cazul realizarii unor centrale functionand in ciclu termodinamic clasic, nu se prevede a se evacua in exterior cantitati de caldura de alt ordin de marime decat cel intalnit la centralele clasice.

Producerea energiei electrice sau a caldurii prin conversie fotovoltaica a energiei solare, sau a caldurii datorita radiatiei termice, pot actiona ca factori de armonie cu natura in zonele aride sau lipsite de energie in care prezenta acestora poate permite prin irigare dezvoltarea unor culturi, crearea de sere, germinarea unor plante, cresterea productiei de peste – prin ridicarea temperaturii apei unor bazine – crescatorii de peste.Energia vantului

Cunoscuta din cele mai vechi timpuri in industria moraritului, astazi poate genera electricitate cupland turbine eoliana cu un generator electric.

Din punct de vedere al impactului cu mediul inconjurator, ea nu pune probleme, dificultatile implementarii fiind in functie de zona ocupata si de caracterul discontinuu al furnizarii energiei, dependent de prezenta vantului si intensitatea sa.

O problema de luat in studiu – dar perfect rezolvabila – este aceea de a nu depasi un nivel de zgomot admisibil in situatia montarii unui lant de asemenea

19

aerogeneratoare de mare putere intr-o zona accesibila si care sa afecteze populatia din jur.

Energia valurilor si mareelorImplementarea unor asemenea sisteme nu este prevazuta prea curand, atat

datorita unor dificultati tehnice, cat si a aportului energetic relativ redus. Ca implicatii asupra mediului, trebuie luate acelea ce deriva din modificarea unor zone ale tarmurilor, stricarea unui echilibru biologic.

Energia degajata prin procese chimicePilele de combustie, datorita randamentului lor ridicat, pot constitui o filiera de

mare atractie pentru omenire. Realizarea unei productii ieftine de H2 prin procedee de mare productivitate, va conduce la o dezvoltare exploziva a pilelor de combustie. Procedeele de obtinere a H2 nu se sconteaza ca vor fi poluante, in acest caz – el insusi- este nepoluant.

Energia biomasei Producerea de hidrocarburi din biomasa nu pune alte probleme decat cele

intalnite la procesele de rafinare clasice ; in cazul fermentarii anaerobe a materialelor vegetale sau deseuri animaliere in prezenta unor bacterii, de asemenea, nu se prevad influente negative asupra mediului, din contra, influente pozitive prin distrugerea unor reziduuri.

Dezvoltarea in Brazilia a unor culturi mari de plante radacinoase “cassava” din care sa se extraga alcoolul, impune o atentie deosebita, ecologistii brazilieni sesizand pericolul pe care il prezinta o monocultura care impune folosirea masiva a ingrasamintelor agricole solubile, pesticide etc.

Ramane deci de retinut, necesitatea unui echilibru care trebuie sa existe intre culturile destinate pentru agricultura si cele pentru producerea combustibilului; de asemenea, o taiere necontrolata a padurilor – cazul tarilor in curs de dezvolatre care nu dispun, in general, de alte resurse energetice – poate afecta clima prin micsorarea posibilitatilor de reducere a continutului de CO2 din atmosfera, prin fotosinteza.

Energia geotermala, energia termica a oceanelorPrima din aceste energii are in vedere, zone din lume bogate in ape geotermale

ce pot fi aplicate industrial, cu rezultate in armonie cu mediul.Cea de a doua, este inca in studiu si cu putine posibilitati de participare

eficienta la balanta energetica mondiala. Nu se prevad implicatii nedorite cu mediul inconjurator.

20

Cap.2 Energia eoliana

Energiile regenerabile sunt, la scara noastră a timpului, irosite continuu de natură. Ele au ca origine razele Soarelui, nucleul Pamântului şi interacţiunile gravitaţionale ale Lunii şi ale Soarelui cu oceanele. Există energii regenerabile de origine eoliană, solară, hidro, geotermică şi provenind de la biomasă. Energia vantului mai poarta numele de energie eoliana. Acest nume vine din mitologie, de la Eol, el fiind zeul vantului. Energia vantului a fost folosita de catre om de foarta multa vreme. Din cele mai vechi timpuri barcile si corabiile se deplasau cu ajutorul vantului. Mai tarziu oamenii au construit mori de vant cu ajutorul carora macinau cereale pentru hrana. Acum, dupa multi ani, oamenii au construit niste dispozitive speciale care capteaza energia vantului si o transforma in energie electrica.

2.1 Geneza vantului

Atmosfera este compusa din 2% oxigen, 79% azot, apa si alte gaze. Atmosferei ii sunt caracteristice presiunea temperatura si umiditatea.

Incalzirea diferentiata a zonelor globului, variatiile de temperatura provoaca variatii de densitate, deplasarea maselor de aer din zonele unde densitatea aerului este mare (presiunea atmosferei mare) catre cele cu densitate mai mica sunt caracteristicile genezei vantului.

Cauza principală a formării vântului este diferenţa presiunii atmosferice între două regiuni. Aerul cald fiind mai uşor se înalţă producându-se un minim de presiune, locul lui va fi preluat de masele de aer din zona rece (maxim de presiune atmosferică) , până când se va egala diferenţa de presiune dintre cele două regiuni.Această circulaţie a maselor de aer stă la baza termodinamicii.Intensitatea vântului depinde direct proporţional de diferenţa de presiune dintre cele două zone geografice.

Direcţia vântului este influenţată de forţa Coriolis care ia naştere prin rotaţia pământului, deviind de exemplu în emisfera nordică, vânturile spre vest.Un alt factor care schimbă direcţia şi eventual temperatura vântului sunt obstacolele topografice ca: munţi, văi, sau canioane. Föehnul, de exemplu, este un vânt rece din Munţii Alpi care la trecerea peste Alpi (urcare şi coborâre) prin fenomenul de frecare a maselor de aer de munte se încălzeşte.

Forţa Coriolis deviază, prin rotaţia pământului, în emisfera nordică, curentul de aer (vântul) spre vest formând aşa numita categorie a vânturilor de vest.

21

Radiatia solara este uniforma dar aproape de poli se repartizeaza pe o suprafata mai mare decat la Ecuator.

Directia generala a vantului este perturbata adeseori de :- uragane, obstacole naturale si cicloni.

Fortele Coriolis influenteaza miscarea aerului:- circulatia generala a vantului in emisfera nordica- variatia presiunii atmosferice in lungul unui median

2.2 Potentialul eolian Energia potentiala a vantului

Vantul, elementul meteorologic cel mai dinamic si mai activ al atmosferei, tinde sa estompeze diferentele ce apar in repartitia neuniforma a unor parametri si este caracterizat prin viteza, durata, directie si structura.

Viteza vintului indica distanta parcursa de aer in unitatea de timp.Ea se exprima in m/s (metri pe secunda sau km/h (kilometri pe ora) , sau pe baza efectelor pe care le produce in natura folosind scara Beaufort elaborata in anul 1806 de amiralul britanic Sir Francisc Beaufort.

Durata vantului reprezinta intervalul de timp de la inceperea pana la incetarea vantului, dar mai poate exprimata si durata pe diferite praguri de viteza.Durata vantului este in functiune de existenta diferentei de presiune.In momentul cand presiunea se egaleaza se stabileste un echilibru intre masele se aer.

Directia vantului se stabileste in raport cu punctul cardinal dinspre care bate.In vederea indicari directiei se foloseste roza vanturilor.

Dupa regimul vitezei si miscarii aerului vantului poate avea structura laminara, turbulenta si in rafale.Vantul laminar este acela in care aerul se deplaseaza cu viteze mici si uniform, fara –si modifica directia si intensitatea.La vantul turbulent directia si intensitatea variaza foarte mult formandu-se in curentul de aer un mare numar de vartejuri.In sfarsit vantul in rafale este acela la care directia si intensitatea au variati foarte mari in timp.

Din punct de vedere energetic intereseaza in mod deosebit viteza si durata: din punct de vedere al rezistentei organelor principale ale turbinelor intereseaza structura, vantul in rafale producand o serie de vibratii si suprasolicitari: din punct de vedere al stabilitatii turbinelor intereseaza variatia directiei, la turbinele cu ax orizontal.

Este important de aratat ca viteza vantului variaza in raport cu altitudinea, avand valori mai mici la sol.Acest fapt se explica prin faptul ca la sol vantul intalneste

22

diferite obstacole intervine frecarea de sol, iar la altitudini curenti de aer circula mai uniform.

Intesitatea vitezei si structura este influentata de forma reliefului, si de natura obstacolelor intalnite in cale.In general viteza vantului este mai mare pe coline decat in fundul vailor.

Acestea sunt criteriile care determina amplasarea partii active a turbinelor la o anumita inaltime de la sol.Valoare acestei inaltimi este diferita in functie de relief si de natura obstacolelor.

Vantul fiind un element dinamic dispune de o anumita energie.Este necesar sa subliniem ca energia vantului nu este o energie in sensul exact al termenului : aerul din atmosfera este supus depalsarii ca urmare a incalzirii de catre soare a anumitor regiuni si a racirii altora, acestei actiuni suprapunandu-i-se efectul datorat rotatiei pamantului.Energia eoliana nu e decat un subprodus al energiei termice si oarecum al energiei gravitationale.Este o energie interntionala dar, ca si in cazul altora intr-un grad mai mic nu este repartizata.

Energia eoliana este gratuita, pentru ca nu cere o extractie primara.Ea este variabila in timp si spatiu.este o enrgie disponibila sub forma de energie cinetica care nu este supusa randamentului slab al ciclului Carnot.

Este o energie slaba, fluidul pus in miscare neavind decat o masa specifica mica, si ca atare puterea convertita fiind direct proportionala cu aceasta.

In comparatie cu celelalte energii , energia eoliana este una dintre cele mai curate si mai putin poluante.

Avand in vedere caracterul neregulat al vantului pentru determinarea energiei potentiale se fac masuratori si se intocmesc studii statistice care cuprind perioade de 5-10 ani.

In baza masuratorilor se poate trasa diagrama variatiei vitezelor in decursul unui an.Curbele de variatie au alura din fig 1.

Este important de retinut ca viteza vantului variaza in limite foarte mari, iar o turbina eoliana nu poate fi construita in asa fel incat sa poata valorifica energia potentiala sub si peste anumite limite, nefiind economica.

Energia disponibila pe unitatea de suprfata este data de relatia: [kW/m2]

In care Ed este energia disponibila, in Kw/m2, iar v-viteza vantului, in m/s.Tara noastra, situata intr-o zona de interferenta a meselor de aer cu contraste

termo-barice mari, dispune in ansamblu de un potential energetic eolian bun. Configuratia reliefului, care compartimenteaza puternic teritoriul tarii, imprima modificari evidente in marimea acestuia de la o regiune la alta, determinand o repartitie neuniforma a sa.

23

Dificultatea evaluarii potentialului energetic nu provine numai din insuficienta datelor ci si din lipsa unui criteriu unic al acesteia.Energia eoliana se converteste in alte forme de energie in turbine avand un anumit diametru si o anumita inaltime de la sol.

Pe baza estimarilor generale, fara a preciza vreun criteriu se apreciaza ca potentialul energetic eolian are urmatoarele valori:- pentru intregul glob: (13-15)x1012 MWh/an;- pentru suprfata uscatului: 1,7 x 1012 MWh/an;- pentru tara noastra : (120-150)x 106 MWh/an;

Deocamdata este practic imposibil sa se delimiteze ponderea consumatorilor naturali ai acestei energii ponderea consumatorilor naturali ai acestei energii.Daca includem toti acesti consumatori naturali in contributia vantului la reglarea climei, atunci problema se reducela evaluarea generala a ponderii celor doua componente ale energiei eoliene totale, respectiv energia eoliana climatica si energia eoliana motoare.

O evaluare a potentialului energetic eolian ar putea fi facuta considerand o amenajare de valorificare completa, avand amplasate turbine la o densitate maxim acceptabila.Potrivit acestor calcule s-ar putea obtine o densitate de 10 turbine eoliene cu puterea nominala fiecare de 25 kW, (avand diametrul de 15 m si inaltimea de 25 m), ceea ce ar duce la o putere instalata de 250 kW/Km2.

Tinand seama de faptul ca pentru producerea unui kWh de energie electrica se consuma 860 kcal si ca dintr-un kilogram de combustibil conventional se obtin 7000 kcal, iar ca pentru furnizarea unui kilowatora la consumator se cheltuieste la producere si transport echivalentul a trei kilowatiora in combustibil conventional, rezulta ca aportul de combustibil conventional la consumator este de 0,3685 kg combustibilul conventional pentru un kilowatora.

In acest fel se poate evalua potentialul energetic eolian la valoare de circa 5,5 milioane tone cobustibil conventional.

In fig 2 este reprezentata zonarea eoliana a globului pe baza vitezelor medii anuale ale vantului respectiv viteze cuprinse in limitele: 5,6 …8 m/s; 4,6…5,6 m/s; 3,6...4,6 m/s; mai mici de 3,6 m/s.

In baza studiilor elaborate in tara noastra s-a facut o zonare energetica eoliana urmarindu-se obtinerea unor zone de importanta energetica in functie de durata anuala in care vantul inregistreaza viteze la care turbinele eoliene pot functiona.In fig 2.1 este aratata aceasta zonare a Romaniei.

24

2.3 Clasificarea turbinelor de vantTurbina eoliana este o masina destinata sa transforme energia cinetica a vantului

in energia mecanica utilizabila la arborele unei masini receptoare prin intermediul unor pale ce se deplaseaza intr-o anumita directie.Calsificarea turbinelor de vant se poate face din mai multe puncte de veder:

In functie de directia de deplasare a palelor fata de directia vantului, turbinele de vant se clasifica in:

- turbine la care palele se deplaseaza perpendicular pe directia vantului (fig.3.1,a)

- turbine la care palele se deplaseaza perpendicular pe directia vantului (fig.3.1.b)

Turbinele la care palele se deplaseaza dupa directia vantului sunt caracterizate prin urmatoarele: daca se noteaza cu v- viteza vantului si cu vp-viteza palelor, aceste masini sunt caracterizate prin relatia:

vp < vSe poate calcula ca randamentul acestor turbine este maxim cand

de unde rezulta ca acestea sunt foarte lente.

Axa acestor turbine este perpendiculara pe directia vantului si numai o parte din pale sunt motrice celelalte inainteaza in contracurent.Din aceasta cauza in constructia lor este necesar un dispozitiv pentru reducerea efectului de franare.In functie de acest dispozitiv se disting:

- turbine cu tractiune simpla la care palele ce se deplaseaza contra curentului se sustrag actiunii acestuia;

- turbine cu diferenta de tractiune, la care forma palei asigura o tractiune mai mica la deplasarea in contra curent fata de deplasarea in directia curentului.

Turbinele cu tractiune simpla pot fi:- cu ecran, la care un ecran convenabil elimina actiunea vantului pentru pentru

palele aflate in contra curent.

25

- cu pale batante, care au palele articulate pe axe paralele cu axa rotii.Un stift de oprire dispus convenabil langa fiecare pala o retine atunci cand se deplaseaza in directia curentului si devzolta lucru mecanic, dar o lasa sa se miste liber la cursa de intoarcere;

- cu variatie ciclica a orientarii palelor avand un mecanism care comanda pala sa se orienteze in jurul axei sale rotindu-se cu jumatate din viteza de rotatie.

Turbinele cu diferenta de tractiune pot fi:- cu cupe, la care exemplul tipic este moara cu cupe.Forma si numarul cupelor

prezinta o diversitate mare;- cu fluxu transeversal, la care o parte din pale functioneaza datorita diferentei

de tractiune, pe de alta parte un flux de aer traverseaza turbina, strabatand de doua ori ansamblu de pale dupa o schema analoga cu unele turbine hidraulice.

- de tipul Savonius care deriva din moara cu cupe si care de principiu are forma a doi semicilindri cu axele de simetrie decalate in acelasi in acelasi plan.Turbinele din cea de a doua grupa sunt caracterizate prin aceea ca palele se deplaseaza perpendicular pe directia vantului si ca viteza palelor vp poate fi mai mare decat viteza vantului, v.Presiunea motrice pe pala, care la categoria precedenta era o simpla tractiune datorita formei acesteia,se obtine deviatia unui strat de aer si este insotita de o circulatie intensa in jurul profilului palei.Aceastacirculatie generatoare de energie se obtine in general prin actiunea combinata a incidentei curentului relativ cu forma profilului palei, dar ea mai poate fi obtinuta si prin functionarea unor dispozitive speciale.

Turbinele din aceasta categorie se diferentiaza dupa modul de dispunere al palelor si prin combinatiile mecanice pe care aceste dispuneri le pot avea si care pot fi:

- de translatie;- cu variatia ciclica a incidentei;- cu axa paralela cu vantul.Din clasa turbinelor de translatie distingem: - turbina covor rulant la care o retea de pale montata pe un sistem de curele

trece peste doi taburi si se deplaseazaperpendicular pe directia vantului. - turina cu profil oscilant, la care o cupa al carei ax este perpendicular pe

directia vantului, montata pe un ansamblu biela-manivela si care permite miscarea oscilanta;

- turbina de tractiune cu rotoare care se deplaseaza perpendicular pe directia vantului de-a lungul unei cai de rulare.

Turbinele cu variatie ciclica a incidentei, prezinta multe asemanari cu cele de translatie in sensul ca vantul strabate de doua ori palele turbinei.

Din aceasta categorie distingem:- turbine cu orientare ciclica a palelor, denumite si cicloturbine sau ciclogiro. - trubine cu pale fixe.Aceastea functioneaza in parametri optimi la viteze

periferice mult mai mari decat viteza vantului, din care cauza sunt denumite si turbine rapide.

O alta clasificare se poate face dupa pozitia axei de rotatie.Dupa acest criteriu distingem:

- turbine cu ax orizontal- turbine cu ax vertical

26

In fig.3.4 este prezentat modul de functionare al trubinelor ale caror pale se rotesc intr-un plan perpendicular pe directia vantului, iar in fig. 3.5-al turbinelor ale caror pale se rotesc intr-un plan care cuprinde directia vantului.

Principalele caracteristici ale turbinelor eoliene sunt: - puterea dezvlotata la diferite viteze ale vantului;- turatia corespunzatoare diferitelor puteri dezvoltata la diferite viteze ale

vantulu.- randamentul de utilizare al energiei vantului sau coeficientului de putere

(Cp);- viteza modul, respectiv raportul dintre viteza periferica a palei si viteza

periferica a palei si viteza vantului

2.4 Caracteristicile si calitatile principale ale turbinelor eolienePrincipalele caracteristici ale turbinelor eoliene sunt: - puterea dezvlotata la diferite viteze ale vantului;- turatia corespunzatoare diferitelor puteri dezvoltata la diferite viteze ale

vantulu.- randamentul de utilizare al energiei vantului sau coeficientului de putere

(Cp);- viteza modul, respectiv raportul dintre viteza periferica a palei si viteza

periferica a palei si viteza vantului: ;

Pe baza caracteristicilor de mai inainte se pot determina curbele caracteristice care sunt:

- cuplul motor raportat la viteza modul;- randamentul de utilizare al energiei vantului raportat la viteza modul;- puterea si turatia in functie de viteza vntului.Aceste curbe au aspectul din fig.4.1 si fig 4.2.

27

Din aceste diagrame se pot obtine:- cupplul motor maxim (Mmax);- cuplul motor nominal dezvoltat de turbina la viteza modul optima (Mn);- cuplul motor la demaraj (M0);- valoarea vitezei modul ( λ0 ) pentru care M=0, numita si viteza de

sincronism;- valoarea vitezei modul ( λn ) pentru care coeficientul de utilizare a energiei

vantului are o valoare maxim.Se traseaza caracteristca de putere a turbinei eoliene in functie de turatie si a

consumatorului (pompa, generator,compresor).In cele mai multe cazuri alura celor doau caracteristici este diferita.Se urmareste in general sa cele doua caracteristici sa se suprapuna pe o portiune cat mai mare.In general insa valoarea raportului din multiplicare este data de raportul dintre abcisa punctelor A si B.

Puterea turbinelor eoliene este data in general de relatia:

A[W]

in care:Cp este coeficientul de putere;ρ - densitatea aerului, in kg/m3;v – viteza vantului, in m/s;

A este aria maturata de palele turbinei, in m2, la turbinele cu ax vertical A= dh,

iar la turbinele cu ax orizontal,

d - diametrul trubinei, in m;h - inaltimea palelor turbinei, in m.

Comparand caracteristicile principale ale turbinelor eoliene cu ax vertical si orizontal, primele prezinta urmatoarele avantaje:

- simetria verticala elimina mecanismele de orientare pe directia vantului;- priza de forta poate fi dispusa in partea inferioara, fiind in acelasi timp mai

simpla;- constructia mai simpla a stalpului de sustinere;

- costul turbinelor verticale este mai scazut decat al celor orizontale, mai ales la puteri mari;

28

- greutatea si costul palelor pentru turbinele verticale creste proportional cu diametrul, iar greutatea si costul elicelor pentru turbinele orizontale creste cu cubul diametrului.

- palele turbinelor verticale nu au constructie, avand o latime constanta pe toata lungimea fiind in acelasi timp mai usor de executat,

- posibilitatea realizari unor turbine verticale cu puteri si dimensiuni foarte mari(de ordinul 5-20MW);

- nu necesita un control al maximului de putere pentru o functionare sincrona.- sunt mai simple si in acest fel mai robuste.Principalele doua mari calitati ale eolienelor ar trebui sa fie simplitatea si

robustetea.Simplitatea ar trebui sa fie cat mai mare, deoarece ea ar permite, in afara de

costuri minime, o fiabilitate ridicata. Este deci necesar ca in constructia masinilor sa eliniminam la maximum elementele mobile, sa eliminam influenta variatiilor de directie ale vantului.

Robustitatea unei masini eoliene este legata in primul rand de conditiile in care lucreaza, respectivin exterior, fiind expuse la intemperii de tot felul: ploaie, zapada, chiciura, gheata, praf,coroziune,umiditate.

Inertia rotoarelor turbinelor eoliene este o problema importanta. Un rotor cu o inertie mai mare cere un anumit timp pentru obtinerea turatiei de regim. De asemenea, cand viteza vantului scade, rotorul poate actiona ca ventilator si energia acumulata in loc sa fie folosita serveste sa produca vant.

Viteza de rotatie constituie o problema importanta. In general cu cat numrul de pale este mai mic, turatia este mai mare, masinile rapide avand, doua trei pale.Dr turatia descreste cu cresterea dimensiunilor turbinei.Chiar la turbina cu trei pale turatia va scadea pe masura cresterii dimensiunii acesteia.

2.5 Dispozitive de masurare a parametrilor vantuluiPuterea vantului se poate masura cu ajutorul a trei unstensile. Acestea sunt:

1. Girueta este montată pe nacelă şi are rolul de a se orienta în permanenţă după direcţia vântului. La schimbarea direcţiei vântului, girueta comandă automat intrarea în funcţiune a sistemului de pivotare al turbinei. În cazul turbinelor de dimensiuni reduse, nacela este rotită automat după direcţia vintului cu ajutorul giruetei, fără a fi necesară prezenţa unui sistem suplimentar de pivotare. În figura urmatoare este prezentată o giruetă.

Girueta2. Anemometrul este un dispozitiv pentru măsurarea vitezei vântului. Acest

aparat este montat pe nacelă şi comandă pornirea turbinei eoliene când viteza vântului depăşeşte 3…4m/s, respective oprirea turbinei eoliene când viteza

29

vântului depăşeşte 25m/s. În figura urmatoare este prezentat un anemometru cu cupe.

Anemometru cu cupe3. Controler-ul este calculatorul principal al unei turbine eoliene, care cel puţin

în cazul turbinelor de puteri mari, este integrat într-o reţea de calculatoare, care controlează buna funcţionare a tuturor componentelor. De regulă controler-ul este amplasat în nacelă, iar alte calculatoare pot fi amplasate inclusiv la baza pilonilor. În figura urmatoare este prezentat un controler din

componenţa unei turbine eoliene. Instalatii actionate de vant

Instalatii de mica puterePentru pomparea apeiIn figura 1 este prezentat un motor de vant multipal destinat pomparii apei, cu

o putere de 2,15 kW la viteza vantului de 8 m/s, realizat de Institutul de cercetare,

30

proiectare si inginerie tehnologica pentru masini si utilaje agricole – Bucuresti.

Un motor eolian multipal de 1,5 kW, actionand o pompa cu duble efect, cu inaltime de pompare 30 m si debit 9 m3/h, a fost realizat in 1984 de catre Insitutul Politehnic Iasi si ICPE – Bucuresti.

In gama de puteri sub 1 kW au fost realizate, de catre ICPE, in perioada 1980-1984, cateva de motoare eoliene destinate pomparii apei(fig 1.1, 1.2).

Pentru producerea energiei termiceInstitutul Politehnic Iasi si ICPE au realizat un prototip de frana hidraulica

pentru producerea apei calde de consum. Frana functioneaza actionata de acelasi motor eolian multipal de 1.5 kW la 8m/s, care poate actiona si pompa apa si poate incalzi apa, de exemplu, de la 20ºC la 60ºC cu un debit de 22 l/h.

Pentru producerea de energie electrica

31

Alimentarea cu energie electrica a unor mici consumatori izolati poate fi asigurata de vant cu puteri de 1- 10 kW, asa cum sunt cele omologate de Universitatea din Brasov de tip TEP, TEV – 6, TEV – A, prezentate schematic in fig. 1.3; 1.4 si 1.5

Instalatii de puteri medii si mariPentru producerea de energie electrica, cu racordare la sistemul energetic

national, au fost experimentate o serie de modele de generatoare cu puteri in gama 10 -100 kW si sunt in studiu modele in gama de puteri 100 – 1000 kW.

In fig. 1.6 si 1.7 sunt prezentate schematic modelele de 20 kW, respectiv 100 kW, ale turbinelor cu ax vertical TEV – 20 si TEV – 100 E realizate de Universitatea

Brasov. Un generator de 20 kW cu doua rotoare in contrasens a fost construit de catre

TIM – Iasi filiala Bacau fig 1.8.

32

Un alt tip de generator cu ax vertical de 30 kW a fost proiectat la ICPE si montat pe litoralul Marii Negre (fig 10.43). Au fost realizate, de asemenea, modele de turbine de vant cu ax orizontal de 10 kW si 30 kW de catre ICEMENERG (fig 10.44) si respectiv de catre Institutul Politehnic Timisoara( fig 10.45).

Dintre toate proiectele de aerogeneratoare de puteri mai mari se pot cita : aerogeneratorul tip SAG – 01 ( conceptie ICEMENERG) si aerogeneratorul CV – 300 (conceptie ICPE) ale caror machete sunt prezente in fig. 10.46 si 10.47.

Principalele caracteristici de proiectare ale acestor generatoare sunt prezentate in tabelul 10.3 .

Instalatii pentru conversia energiei valurilor Problemele care se pun in legatura cu realizarea instalatiilor de conversie a

energiei sunt foarte dificile si diverse. Se poate considera ca cele mai deosebite probleme sunt: eficienta conversiei, fiabilitatea instalatiilor si consumul specific de materiale.

Pana in prezent au aparut in lume foarte multe brevete de instalatii pentru conversia energiei valurilor. Dintre aceastea se cunosc doar cateva care au fost testate si care merita sa fie retinute, avand in vedere cele trei criterii mentionate.

Din punct de vedere al principiilor de functionare instalatiile de conversie a energiei valorilor pot fi clasificate in doua categorii:

- Instalatii in care se obtin, dupa prima etapa de conversie, cupluri sau forte mari;

- Instalatii in care se obitn, dupa prima etapa de conversie, viteze unghiulare sau lineare mari.

In ambele tipuri de instalatii se obtin teoretic aceleasi puteri, intrucat Q = M ω sau P=Fυ, dar in timp ce in primul gen de instalatii cuplurile sau fortele fiind mari, sunt necesare structuri cinematice foarte robuste, amplificatoare de viteza sau generatoare lente de dimensiune mari, in cel de-al doilea gen de instalatii, vitezele de miscare fiind mari, sunt necesare structuri cinematice economice si generatoare cu

33

dimensiuni reduse. Eficienta instalatiilor din a doua categorie este mai buna si prin faptul ca aceste instalatii evita sistemele mecanice de amplificare a vitezei, iar frecarile din structurile cinematice sunt reduse.

In tara noastra s-au realizat trei instalatii experimentale de conversie a energiei valurilor, care s-au testat pe Marea Neagra, pentru verificarea celor doua principii de conversie mentionate.

Instalatia de conversie tip G-1Instalatia s-a realizat de catre ISPH in colaborare cu ICPE, sub forma unei

geamanduri. Instalatia este alcatuita dintr-o turbina unisens cu diamentrul de 15 m, montata pe un cadru sustinut de un flotor amplasat sub turbina. Axul turbinei antreneaza generatorul instalatiei prin intermediul unui multiplicator de viteza. Turbina este alcatuita din 18 palete oscilante, montate pe axe radiale, prevazute cu cate un opritor care limiteaza amplitudinea oscilatiilor. Instalatia a fost ancorata de un lest astfel incat paletele sa fie pozitionate in zona activa a valurilor. Sub actiunea valurilor, paletele turbinei executa deplasari unghiulare pana la limitatoare, transmitand component tangential a fortelor de ridicare si coborare a valurilor si obligand turbinele sa se roteasca intr-un singur sens. Instalatia este reprezentata in fig. 10.48.

Instalatia G – 1 s-a amplasat la intrarea portului Mangalia, langa digul NE. La incercarile efectuate s-a constatat ca turbinele functioneaza. Instalatia a avut ca destinatie verificarea principiului de conversie a energiei valurilor, utilizand unisens actionata de apa.

Instalatia de conversie G – 2Instalatia este realizata sub forma unei geamanduri care functioneaza pe

principiul pistonului lichid. Instalatia este altuita dintr-un cilindru cu diametrul de 1,5 m si inaltimea de 2,5 m, in care se formeaza pistonul lichid si care este prevazut la partea superioara cu un capac conic, capatul inferior liber. Peste acest cilindru este fixat un flotor cu capacitatea de circa 2 m3, avand diametrul exterior de 2,2 m. In centrul cilindrului este fixata o teava de 200 mm diametru si 5 m lungime, care are capatul inferior opt inele cu o greutate totala de 250 kg, constituind lestul geamandurii. Capacul conic al geamandurii are in centrul sau o gaura Ø 220 mm si un tub prevazut cu o flansa de care este fixat un modul generator. Deasupra flotorului este fixat un trepied care are in varful sau o lampa de semnalizare.

Modulul generator al geamandurii G – 2 este contituit dintr-o turbina unisens cu diametrul de 216 mm, prevazuta cu 20 de palete oscilante si altenator, fara contacte glisante, avand urmatoarele caracteristici:

- Puterea : 5 W- Tensiunea: 12,5 V- Turatia: 300 – 500 min-1

- Numar faze : 3

Lampa de semnalizare este alcatuita dintr-o lampa de semnalizare fixata intre doua armaturi. In interiorul lampii se gasesc doua becuri de semnalizare si o punte redresoare trifazata.

In stalatia G – 2 a fost amplasata la aproximativ 70 m de digul NE al orasului Mangalia. In aceasta zona adancimea apei este de circa 11 m. Geamandura este fixata de doua lesuri de cate 2 t prin cablauri de otel. Cablul electric pentru semnal este

34

infasurat pe cablul de ancorare pana la lest, apoi pozat liber pe fundul marii pana la dig si condus printre stabilopozi pana la platforma digului.

In situatia alimentarii directe a lampii de semnalizare de catre generatorul instalatiei, s-a constatat ca in timpul noptilor cu valuri cel putin 15 – 20 cm, lumina lampii de semnalizare este vizibila de la distanta de cativa kilometri.

Instalatia G – 2 a avut ca destinatie verificarea posibilitatii de conversie a energiei valurilor utilizand principiul pistonului lichid si o turbina unisens actionata in aer, in vederea realizarii ulterioare pe acest principiu a geamandurilor cu autoalimentare pentru semnalizarea drumurilor in marea teritoriala.Microcentrala tip MV – 1

Instalatia are la baza principiul coloanei oscilante, dar spre deosebire de alte constructii cunoscute, instalatia MV – 1 are o geometrie care permite obtinerea unei coloane oscilante reziduale cu amplitudinea marita fata de amplitudinea valurilor. Prin acesta se obtin viteze si variatii mai mari ale volumului de aer din interiorul instalatiei.

Instalatia MV – 1 este constituita in principal dintr-o incinta si un modul generator. In incinta are doi pereti paraleli verticali care la 2,5 m deasupra nivelului apei continua apoi cu o zona inclinata sub un unghi de circa 40º si se termina sub nivelul apei prin suprafete curbe, avand raze determinate experimental prin incercari pe machete in canalul de valuri. Acesti pereti sunt delimitati lateral de doi pereti paraleli verticali asezati la o distanta de 3,5 m. Cei patru pereti formeaza o incinta cu intrarea sub nivelul apei la circa 0,5 – 0,75. Incinta este prevazuta la partea superioara cu un capac pe care este montat un modul generator, alcatuit dintr-o turbina unisens si un generator. Turbina este alcatuita din palete care oscileaza cu un unghi de 30º de o parte si de alta a planului neutru al turbinei, in functie de sensul de actionare al aerului care trece prin turbina. Caracteristicile modului generator sunt urmatoarele: puterea 500 W, tensiunea 24 V, turatia 3000 rot/ min.

Realizarea instalatiei a avut ca scop verificarea posbilitatii conversiei energiei valurilor cu ajutorul unei instalatii fixe.

Microcentrala MV – 1 a fost amplasata la aproximativ 50 m de baza digului NE al orasului Mangalia. In aceasta zona adancimea apei este de circa 4 m.

Instalatia a fost ancorata prin patru lesuri d ecate 3 t. In cadrul primelor testari efectuate s-a constatat ca turbina functioneaza corect. Paletele turbinei isi schimba pozitia instantaneu in functie de agentul motor, fara sa se observe nici un fel de neregularitati.

Determinand puterea valurilor, utilizand relatia Gersnter se obtine pentru valuri de circa 20 cm, un randament global al instalatiei η= 13%.

Primele incercari privind conversia energiei valurilor, efectuate in tara noastra, conduc la concluzia ca este posibila obtinerea energiei din valuri, utilizand tehnologii si constructii relativ simple, care sunt accesibile tehnicii actuale. Fara a avea pretentia de a rezolva criza de energie, problema conversiei energiei valurilor trebui sa constitue de acum inainte o preocupare mai accentuata pentru definirea unor instalatii care sa asigure in prima etapa satisfacerea necesitatilor locale de energie, cum ar fi : iluminarea digurilor, semnalizarea cailor de navigatie, surse de rezerva pentru faruri, pomparea apei in unele instalatii, pomparea aerului in instalatii de epurare etc.

Urmeaza ca in etapa urmatoare, pe masura acumularii experientei necesare, sa se treaca la constructia de centrale bazate pe energia valurilor, care sa fie conectate la reteaua nationala.

35

Cap. 3Turbine eoliene

3.1 Turbine cu ax vertical

Aceasta clasa de turbine cuprinde:- turbine diferentiale;- turbine cu ecran;- turbine cu pale batante;- turbine cu pale turnante;- turbine cu variatia ciclica a incidentei avand pala fixa sau mobila;- alte tipuri;

3.1.1 Turbine diferentiale Aceste turbine nu au dispozitive de orientare si sunt in general simple.Puterea

dezvoltata este data de relatia

[W]

unde Cp este coeficientul de putere.

Din aceasta grupa distingem urmatoarele tipuri:Panemone (fig. 1)au fost in pompare apei si macinatul cerealelor din cele mai

vechi timpuri.Folosirea acestora s-a raspandit in toata lumea islamica.

Turbine Lafond (fig1.1) La aceste turbine o parte din pale functioneaza datorita diferentei de tractiune, iar pe de alta parte un flux traverseaza masina si lucreaza de doua ori in ansamblul de pale dupa o schema analoga cu unele turbine hidraulice (fig.1.2).

36

Turbina Savonius. Aceasta turbina a fost inventata in 1929 de inginerul finlandez Savonius. Este realizata in principiu dintr-un butoi sectionat avand decalate cele doua sectoare in planul de sectionare asa cum se vede in fig 1.3.Acest tip de turbina dezvolta un moment mare la pornire, dar pe masura ce creste viteza modul, acest moment scade.

Coeficientul de utilizare al energiei vantului are valori de 0,2 iar viteza modul optima pana la valoarea de 1,8.Puterea este data de relatia aratata la turbinele diferentiale.

Coeficientii de putere si de moment au valorile din fig 1.4.

Fiind una cele mai simple constructii prezentam in fig 1.5.

3.1.2 Turbine cu ecran. In fig. 1.6 este aratata o astfel de turbina. In general, ecranul este orientat

automat dupa pozitia vantului in scopul evitarii consumului de putere in decursul rotirii palelor in contracurent. Aceste turbine au un randament de utilizare a energiei vantului maxim la viteaza modul de cel mult 0.2.

37

3.1.3. Turbine cu pale batante. In figura 1.7 sunt prezentate doua modele de turbine cu pale batante. Palele au

posibilitatea de rotire in jurul unei axe proprii, in limite bine stabilite. Randamentul maxim de utilizare al energiei vantului este de 0.15 la viteza modul intre 0.25 si 0.6.

3.1.4. Turbine cu pale turnante. Schema acestor turbine este aratata in fig 1.8.Turbina este prevazuta cu o

deriva.Viteza de rotatie este mai mica decat cele doua cu clape batante.Miscarea mecanismelor este asi gurata de un mecanism epicicloidal.Randamentul maxim de utilizare al energiei vantului se obtine la viteza modul cuprins intre 0,2 si 0,6.

3.1.5. Turbine cu variatia unghiului de incidenta. O contributie deosebita la dezvoltarea acestui tip a adus-o francezul Darrieus,

care a brevetat acest model in anul 1931, iar mai apoi incepand cu anul 1974, echipa de cercetatori de la Consiliul National din Canada.

Rotoarele tip Darrieus sunt mecanisme de portanta, caracterizate prin pale cu sectiuni de aripa de avion.Au cupluri de torsiune relativ scazute, dar viteze mari de rotatie si de aceea au o capacitate mare de energie pe greutate.

In fig 1.9 sunt prezentate unele variante ale modelului Darriues respectiv de forma cilindrica, parabolica si conica.

38

Indiferent de forma palelor, aceste turbine functioneaza cu variatia la fiecare rotatie a unghiului de incidenta.Coeficienti de putere si moment sunt redati in fig 2

Pentru a intelege corect functionarea acestor turbine este important sa aratam urmatoarele: vantul actioneazaasupra profilului palei cu viteza v.Asupra palei mai actioneaza viteza periferica wr .Prin compunere acestor viteze se obtine viteza relativa U.Datorita unghiului de incidenta intre 0 – 3600 in timpul rotatiei, valoarea fortelor portante si rezistente are directia si sensul vitezei relative.

In fig 2.1 sunt aratate modul de compunere al vitezelor si fortelor in cele patru cadrane ale cercului.

Pala va dezvolta un moment pozitiv numai cand proiectia fortei rezultante pe tangenta la cerc este orientata in directia de miscare. Acest lucru nu se realizeaza in tot timpul unei rotatii, dar suma momentelor in decursul unei rotati este pozitiva.Turbina poate avea doua, trei sau mai multe pale.

39

Sisteme mixte.Turbine de tipul Darrieus sau Giromil prezinta servitutea ca au plaja optima de functionare la viteza modul cuprinsa intre 3 si 6, sau altfel spus nu demareaza singure. Problema se poate rezolva in mai multe feluri: ca de ex, cu demaroare electrice sau mai simplu cu demaroare eoliene de tipul Savonius amplasate in spatiu acoperit de pale sau in afara acestora ca in fig 2.2.

Turbine cu pale orientabile.Dintre aceste turbine enumeram:Turbina cu unghi de incidenta constant.Am vazut mai inainte functionare

turbinelor cu unghi de incidenta.Turbine cu pale orientabile urmaresc ca pala sa dezvolte momente pozitive tot

timpul rotatiei avand mecanism de comanda a pozitiei palei dupa directia vantului. Se cauta astfel solutia de expunere la un unghi de incidenta constant, care sa dezvolte momentul maxim chiar de la pornire (fig 2.3).

Turbine cu geometrie variabila. In fig sunt prezentate doua astfel de modele.Sub actiunea fortei centrifuge aceste turbine isi modifica diametrul.In acest fel

se mareste suprafata spalata de palele turbinei si in acest fel si puterea dezvoltata de turbina.

40

3.1.6. Alte tipuri de turbine cu ax vertical

Printre alte tipuri trebuie sa amintim turbinele cu efect Magnus care constau din cilindri rotitori.Cand se pun in functiune intr-un curent de aer se produc forte de translatie perpendicular pe directia curentului vantului, prin efectul Magnus (fig 2.4). Un asemenea dispozitiv poate fi folosit ca vela pentru a propulsa nave sau vehicule rutiere.

Acest tip a fost construit ca statie pilot Madaras la Burlington, New Jersy, in 1933.

41

3.2 Turbine cu ax orizontal Din aceasta clasa de turbine distingem:

- morile de vant clasice;- turbinele lente;- turbine rapide;- alte tipuri;

3.2.1 Morile de vant clasiceIn fig 2.5 sunt prezentate unele tipuri de mori de vant.

42

Aceste masini erau prevazute fie cu un sistem de deriva (fig 2.5) avand partea superioara rotitoare, fie avand o coada care permite rotitoare intregii mori pe directia vantului.In general

Dimensiunile la care se realizau aceste masini aveau diametre intre 3-15 m , turatii intre 10-50 rot/min si o viteza modul, optima intre 2 si 3si coeficient de utilizare a energiei vantului de maximum 0,3.Puterea dezvoltata este data de relatia:P=0,15d2v3 [w] In care: d este diametrul in m, in m/s .

3.2.2 Turbine lentePatentul acestui tip de turbina i se atribuie lui J.Holiday care se pare a

inventat-o in perioada 1860-1870.In fig 2.6 este prezentata o astfel de turbina lenta cu multe pale.Turbina este

montata pe un cadru, avand posibilitatea de rotire in jurul unui pivot central.

Dimensiunile frecvente se incadreaza la diametre intre 3-15 m.Avantajul celor 12-24 pale este legat de demarajul la viteze mici 2-3 m/s.Viteza modul optima se situeaza in jurul lui 1, iar coeficientul de utilizare al energiei vantului este maximum 0.3 fig 2.7.

3.2.3. Turbine rapideTurbinele rapide sunt construite in doua mari grupe:- cu deriva (fig 2.8,a)- autoorientabile(fig 2.8,b)

In general aceste turbine au intre 2 si 4 pale si demareaza la viteze de vant in jur de 5 m/s.

Puterea dezvoltata este data de realtia(anezxa 5)

43

P=0,20d2v3.Coeficientul de utilizare a energiei vantului este redat in fig 2.9

44

45

Avantaje

- simetria verticala elimina mecanismele de orientare pe directia vantului;- priza de forta poate fi in partea inferioara fiind mai simpla;- pale sunt torsionate si au coarda constanta;- nu necesita controlul maximului de putere pentru functionare la turatie

constanta;- la puteri mici este mai simpla;- turatia maxima nu este limita de rezistenta materialului;- pala este solicitata in principal la intindere;- se cunosc profile aerodinamice cu performante inalte;- randamentul mai ridicat in gama puterilor mici (numai la tipul cu pas

variabil)DezavantajeVarianta cu pale curbe:

a) Necesita pale suple si flexibile, la dimensiuni foarte mari pericol de vibratii:b) Lungimea palei rotorului nu e destul de bine folosita, intr-o portiune mica la

diametrul cel mai mare;- randamentul mai scazut (nu mai la tipurile cu pale curbe la puteri mici)- coarda variabila si torsionarea palei; - mecanismul de orientare complicat si greu la puteri mari;- turbioanele provocate de stalpul de sustinere produc vibrati periculoase in

pale;- in rotire palele parcurg spatii cu viteze de vant diferite (la diametre mari

produc vibratii);

46

Cap.4

Calculul turbinei

Sa se proiecteze o turbina eoliana cu ax vertical de tip SAVONIUS care sa furnizeze o energie anuala.

E = 10 + 3n [Mwh/an] = 10 + 3∙18=64Mwh/an

Amplasarea se face la :- Latitudinea , Lat = 10 + n = 10+18=28- Longitudinea, Lon = 20 + i = 20 + 1 = 21

Unde : n = numarul studentului in grupa n =18

i = numarul grupei i = 1

Etapa II

Calculul rotorului :

P=64[MWh]/8760∙1000=7,305936

47

[kW]

Momentul total :

Unde R este raza de amplasare a centrului palei semicilindrice:

R =5/6∙1=0,833334352

unde r este raza semicilindrului.

Se ia E=10+3 n, V=17-0,5 n unde n = nr. studentului in grupa

V=17-0,5∙18=8

Calculul forţei datorate coeficientului de rezistenţă

Se va calcula forţa rezistentă a profilului cilindric, pentru fiecare poziţie i a acestuia, din 50 in 50 (71 poziţii):

Unde V este viteza compusă:

pentru i=00, 50, 100, …, 3550 în sens antitrigonometric.În care u¥ este viteza vântului la o distanţă suficient de mare de turbină, ca sa

nu fie influenţată de aceasta:- u¥ este viteza media anuală calculată la 5.1 pentru înălţimea considerată. - vt este viteza de transport datorată mişcării rotorului:

Se adoptă n=30 rot/min Lungimea palei cilindrice l se va lua: l=2xr l=2x1 =2

Coeficientul CR depinde de α dar pentru simplificare se ia:- CR= 2,63 pentru αi=00….1800 (considerăm că direcţia vântului este dinspre α= 00)

- CR= 0,35 pentru αi=1850….3550

În (3) Am este aria maestră are întotdeauna valoare pozitivă şi este:

Unde αi= 0..…3600 din 50 in 50

Calculul momentului la arbore

48

Momentul total M pentru o rotaţie completă a turbinei se calculează integrând valorile momentelor din relaţia (2) pentru αi=00….3600

Calculul puterii turbinei Se face utilizând relaţia:

Unde ω este turatia turbinei:

Puterea astfel calculată trebuie să corespundă puterii necesare (relaţia 1). În caz contrar, dimensiunile turbinei se recalculează (se mareşte raza r a semicilindrului) .

P=64[MWh]/8760∙1000=7,305936

P = 7,305936* 1.1 = 8,03653= 8036,53

R= =0,833334352

[m]

E = 10 + 3n = 10+ 3*1=13

V =17 * 0.5*18 =8u∞ = 20 - 0.5*18=11

νt = = 2,616667

l = 2* 1,000001=2,000002

Pentru :

r = 0.1=> P=7,305936*0,1=0,730594=730,5936

r = 0.001=> P =0,007306=7,305936

r = 1,000001 unde P = 7,305936

49

Bibliografie

1. C. Iulian si P.D. Lazar., „Energia valurilor”, Ed. Stiintifica si Enciclopedica, 1982

2. Dănescu Al, Bucurenciu S., Petrescu St., - Utilizarea energiei solare, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1980.

3. C. Iulian, „ Utilizarea energiei valurilor”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1990.

50

4. F. T. Tănăsescu, colectiv, Conversia energiei. Tehnici neconvenţionale, Editura Tehnică, Bucureşti, 1986.

5. Constantin Iulian si P.D.Lazar, „ Energia eoliana- captare si conversie”, Ed. Stiintifica,Bucuresti,

51