Turbina Eoliana Proiect

42
1. Energia eoliană O sursă importantă de energie, folosită încă din antichitate, este energia eoliană generată prin încălzirea inegală a straturilor de aer (fig.1.1) Fig.1.1 Schema distribuţiei radiaţiei solare în atmosferă Masa de aer rece cu presiune ridicată se indreaptă spre zonele mai încălzite unde presiunea este mai redusă. Mişcarile aerului pot fi: orizontale, verticale şi înclinate; mişcarea orizontala (a aerului) este numită vânt, iar mişcarile pe verticală şi înclinate ale aerului se numesc curenţi. 1.1 Vânturile –caracteristici şi clasificare Vântul se caracterizează prin două elemente: direcţia şi viteza. Direcţia vântului reprezintă unghiul format între direcţia nordului geografic şi vectorul vânt. Se exprimă în grade (°) sau în puncte 1

description

turbina Tesnic

Transcript of Turbina Eoliana Proiect

Page 1: Turbina Eoliana Proiect

1. Energia eoliană

O sursă importantă de energie, folosită încă din antichitate, este energia eoliană generată prin

încălzirea inegală a straturilor de aer (fig.1.1)

Fig.1.1 Schema distribuţiei radiaţiei solare în atmosferă

Masa de aer rece cu presiune ridicată se indreaptă spre zonele mai încălzite unde presiunea

este mai redusă. Mişcarile aerului pot fi: orizontale, verticale şi înclinate; mişcarea orizontala (a

aerului) este numită vânt, iar mişcarile pe verticală şi înclinate ale aerului se numesc curenţi.

1.1 Vânturile –caracteristici şi clasificare

Vântul se caracterizează prin două elemente: direcţia şi viteza.

Direcţia vântului reprezintă unghiul format între direcţia nordului geografic şi vectorul vânt. Se

exprimă în grade (°) sau în puncte cardinale şi intercardinale. Direcţia este modificată de forţa de

abatere (forţa Coriollis) generată de mişcarea de rotaţie a Pământului care determină abaterea spre

dreapta a corpurilor în mişcare în emisfera nordică şi spre stânga în emisfera sudică. Se consideră

că abaterea pe ocean este între 40°÷45° faţă de direcţia gradientului, iar pe uscat de 20°÷25°.

Viteza vântului este viteza de deplasare a masei de aer. Se poate exprima în m/s, km/h sau în

noduri. Viteza este modificată de forţa de frecare – 135° faţă de viteza vântului. Vântul de la

altitudine are viteze mai mari datorită lipsei forţei de frecare (la 400÷500 m altitudine dispare

forţa de frecare).

Din punct de vedere al structurii, vânturile sunt de mai multe tipuri:

1

Page 2: Turbina Eoliana Proiect

- vânt laminar – vânt care se deplasează cu viteză uniformă relativ mică; caz posibil,

existent pe distanţe mici şi pe suprafeţe netede;

- vânt turbulent – caracteristic zonelor accidentate; cu schimbări frecvente de direcţie şi

viteză;

- vânt în rafale – se produc oscilaţii bruşte ale direcţiei şi vitezei.

Din punct de vedere al duratei avem :

- vânturi regulate – care bat tot timpul anului din aceeaşi direcţie şi cu aproximativ aceeaşi

viteză;

- vânturi periodice – îşi schimbă direcţia la un anumit interval de timp;

- vânturi locale – caracteristic anumitor zone. Apar instantaneu fără a avea o anumită

perioadă când acţionează.

Vânturile regulate

Sunt vânturile care-şi păstrează tot timpul anului direcţia. Principalele tipuri de vânturi

regulate sunt :

- alizeele - 30°÷5° latitudine. Suprafaţa afectată este de 1200 Mm. Se deplasează spre nord

în iulie-august şi spre sud în ianuarie-februarie (la solstiţiul emisferei respective). Vremea în

zonele afectate este una bună, cu cer senin, această vreme fiind întreruptă doar de furtunile

tropicale;

- vânturile de vest – în Atlantic bat trei sferturi de an. Cea mai mare frecvenţă şi viteză o

ating iarna când pot ajunge până la 25 Nd. In emisfera sudică bat între 55°÷60° latitudine.

Vânturile au direcţie constantă dar viteză foarte mare. La 40° vântul produce un vuiet caracteristic

(vuietul de la 40°) care se aude de la depărtare pe mare în Oc.Atlantic;

- vânturile polare – au cele mai mari viteze, în emisfera sudică ajungând până la 200 Nd

iar în emisfera nordică până la 70÷80 Nd.

Vânturile periodice

- musonii – sunt vânturi care-şi schimbă direcţia la un interval de timp. Iau naştere mai

ales în Oc.Indian datorită diferenţei de temperatură şi presiune dintre uscat şi ocean. Din aprilie

până în octombrie bate musonul de vară sau de SW. Din noiembrie până în martie bate musonul

de iarnă sau de NE – secetos. La schimbarea direcţiei musonilor se produc cicloni tropicali.

- brizele – îşi schimbă direcţia de la zi la noapte şi iau naştere datorită diferenţelor de

temperatură şi presiune dintre uscat şi mare. Influenţa se resimte pe o distanţă de 45 km. Briza de

mare se manifestă de la mare spre uscat începând cu ora 900 şi îşi menţine influenţa aproximativ

3 ore după apusul soarelui. Briza de uscat (de noapte) începe să bată aproximativ la ora 2300 şi

transportă un aer cald şi uscat. Brizele pot să devieze vânturile dominante. În Indonezia vântul

2

Page 3: Turbina Eoliana Proiect

Karif intensifică musonul de SW. Vântul poate avea viteze foarte diferite. Pentru a caracteriza

intensitatea acestora, se foloseşte scara Beaufort.

Tabelul nr. 1 Scara beaufort de masurare a intensitatii vanturilor

Grd Beaufort

Efectul vantului

viteza m/s viteza km/h

Caracteristici observabile

0 Calm 0-0,5 0-1 Fumul se ridica vertical

1 Aproape linistit

0,6-1,7 2-6 Fumul este purtat de vant

2 Putin vant 1,8-3,3 7-12 Se simte vantul pe fata. Fosnesc frunzele

3 Vant slab 3,4-5,2 13-18 Frunzele si crengutele sunt in miscare

4 Vant potrivit 5,3-7,4 19-26 Se ridica praf si bucati de hartie

5 Vant putin tare 7,5-9,8 27-35 Copacii mici se balanseaza.Pe ape apar unde

6 Destul de tare 9,9-12,4 36-44 Agita crengi mari. Sarmele de telegraf suiera

7 Vant tare 12,6-15,2 46-54 Agita copaci intregi. Se inainteaza cu greu

8 Vant puternic 15,3-18,2 55-65 Rupe crengute de copaci. Nu se poate inainta

9 Vijelie 18,3-21,5 66-77 Provoaca avarii mici constructiilor.

10 Vijelie puternica

21,6-25,2 78-90 Provoaca avarii insemnate constructiilor. Smulge copacii

11 Tempesta 25,9-29,0 91-104 Rar intalnita. Distrugeri la scara mare

12 Uragan peste 29 peste 104

Calamitate naturala

1.2 Variaţia vitezei vântului în Europa şi în România

O hartă a energiei vântului în Europa a fost dată de Departement of Civil and

Environmental Engineering, Stanford University, California, USA, in anul 2000,conform căreia,

cel mai mare potenţial eolian din Europa se afla în zona nordică a Franţei, Belgiei, Germaniei,

Spaniei, Olandei, Marii Britanii şi a Danemarcei.

3

Page 4: Turbina Eoliana Proiect

România, situată într-o zonă de interferenţă a maselor de aer cu contraste termobarice ridicate,

dispune în ansamblu de un potenţial energetic eolian bun. Configuraţia reliefului, care

compartimentează teritoriul ţarii, imprimă modificări evidente ale vitezei vântului de la o regiune

la alta, determinând o repartiţie neuniformă a sa.

O hartă a potenţialului eolian a fost publicată de ICEMENERG în anul 2007( fig.1.2 a), din care

se pot trage unele concluzii privind eventualele amplasamente ale turbinelor eoliene: în zonele

muntoase înalte, viteza medie a vântului este de peste 8.5 m/s

Fig. 1.2 a Viteza vântului în România

Pentru a se putea identifica tipul de sistem performant, capabil să funcţioneze la viteze

reduse ale vântului, s-a determinat media numărului de ore/luna cu vânt pentru zona Braşov, pe

perioada anilor 2006, 2007, 2008 şi 2009.

În funcţie de aceste valori s-a calculate numarul de ore/an cu vânt 0-2 m/s, 2-3 m/s, 3-4 m/s. În

fig. 1.2 b sunt prezentate mediile şi procentul orelor anuale cu vânt, specific yonei Colinei

Universitaţii.

În concluzie , în zona analizată se poate spune că, de regulă viteza vântului este sub 2m/s

(81-83% din timp), în timp ce viteze superioare la 2m/s sunt în procente foarte mici (16-18%).

Ca urmare, folosirea de centrale eoliene în astfel de zone devine eficientă dacă ele încep să

funcţioneze la capacitate proiectată încă de la aceste viteze mici ale vântului.

4

Page 5: Turbina Eoliana Proiect

Fig.1.2 b Mediile procentuale ale orelor anuale cu vânt pe perioada 2006-2009

2. Scurt istoric

Societatea umană este în continuă dezvoltare, iar stadiul actual a fost atins după o evoluţie

continuă care s-a accelerat pe măsură ce noile descoperiri tehnologice intrau în viaţa cotidiană sub

forma diferitelor aplicaţii inginereşti. Pe măsură ce acestea din urmă degrevau din ce în ce mai

multe sarcini care până atunci erau îndeplinite de oameni, preţul plătit în termeni de energie

consumată era din ce în ce mai mare. Referindu-ne strict la perioada istoriei moderne şi

contemporane, până la o anumită dată, energia utilizată de maşinăriile gândite şi produse de

oameni era obţinută în majoritatea cazurilor strict prin transformarea energiei chimice conţinută în

produsele fosile înmagazinate în scoarţa terestră, în energie mecanică şi/sau energie electrică, prin

arderea combustibililor fosili în motoarele termice cu ardere externă atât de apreciate în epoca

victoriană sau cele cu ardere internă care au facut carieră până în zilele noastre.

Totuşi, nevoile oamenilor cresc pe măsură ce tehnologia avansează, acestea fiind strâns

legate de producţia de energie, iar rezervele de combustibili fosili, pe de altă parte se diminuează.

Şocul petrolier din al treilea sfert de veac al secolului XX a impus conştientizarea nevoii de a

descoperi sau de a competitiviza metode alternative de producţie (conversie) a energiei care să nu

fie dependente de o sursă care, raportată la o scară mică a istoriei, să fie epuizabilă. Energia

eoliană a fost captată şi utilizată din cele mai vechi timpuri, însă necunoaşterea deplină a

aspectelor aerodinamice implicate în procesul de proiectare, realizare şi exploatare a acestora a

5

Page 6: Turbina Eoliana Proiect

plasat această tehnologie într-un stadiu incipient până la jumătatea secolului trecut deşi, de-

alungul timpului au fost realizate numeroase aplicaţii care fac uz de energia vântului. Vântul are

marele avantaj că este o sursă de energie practic inepuizabilă, se găseşte în aproape toate locurile

de pe planetă şi poate fi convertită direct în electricitate, acest lucru conferindu-i statutul de sursă

de energie de calitate. Pe de altă parte, avem dezavantajul că parametri care definesc vântul sunt

caracterizaţi de puternice fluctuaţii spaţiale şi temporale, curenţii de aer prezentând iregularitate

atât ca direcţie şi intensitate, cât mai ales ca durată.

Ideea de a utiliza turbine eoliene pentru a exploata energia cinetică a vântului nu este

nouă. Primele mori de vânt, utilizate pentru a măcina grâul sau pentru a pompa apa, atestate

documentar în jurul anilor 500 – 900 î.Hr. au fost folosite în Persia (Fig.2.1). Această maşină a

fost introdusă în Imperiul Roman în jurul anului 200 î.Hr. Aici, una din cele mai de succes

aplicaţii ale utilizării energiei vântului, este utilizarea extensivă a pompelor acţionate de mori de

vânt în insula Creta. Aceste maşini mai există şi în ziua de azi, demonstrându-şi pe deplin

viabilitatea (Fig.2.2). Tehnologia s-a raspândit şi a evoluat de-a lungul coastei mării Mediterana,

iar din anul 1270 d.Hr. avem primele ilustraţii ale unei turbine eoliene cu ax orizontal cu elice cu

patru pale montată pe un pilon central. In secolul XIV d.Hr., în Olanda, pompe acţionate de vânt

erau folosite pentru a drena suprafeţe întinse din delta Rinului. Designul a fost continuu

îmbunătăţit, iar in jurul anului 1900, aici erau aproximativ 2500 de mori de vânt folosite pentru a

măcina grâne sau pentru a pompa apa, care generau o putere însumată de aproximativ 30 MW

(Fig.2.3). Atestări documentare din epoca medievală privind folosirea morilor de vânt, pe

teritoriul românesc există, de asemenea, în mai multe exemplare de astfel de maşini din diverse

regiuni ale ţării expuse la Complexul Naţional Muzeal ASTRA din Sibiu (Fig.2.4).

Fig. 2.1 Moară de vânt persană. Secolul 2-3 îHr. Reconstituire

6

Page 7: Turbina Eoliana Proiect

Fig. 2.2 Mori de vânt în insula Creta.

Principiul de funcţionare şi soluţia constructivă sunt neschimbate din perioada Imperiului

Roman.

Deşi energia vântului era folosită extensiv în Europa pre-industrială, morile de vânt putând

fi numite fară indoiala „motorul electricţ al acelor vremuri, apariţia motorului cu aburi şi mai apoi

al motorului cu ardere internă au stopat utilizarea pe scară largă a acestora. O utilizare extensivă a

maşinilor eoliene s-a produs în Statele Unite ale Americii, unde, între anii 1850 si 1970 au fost

instalate peste şase milioane de turbine eoliene mici (0.74 kW sau mai puţin). Acestea erau

folosite în special pentru pomparea apei în ferme sau de-alungul căilor ferate pentru a furniza

material primă necesară pentru a produce aburi în motoarele locomotivelor (Fig.2.5). La sfârşitul

secolului al XIX-lea, designul turbinei americane multipală a fost folosit pentru a construi prima

turbină eoliană care să producă electricitate – The Brush postmill, Cleveland, Ohaio (Fig.2.6).

Fig.2.3 Mori de vânt olandeze folosite în epoca industrială pentru a drena suprafeţe întinse din Delta Rinului

7

Page 8: Turbina Eoliana Proiect

Fig.2.4 Mori de vânt româneşti expuse în cadrul Complexului National Muzeal ASTRA din Sibiu. Fotografie de Andrei-Radu Captalan

Încercari diferite au fost efectuate în prima jumătate a secolului XX pentru a exploata

eficient potentialul eolian în ideea de a produce energie electică, însă saltul de scară a fost mult

prea mare, materialele existente în acel moment neputând satisface nevoia de a avea agregate

usoare, capabile sa se rotească cu viteze relativ mari (Fig.2.7). Din aceasta cauză, multe accidente

s-au întâmplat în timpul experimentărilor, iar ideea în sine a pierdut teren în faţa mult mai fireştii

utilizari a combustibililor fosili care dadeau rezultate impresionante de ceva timp. Ideea a fost

abandonată până după cel de-al doilea război mondial, când epoca explorărilor spaţiale aducea cu

sine o dezvoltare rapidă în domeniul matarialelor noi şi mai ales uşoare. Însă nu acesta a fost

factorul determinant care a generat revizuirea poziţiei asupra folosirii energiei vantului.

Fig.2.5. Turbină americană multipală Fig.2.6. The Brush postmill, Cleveland, folosită în aşezări izolate în special Ohaio, 1888. Prima turbină eoliana pentru a pompa folosită pentru a converti apa energia vântului în electricitate

8

Page 9: Turbina Eoliana Proiect

Criza energetică mondială din anii ‘70 ai secolului trecut a condus la schimbări importante la

nivelul percepţiei oamenilor asupra resurselor energetice şi a modului în care acestea trebuie

folosite. Deşi procesul de schimbare al mentalităţii la nivelul intregii societăţi este unul lent,

cercetări importante au fost realizate începând din acel moment asupra unor noi tehnologii

capabile să exploateze eficient diverse surse de energie cum ar fi cea solară, eoliană, geotermală

etc. Astfel, la începutul secolului XXI, în majoritatea statelor dezvoltate au fost implementate, nu

numai la stadiul de platformă tehnologică de cercetare, dar şi pentru exploatare economică, soluţii

inginereşti ale tehnologiilor dezvoltate în acest sens după marele şoc petrolier.

Fig.2.7. Prima turbină eoliană cu o putere instalată de 1 MW – Smith-Putnam machine instalată în Castleton, Vermont, SUA. După o perioadă scurtă de funcţionare, din cauza solicitărilor mecanice

puternice induse de forţele centrifuge, una din palele turbinei a cedat (dreapta).

Schimbarea de paradigmă a fost inlesnită şi de factorul decizional la nivel politic care a

favorizat direcţionarea de fonduri importante în sensul cercetării şi implementării tehnologiilor de

exploatare eficientă a resurselor de energie neconvenţionale. Astfel, la nivelul Uniunii Europene,

se recomandă ţărilor membre, ca până în anul 2010, să se obţină aproximativ 20% din producţia

de energie electrică din surse regenerabile.

3. Sisteme de conversie a energiei eoliene

Turbina eoliana este o maşina care converteşte energia cinetică a vântului în energie

mecanică. Dacă energia mecanică este ulterior convertită în electricitate, atunci maşina poartă 9

Page 10: Turbina Eoliana Proiect

numele de generator eolian, turbină eoliană sau convertor de energie a vântului. Turbinele de 2

Kw, 3Kw sau 5 Kw reprezintă soluţii pentru o gospodărie cu consum mediu de electricitate.

Combinate cu acumulatori puternici şi/sau panouri fotovoltaice, acestea  pot fi instalate chiar si

pentru asigurarea consumului electric al unor pensiuni turistice.

3.1 Principiu de funcţionare

Energie cineticaVânt

Energia de origine eoliană face parte din energiile regenerabile. Aero-generatorul

utilizează energia cinetică a vântului pentru a antrena arborele rotorului său: aceasta este

transformată în energie mecanică, şi care la rândul ei este transformată în energie electrică de

către generatorul cuplat mecanic la turbina eoliană. Acest cuplaj mecanic se poate face fie direct,

dacă turbina şi generatorul au viteze de acelaşi ordin de mărime, fie se poate realiza prin

intermediul unui multiplicator de viteză. În sfârşit, există mai multe posibilitţi de a utiliza energia

electrică produsă: fie este stocat în acumulatori, fie este distribuit prin intermediul unei reţele

electrice, fie sunt alimentate sarcini izolate. Sistemele eoliene de conversie au şi pierderi. Astfel,

se poate menţiona un randament de ordinul a 59 % pentru rotorul eolienei, 96% al

multiplicatorului. Trebuie luate în considerare, de asemenea, pierderile generatorului şi ale

eventualelor sisteme de conversie.

3.2 Tipuri de instalatii eoliene

Turbinele eoliene se caracterizează în primul rând după poziţia axului turbinei. Astfel, cele

două mari categorii în care se împart turbinele de vânt sunt: turbine cu ax orizontal şi turbine cu

ax vertical.

a) Turbine cu ax vertical

Din grupul generatoarelor cu ax vertical cele mai importante sunt: generatoarele cu rotor

Darrieus(a), Savonius(b), Musgroove(c), Evence(d) (fig.3.2.a).

10

Energie mecanicaRotor

Energie electricaGenerator

StocareAcumulatori

Retea de distributie

Sarcini izolateEx. Sate izolate

Page 11: Turbina Eoliana Proiect

Fig.3.2.a Clasificarea turbinelor eoliene cu ax vertical: Darrieus(a), Savonius(b), Musgroove(c), Evence(d)

Cea mai des întâlnită turbină eoliană cu ax vertical este turbina tip Darrieus,(fig3.2 b)

Fig.3.2.b Turbina eoliană cu ax vertical tip Darrieus 4MW Project Eole amplasată în insulele Magdalen, Quebec, Canada

Aceasta este o turbină inventată în anul 1931 de inginerul francez Georges Jean Marie

Darrieus. Aceasta constă din două, trei sau mai multe pale vertical situate la distanţe egale faţă de

un ax vertical, solidarizate de acesta prin intermediul unor bare rigide. Axul turbine este cuplat la

partea inferioară cu un generator electric. În timp, conceptul a evoluat, din considerente

mecanice abordându-se soluţia curbării palelor turbinei după o curbă de „troposkienţ şi prinderii

extremităţilor acestora direct de ax. În acest caz, palele sunt solicitate numai la întindere,

11

Page 12: Turbina Eoliana Proiect

reducându-se riscul distrugerii turbinei din cauza solicitărilor de încovoiere care se exercită

asupra palelor drepte.

Turbinele eoliene cu ax vertical sunt mai puţin utilizate, deşi prezintă ca principalul avantaj

independenţa poziţiei rotorului faţă de direcţia vântului. Mai mult, turbinele eoliene cu ax

vertical au viteza de operare foarte mică, plasată în jurul valorii de 2.7 m/s, lucru care le-ar face

extrem de fezabile pentru siturile în care frecvenţa simplă de apariţie a vântului pe intervale de

viteză este maximă în zona vânturilor slabe. Cu toate că funcţionează la viteze relativ mici,

turbinele eoliene cu ax vertical tip Darrieus nu pot demara singure, fiind necesară o sursă

suplimentară de energie pentru aducerea acestora în sarcină. Dezavantajul major al agregatelor

eoliene cu ax vertical este legat de faptul că eficienţa acestora este de două ori mai mică decât

aceea a turbinelor de vânt cu ax orizontal, datorită rezistenţei crescute la înaintare pe care palele

o au atunci când se rotesc în vânt. În plus, a fost demonstrat în exploatare faptul că încărcările

asimetrice şi pulsatorii asupra arborelui central pot fi extreme de importante, generând scoaterea

din uz a agregatului după o perioadă relative scurtă de funcţionare.

Cea mai mare turbină eoliană cu ax vertical tip Darrieus a fost construiă în Canada in insulele

Magdalen, având o putere instalată de 4 MW. Aceasta a fost folosită în mod curent pentru a

produce doar 2.5 MW pentru a proteja structura mecanică a turbinei. La ora actuală, aceasta este

scoasă din uz, datorită ineficienţei în operare. Costurile pentru dezafectarea agregatului fiind

extrem de mari, în acest moment turbina reprezintă o atracţie turistică.

Un alt tip de turbină eoliană este cea cu rotor Savonius(fig.3.2.c), în cazul căruia,

funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii diferenţiale. Eforturile exercitate de vânt asupra

fiecăreia din feţele uni corp curbat au intensităţi diferite. Rezultă un cuplu care determină rotirea

ansamblului.

Fig.3.2.c Schema de principiu a rotorului Savonius

12

Page 13: Turbina Eoliana Proiect

Rotorul generatorului Evence (fig.3.2.a) are doua pale cu profil aerodinamic, montate pe

o traversa orizontala, care se sprijina pe turnul vertical al instalatiei. Un avantaj deosebit al

acestei turbine, ca si în cazul rotorului Darrieus, consta în faptul ca reductorul,

electrogeneratorul si alte elemente de transmisie mecanica se monteaza jos la baza instalatiei,

cuplarea rotorului efectuându-se prin prelungirea arborelui principal. Rotoarele acestor motoare

nu trebuie orientate dupa vânt. O varianta originala de turbina cu doua rotoare Evence este

prezentata în fig.3.2.a. La puteri mici instalatia poate fi montata chiar si pe un vehicul.

Motorul Musgroove (fig.3.2.a) are principiul de functionare similar cu cel al motorului

Evence, dar el prevede si posibilitatea suprapunerii palelor pe bârna transversala, altfel spus

scoaterea acestora de sub actiunea vântului în caz de furtuni cu viteze periculoase pentru

instalatie.

În România, a fost de asemenea studiată posibilitatea implementării conceptului de

turbină eoliană cu ax vertical, în localitatea Sfântu Gheorghe din judeţul Tulcea fiind amplasat

un prototip al unei turbine eoliene cu ax vertical cu flux transversal şi concentratori periferici

(fig.3.2.d). La ora actuală turbina este scoasă din uz.

Fig.3.2.d Turbină eoliană cu ax vertical cu flux transversal şi concentratori periferici – Sfântu Gheorghe, Tulcea, România.

b) Turbine cu ax orizontal

Acestea se bazeaza pe principiul morilor de vânt. La momentul actual sunt cele mai diverse

din punct de vedere constructiv şi cele mai raspândite. Motoarele cu ax orizontal, sau altfel

numite motoare cu elice sau cu propelor (fig.3.2.e) pot avea de la una pâna la 24 şi mai multe

pale, calat pe axul unui generator electric şi conectată de acesta prin intermediul unui cuplaj.

13

Page 14: Turbina Eoliana Proiect

Motoarele cu 1-3 pale sunt, de regulă, de viteză înaltă şi dimpotrivă, cele cu mai multe pale

dezvoltă cupluri motoare sporite la viteze de rotaţie mici şi sunt destinate pentru viteze reduse ale

vântului.

Fig.3.2.e Clasificarea turbinelor eoliene: a-o pală, b-doua pale, c-3 pale, d-pale multiple

De obicei, între rotorul turbinei şi generator mai este plasat un multiplicator de turaţie care

asigură operarea în condiţii corecte a generatorului. Ansamblul rotor-generator este poziţionat în

vârful unei construcţii înalte pentru ca turbina să lucreze într-o zonă unde viteza vântului este mai

mare şi pentru a elimina efectele aerodinamice nefevorabile cauzate de plasarea agregatului în

imediata apropiere a solului. Spre deosebire de turbinele eoliene cu ax vertical, cele cu ax

orizontal mai necesită şi un sistem de orientare care să plaseze planul de rotaţie al rotorului

perpendicular pe direcţia vântului.

În fig.3.2.f se prezintă structura internă a unei turbine eoliene.

Fig.3.2.f Structura unei turbine eoliene cu ax orizontal

14

Page 15: Turbina Eoliana Proiect

Elementele componente ale acestei turbine, sunt: nacela (2) - conţine componentele cheie ale

turbinei, incluzând cutia de viteze şi generatorul electric. În faţa nacelei este rotorul turbinei cu

palele (1) şi butucul (9) cuplat la axul principal (8). Cutia de viteze (7) mareşte viteza de rotaţie

de aproximativ 50 de ori faţa de viteza redusă a rotorului cu palete. Instalaţia este echipata cu o

frână mecanică cu disc (6), care poate fi folosită în cazuri de urgenţă, alături de un arbore

secundar(4). Generatorul turbinelor de vânt (5) conectat printr-un ax de mare viteză, converteşte

energia mecanică în energie electrică. El diferă faţă de generatoarele obişnuite, deoarece trebuie

să lucreze cu o sursă de energie primară care furnizează o putere mecanică fluctuantă. Pe scară

largă, la turbinele de 100-500kW, tensiunea generată este de 690V c.a. trifazat, fiind necesar un

transformator ridicător de tensiune de 10 sau 30 kW, pentru a putea fi conectat la reţeaua

naţională de medie tensiune. Turbinele pot fi construite atât cu generatoare sincrone cât şi

asincrone şi cu diferite tipuri de conectare la reţea: direct sau indirect. . Turnul turbinei (3)

susţine nacela şi rotorul. În general este avantajos un turn înalt deoarece vântul e mai puternic. O

turbina de 600kW are turnul de 40-60m.

Palele sau captorul de energie sunt realizate dintr-un amestec de fibră de sticlă şi material

compozite. Ele au rolul de a capta energia vântului şi de a o transfera rotorului turbinei. Profilul

lor este rodul unor studii aerodinamice complexe, de el depinzând randamentul turbine, astfel:

diametrul palelor (sau suprafaţa acoperită de acestea) este în funcţie de puterea dorită; lăţimea

palelor determină cuplul de pornire, care va fi cu atât mai mare cu cât palele sunt mai late;

profilul depinde de cuplul dorit în funcţionare.

Butucul este prevăzut cu un sistem pasiv (aerodinamic), activ (hidraulic) sau mixt (active

stall) care permite orientarea palelor pentru controlul vitezei de rotaţie a turbinei eoliene (priza de

vânt).

• Controlul activ, prin motoare hidraulice, numit şi ţpitch controlţ, asigură modificarea

unghiului de incidenţă a palelor pentru a valorifica la maximum vântul instantaneu şi pentru a

limita puterea în cazul în care vântul depăşeşte viteza nominală. În general, sistemul roteşte

palele în jurul propriilor axe (mişcare de pivotare), cu câteva grade, în funcţie de viteza vântului,

astfel încât palele să fie poziţionate în permanenţă sub un unghi optim în raport cu viteza

vântului, astfel încât să se obţină în orice moment puterea maximă. Sistemul permite limitarea

puterii în cazul unui vânt puternic (la limită, în caz de furtună, trecerea palelor în ‘drapel’).

• Controlul aerodinamic pasiv, numit şi “stall control”. Palele eolienei sunt fixe în raport cu

butucul turbinei. Ele sunt concepute special pentru a permite deblocarea în cazul unui vânt

puternic. Deblocarea este progresivă, până când vântul atinge viteza critică. Acest tip de control

este utilizat de cea mai mare parte a eolienelor, deoarece are avantajul că nu necesită piese

mobile şi sisteme de comandă în rotorul turbinei.

15

Page 16: Turbina Eoliana Proiect

• Ultimul tip de control, vizează utilizarea avantajelor controlului pasiv şi al celui activ,

pentru a controla mai precis conversia în energie electrică. Acest sistem este numit control activ

cu deblocare aerodinamică, sau ţactive stallţ. El este utilizat pentru eolienele de foarte mare

putere.

Arborele primar este arborele rotorului turbinei eoliene. Se mai numeşte arborele lent,

deoarece el se roteşte cu viteze de ordinul a 20 - 40 rot/min. Prin intermediul multiplicatorului, el

transmite mişcarea, arborelui secundar.Acesta antrenează generatorul electric, sincron sau

asincron, ce are una sau două perechi de poli. El este echipat cu o frână mecanică cu disc

(dispozitiv de securitate), care limitează viteza de rotaţie în cazul unui vânt violent. Pot exista şi

alte dispozitive de securitate.

Generatorul electric asigură producerea energiei electrice. Puterea sa atinge 4,5 MW pentru

cele mai mari eoliene. În prezent se desfăşoară cercetări pentru realizarea unor eoliene de putere

mai mare (5 MW). Generatorul poate fi de curent continuu sau de curent alternativ. Datorită

preţului şi randamentului, se utilizează, aproape în totalitate, generatoare de curent alternativ.

Generatoarele de curent alternativ pot fi sincrone sau asincrone, funcţionând la viteză fixă sau

variabilă.

Generatorul sincron:

Generatorul sincron sau maşina sincronă (MS) se poate utiliza în cazul antrenării directe,

respectiv legătura mecanică dintre arborele turbinei eoliene şi cel al generatorului se realizează

direct, fără utilizarea unui multiplicator. În consecinţă, generatorul este conectat la reţea prin

intermediul unui convertor static. Dacă generatorul este cu magneţi permanenţi, el poate

funcţiona în mod autonom, neavând nevoie de excitaţie.

o Cu excitaţie electrică. Bobinele circuitului de excitaţie (situate pe rotor) sunt alimentate în

curent continuu, prin intermediul unui sistem de perii şi inele colectoare fixate pe arborele

generatorului. Alimentarea se poate face prin intermediul unui redresor, ce transformă energia de

curent alternativ a reţelei, în curent continuu. Există însă mai multe metode de realizare a

excitaţiei. Generatoarele sincrone cu excitaţie electric sunt cele mai utilizate în prezent.

o Cu magneţi permanenţi (MSMP). Sursa câmpului de excitaţie o constituie magneţii

permanenţi situaţi pe rotor, fiind astfel independentă de reţea. Acest tip de maşină are tendinţa de

a fi din ce în ce mai utilizată de către constructorii de eoliene, deoarece ea funcţionează autonom,

iar construcţia în ansamblu, este mai simplă.

Generatorul asincron:

Maşina asincronă (MAS) este frecvent utilizată, deoarece ea poate suporta uşoare variaţii de

viteză, ceea ce constituie un avantaj major pentru aplicaţiile eoliene, în cazul cărora viteza

vântului poate evolua rapid, mai ales pe durata rafalelor. Acestea determină solicitări mecanice

16

Page 17: Turbina Eoliana Proiect

importante, care sunt mai reduse în cazul utilizării unui generator asincron, decât în cazul

generatorului sincron, care funcţionează în mod normal, la viteză fixă. Maşina asincronă este însă

puţin utilizată pentru eoliene izolate, deoarece necesită baterii de condensatoare care să asigure

energia reactivă necesară magnetizării.

o Cu rotor bobinat. Înfăşurările rotorice, conectate în stea, sunt legate la un sistem de inele şi

perii ce asigură accesul la înfăşurări, pentru conectarea unui convertor static în cazul comenzii

prin rotor (maşina asincronă dublu alimentată - MADA).

o În scurt-circuit. Rotorul este construit din bare ce sunt scurtcircuitate la capete prin

intermediul unor inele. Înfăşurările rotorice nu sunt accesibile.

Cutia de viteze permite transformarea puterii mecanice, caracterizată de cuplu mare şi viteză

mică specifică turbinei eoliene, în putere de viteză mai ridicată, dar cuplu mai mic. Aceasta

deoarece viteza turbinei eoliene este prea mică, iar cuplul prea mare, pentru a fi aplicate direct

generatorului. Multiplicatorul asigură conexiunea între arborele primar (al turbinei eoliene) şi

arborele secundar (al generatorului). Există mai multe tipuri de multiplicatoare, cum ar fi:

• Multiplicatorul cu una sau mai multe trepte de roţi dinţate, care permite transformarea

mişcării mecanice de la 19-30 rot/min la 1500 rot/min. Axele de rotaţie ale roţilor dinţate sunt

fixe în raport cu carcasa.

• Multiplicatorul cu sistem planetar, care permite obţinerea unor rapoarte de transmisie mari,

într-un volum mic. În cazul acestora, axele roţilor numite sateliţi nu sunt fixe faţă de carcasă, ci

se rotesc faţă de celelalte roţi.

Există şi posibilitatea antrenării directe a generatorului, fără utilizarea unui multiplicator.

Pilonul este, în general, un tub de oţel şi un turn metalic. El susţine turbina eoliană şi nacela.

Alegerea înălţimii este importantă, deoarece trebuie realizat un bun compromis între preţul de

construcţie şi expunerea dorită la vânt. În consecinţă, odată cu creşterea înălţimii, creşte viteza

vântului, dar şi preţul. În general, înălţimea pilonului este puţin mai mare decât diametrul palelor.

Înălţimea eolienelor este cuprinsă între 40 şi 80 de metri. Prin interiorul pilonului trec cablurile

care asigură conectarea la reţeaua electrică.

Sistemul de orientare a nacelei este constituit dintr-o coroanş dinţată (cremalieră) echipată

cu un motor. El asigură orientare eolienei şi "blocarea" acesteia pe axa vântului, cu ajutorul unei

frâne. Exista mai multe sisteme de orientare după vânt (fig.3.2.g) : a - cu stabilizator, b - cu

vendroza, c - cu servomotor, d - cu autoorientare (în spatele turnului).

17

Page 18: Turbina Eoliana Proiect

Fig.3.2.g Sistem de orientare dupa vânt

Dispozitivele de măsurare a vântului sunt de două tipuri: o giruetă pentru evaluarea

direcţiei şi un anemometru pentru măsurarea vitezei. Informaţiile sunt transmise sistemului

numeric de comandă, care realizează reglajele în mod automat.

Dimensiunile gigantice ale turbinelor eoliene le fac vizibile pe o arie largă, modificând

aspectul peisajului în zona unde acestea sunt amplasate. Acest lucru poate reprezenta un

inconvenient din punct de vedere arhitectural şi peisagistic, cauzând nemulţuiri în rândul

comunităţilor unde aceste agregate sunt instalate. În fig.3.2.h este prezentată o turbină eoliană

modernă cu ax orizontal, tripală.

Fig.3.2.h Turbină eoliană cu ax orizontal modernă tripală.

Graniţa dintre Austria şi Ungaria.

Costurile specifice de investiţie ar putea fi diminuate dacă dimensiunile turbinei ar putea fi

micşorate, obţinând totuşi o aceeaşi putere la arborele generatorului sau dacă, pentru un acelaşi

agregat eolian, s-ar putea mări puterea instalată. Acest lucru se poate face, pentru ambele cazuri,

prin carcasarea rotorului, construind astfel, un dispozitiv care are efect de concentrare al energiei

vântului şi de creştere a vitezei medii în secţiunea rotorului turbine. Un alt avantaj al carcasării 18

Page 19: Turbina Eoliana Proiect

turbinelor eoliene este reprezentat de faptul că acestea sunt mult mai puţin sensibile la

schimbarea direcţiei vântului, tocmai din cauza prezenţei concentratorului de energie. Acest lucru

duce la o simplificare a mecanismului de orientare şi la o eficienţă crescută în operare, prin

scăderea drastică a timpului în care turbina nu mai lucrează într-un domeniu optim din cauză că

nu se găseste într-o poziţie astfel încât direcţia curentului de fluid să fie perpendiculară pe planul

de rotaţie al rotorului.

Deşi ideea carcasării turbinelor de vânt nu este nouă, considerente practice au împiedicat

punerea ei în aplicare la scară industrială. În anii `80 ai secolului trecut au fost încercate baterii

de turbine carcasate în diverse laboratoare din lume printre care şi la Laboratorul de

Aerodinamică şi Ingineria Vântului din cadrul Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti.

Deşi rezultatele păreau promiţătoare, lucrările de cercetare au fost stopate. Starea de fapt a

continuat până în anul 1997 când, o data cu semnarea protocolului de la Kyoto, care urma să intre

în vigoare în februarie 2006, lucrurile s-au precipitat. Aceasta direcţie de cercetare a fost din nou

finanţată şi rezultatele, deşi nu foarte multe, au început deja să apară. La ora actuală, diverse

proiecte de cercetare în acest sens se desfaşoară în mai multe ţări, rezultate notabile observându-

se mai ales în Japonia, dar şi în Europa şi America.

La Ashikaga Institute of Technology din Japonia, în colaborare cu Fujin Corporation, a

aparut unul din proiectele cele mai promiţătoare la ora actuală de turbină eoliana cu rotor carcasat

– Fujin Style Ducted Wind Turbine (Fig.3.2.i). În limba japoneză, Fujin inseamna Zeul Vantului.

Acest concept a fost prezentat la EWEC 2007 (European Wind Energy Conference & Exhibition)

şi se doreşte a fi folosit în special în spaţiile urbane şi în ţările în curs de dezvoltare, datorită

costurilor minime pe care instalarea acestui agregat le implică.

19

Page 20: Turbina Eoliana Proiect

Fig.3.2.i Turbina eoliană cu ax orizontal cu rotor carcasat tip Fujin (Zeul Vantului). O singură turbină (stânga) şi baterie de turbine (dreapta)

În anul 2002, Illinois Institute of Technology din Chicago, Illinois, în colaborare cu

TurbodynamiX, o companie din S.U.A., subsidiară a companiei franceze CITA, au întreprins

lucrări de cercetare, proiectare şi execuţie în cadrul proiectului IPRO 307, care urmărea

construcţia unei turbine eoliene cu rotor carcasat care să stea la baza unui sistem integrat de

captare a energiei din vânt în zona orasului Chicago (Fig.3.2.j). Ţinta care s-a dorit sa fie atinsă

atunci când a fost demarat proiectul a fost obţinerea unui cost cât mai mic pe unitatea de energie,

în condiţiile în care partea de centru-vest a S.U.A. şi-a câştigat renumele de a fi o Arabie Saudită

a vântului. Acest lucru a impus alegerea soluţiei de carcasare a rotorului. Deşi rezultatele au fost

încurajatoare, înca nu s-a trecut la o implementare la scară largă a proiectului.

20

Page 21: Turbina Eoliana Proiect

Fig.3.2.j Turbina eoliană cu ax orizontal cu rotor carcasat IPRO 307 amplasată în spaţiul urban din apropierea Field Museum din Chicago, Illinois (stânga) şi detaliu al rotorului

turbinei (dreapta).

În Scoţia, la University of Strathclyde, a fost dezvoltată în anul 2002, folosind un patent din

1979, un modul de turbină eoliană carcasată care să fie inclus în structura unei cladiri (Fig.3.2.k).

Funcţionarea acestuia este posibilă datorită diferenţelor mari de presiune care pot aparea între

două feţe ale unei clădiri. Pe lângă posibilitatea de a capta energia eoliană, acest model este

echipat şi cu un panou fotovoltaic fix. Modelul a fost amplasat şi functionează cu succes în

clădirea Lighthouse Building din Glasgow. Acest concept a fost extins şi deja la ora actuală

există noi idei de integrare a turbinelor carcasate de mare capacitate (3 x 250 kW) în spaţiul

urban (Fig.3.2.k), într-un proiect de cercetare care cuprinde mai multe universităţi, institute de

cercetare şi agenţi economici din Europa.

Fig.3.2.k Modelul turbinei eoliene carcasate inclusă în structura clădiriiLighthouse Building din Glasgow, Scoţia (stânga) şi un concept arhitectonic

inovator – turnuri gemene legate între ele cu ajutorul a trei rotoare carcasate deturbine eoliene cu diametrul de 35 m şi o putere de 250 kW (dreapta).

21

Page 22: Turbina Eoliana Proiect

4. Turbina eoliană Tesnic- un concept nou, revoluţionar

Fig. 4.1. Turbina eoliană Tesnic

Turbina TESNIC este o turbină cu axă verticală (VAWT), definită de un rotor asamblat

având mai mult de 200 discuri îngrămadite unul deasupra celuilalt cu un spaţiu liber îngust între

ele (aprox. 2 mm).

Turbina Tesnic este realizată de Horia Nica, un roman care a preluat unele din ideile lui

Nikola Tesla şi le-a îmbunătăţit la această turbină. Turbina eoliană dezvoltată şi brevetată de

către TESNIC se bazează pe aceleaşi principii ca şi turbina Tesla.

Turbina Tesla este o turbină de abur fără lame realizată în 1913 de către genialul Nikola

Tesla. În loc să folosească lame şi frecare, turbina Tesla foloseşte discuri paralele apropiate,

având distanţe mici între ele, discuri care sunt aranjate în timpul rotaţiei de către aderenţa

fluidului pe suprafaţa discurilor, fluide care au fost abur şi ulei în cazul experimentelor lui Tesla.

La modelul Tesla discurile au fost închise într-o cutie în formă de cochilie, iar fluidul a fost

proiectat cu presiune foarte mare tangenţial pe discuri. Turbina Tesla este recunoscută pentru

eficienţa şi robusteţea ei, însă, nu a putut sa o construiască aşa cum ar fi vrut pentru că metalele pe

care le-a avut la dispoziţie atunci nu puteau fi modelate ca să aibă grosimea şi calitatea potrivită.

22

Page 23: Turbina Eoliana Proiect

Fig. 4.2 Turbina Tesla

4.1 Părţi componente

Elementul central al turbinei este rotorul acesteia (cu cele peste 200 de discuri asamblate),

care include de asemenea pe circumferinţa discurilor stivuite o mulţime de lamele ca aripa de

avion, îngrămădite astfel încât să dirijeze curentul de aer în mod tangenţial către suprafaţa

discurilor (fig 4.3).

Fig 4.3 Rotorul turbinei

În jurul rotorului există asamblat un stator (fig. 4.4) (miez statoric, pachet de tole) jucând

rolul de a spori captarea de vânt şi de a neutraliza turbulenţele din rotor. Aranjamentul aripilor

(braţelor) statorului şi paletelor rotorului este în aşa fel încât să redirecţioneze vântul în mod

23

Page 24: Turbina Eoliana Proiect

tangenţial către discurile astfel asamblate indiferent de direcţia vântului. Dispunerea lamelelor

statorului previne de asemenea întreruperea rotirii prin protejarea rotorului de turbulenţe sau de

orice schimbări de direcţie a vantului.

Fig.4.4 Statorul turbine Tesnic

4.2 Modul de funcţionare

Turbina TESNIC extrage energia vântului prin mai multe moduri. În primul rând energia

vantului este extrasă din modul de ridicare standard şi prin tragerea lamelelor din circumferinţa

rotorului. Apoi debitul de aer intră în spaţiile libere dintre discuri unde, ca şi în cazul turbinei

Tesla, el aderă de suprafaţa discurilor care vor contribui în mod semnificativ la rotirea rotorului.

Acest fel nou de extragere a puterii vântului prin aderare, în plus faţă de extragerea prin tragere şi

ridicare, permite turbinei TESNIC să atingă o foarte înaltă eficienţă.

Turbina TESNIC este capabilă să funcţioneze cu aceeaşi eficienţă în turbulenţe deoarece

dispunerea aripilor(braţelor) apără rotorul de la orice turbulenţă. În plus, dispunerea aripilor

ascunde rotorul astfel încât părţile turbinei care se mişcă sunt abia vizibile de la nivelul solului.

Prin urmare, turbina TESNIC este în mod estetic în armonie cu suprafeţele înconjurătoare, fiind

de aceea urbană şi rurală, rezidenţială şi comercială. Turbina TESNIC este foarte uşoară fiind

potrivită pentru montarea pe acoperiş. De exemplu o turbină TESNIC de 3,6kw cântăreşte mai

puţin de150 kg.

24

Page 25: Turbina Eoliana Proiect

Specificaţii tehnice (tabelul 2)

Puterea nominală

Viteza vântului

Viteza minimă a vântului

Viteza maximă a vântului

Eficienţa turbinei

Puterea totală

Puterea reală

4 kW

14 m/s

2m/s

67m/s

50%

8 kw

4 kw

Diametrul rotorului

Înălţimea rotorului

Diametrul statorului

Înăltimea turbinei incluzând picioarele

Diametrele carcasei superioare/inferioare

Suprafaţă de contact

Greutatea totală( cu generator)

1m

2.8 m

1.7 m

4 m

2.8 m

4.76 m2

170 kgGeneratorul

Convertorul de energie

Magneţi permanenţi AFPM

48 V CC

120/220 CASistemul de frânare Primar: automat, electromagnetic

Secundar: disc de franare manualaGaranţie 10 ani

25

Page 26: Turbina Eoliana Proiect

4.3 Model matematic de calcul al puterii turbinei.

Viteza vântului = 14 m/s

Densitatea aerului = 1.225 kg/m3

Puterea vântului se poate determina plecând de la energia cinetică a unui current de aer cu viteză

constantă:

E = m * v2 / 2, unde m reprezintă masa de aer care trece prin suprafaţa unui captator eolian într-

un interval t.

m = ρ * S* v* t= q*t , unde

q= ρ*S*v este debitul masic de aer prin suprafaţa captatorului.

Puterea curentului de aer se obţine divizând cu t energia vântului, obţinând

relaţia:

P= ρ*S*v3/ 2= q*v2/ 2

Dacă S=1 m2 , ştiind că ρ=1.225 kg/m3, rezultă o relaţie de calcul rapid a puterii:

P = 0.5*1.225 *(v/10)3 kw/m3.

Aşadar, pentru o suprafaţă S= 4.76 m2 şi o viteză a vântului v= 14 m/s,

P= 0.5 *1.225* 4.76 * (14/ 10)3 = 8,00 kw

Formula de calcul pentru puterea reală a turbinei se calculează, înmulţind puterea totală cu

eficienţa. Aşadar,

P real = 8* 50/100 = 4,00 kw

26

Page 27: Turbina Eoliana Proiect

4.4 Model comparativ Tesnic vs. Darrieus.

S-a obţinut o turbină Darrieus din turbina Tesnic, eliminând din aceasta discurile

rotorului si lăsând doar palele (fig. 4.5). Aceasta a fost testată apoi comparativ cu turbina Tesnic.

Fig.4.5 Turbină Darrieus

Turbina Darrieus, cu profil puternic de folosire a curentului de aer prin ridicare, a fost introdusă într-un test comparativ cu turbina Tesnic, utilizând o încăpere cu un curent de aer generat de o aerotermă cu 3 nivele de viteză. Testul a relevat faptul că turbina Darrieus nu porneşte de la curentul de aer cel mai mic produs de prima viteză a aerotermei. Ea porneşte la viteza a doua, stabilizându-se la 42 rotaţii/minut. La viteza a treia a aerotermei turbina Darrieus se stabilizează la o viteză de 70 rotaţii/minut. Dupa aceea aeroterma este adusă din nou la viteza 1 şi turbina Darrieus se stabilizează la 21rotaţii/minut.

Turbina Tesnic supusă la aceleaşi teste porneşte de la prima viteză a aerotermei stabilindu-se la 70 rotaţii/minut, rotaţii obţinute de turbina Darrieus la viteza a treia a aerotermei!

La viteza a doua a aerotermei turbina Tesnic se stabilizează la 82 rotaţii/minut. Deja la viteza a treia turbina Tesnic se stabilizează la 105 rotaţii/minut. Curentul aerotermei este cumva asemănător cu adierile de vânt cele mai uşoare şi arată posibilitatea turbinei Tesnic de a folosi curenţii de aer cei mai slabi, curenţi de aer care sunt prezenţi şi în zonele locuite.

Un alt test este realizat cu turbina Tesnic în tunelul de vânt unde este supusă la o viteză a vântului de 15,2 m/s. La această viteză a vântului turbina se stabilizează la mai mult de 400 rotatii/minut. Aşadar, aceasta se comporta foarte bine în condiţii de vânt puternic, fiind foarte

27

Page 28: Turbina Eoliana Proiect

stabilă, nesesizându-se nici un alt zgomot sau vibraţie produsă de turbină în afară de cele produse de curentul de aer.

Comparând turbinele eoliene clasice(fig. 4.6) se poate observa că Turbina Tesnic prezintă cele mai multe avantaje. Astfel turbinele clasice cu palete orizontale prezintă un model estetic inconvenabil pentru folosirea lor în mediul urban, fiind foarte mari, având eficienţă relativ mică, operează la vânturi doar dintr-o direcţie (necesită schimbarea axului în cazul în care direcţia vântului se schimbă) şi având riscuri la vânturi puternice. Turbinele axiale verticale Darrieus şi Savonius cu toate că pot opera la vânturi din orice direcţie, prezintă însă risc la vânturi puternice şi sunt mai puţin eficiente decât turbina Tesnic.

Fig.4.6 Grafic comparativ Dariieus-Tesnic

Se pare că în urma testelor făcute în diferite condiţii turbina Tesnic a reuşit să demonstreze faptul că este cea mai performantă turbină eoliană la acest moment întrecând în randament chiar turbinele Darrieus şi Savonius, unele din cele mai reuşite şi eficiente turbine eoliene până în acest moment.

5. Concluzii

Energia eoliană, în contextul micşorării tot mai accelerate a resurselor convenţionale de energie, dublată de cererea din ce în ce mai mare pentru energie, reprezintă o soluţie viabilă pentru compensarea acestui deficit.

28

Page 29: Turbina Eoliana Proiect

La ora actuală, tehnologia pentru producerea şi implementarea soluţiilor eoliene este una matură dar în acelaşi timp departe de a-şi fi atins limitele. Acestea au fost stabilite în anul 1926 de fizicianul german Albert Betz care a demonstrat că randamentul maxim al unei turbine eoliene este de până la 59.3%. Turbinele de vânt actuale au o eficienţă maximă situată în jurul valorii de 45%.

Aşadar, cercetătorii şi inventatorii analizează continuu actualele date, corectându-le şi perfecţionându-le, în încercarea de a găsi soluţii viabile şi cât mai performante pentru valorificarea energiei vântului.

29

Page 30: Turbina Eoliana Proiect

Bibliografie:

http://www.youtube.com/watch?v=98aCW1aTGu8&feature=player_embedded#!

http://www.youtube.com/watch?v=IdadfFnCgWM&feature=player_embedded

1. “Studiul adaptabilităţii turbinelor eoliene de mică putere la condiţiile climatice din

România” – Ionela Negrea

2. “Meteorologie şi climatologie” – Iuliana Lazăr

3. www.energie-eoliana.com

4. www.tocilar.ro ( studiul proiectării unei instalaţii eoliene)

5. www.tesnic.com

30