8/7/2019 Energia eolian proiect tot
1/12
1
Energia eolian- rezult din deplasarea maselor de aer determinate de diferenele de
presiune ntre diferite zone datorate inclzirii inegale, neregularitii scoartei terestre, rotaiei
pmntului.
Vnturile sunt n general inconstante ca intensitate si durat. Se cunosc si vinturi cu
caracter periodic sau permanent (brize, musoni, alizee)
Morile de vnt se foloseau n secolul al VI lea n Persia ( actualul Iran). Spre
deosebire de tipul care mai trziu a devenit rspndit n vest, aceste mori de vnt aveauun ax
vertical cu vele care se roteau pe suporturi orizontale. Pietrele de moara de la captul inferior
al axului mcinau cerealele pentru a obine fina. Prima menionare a unei mori de vnt n
Europa se refer la cea din Bury St Edmunds din Suffolk, Anglia.
Primele mori de vnt din Europa erau de tipul moar stlp. Velele se roteau pe un plan
aproape vertical, iar corpul morii de vnt era montat pe un stlp central. O prghie lung,
numit manet de ntoarcere, se prelungea n spate. Cnd direcia vntului se schimba,
morarul apsa pe maneta de ntoarcere pentru a roti din nou moara cu faa spre vnt.
Cu timpul, morarii ingenioi au gsit ci de a folosi moara i n alte scopuri, precum
ridicarea sacilor de cereale. Olandezii au nceput s foloseasc morile de vnt pentru a drena
apa de pe cmp. Un sistem consta dintr-o moar de vnt ce aciona un mecanism asemntor
Multe ruri au un flux de ap destul deeficient i continuu pentru a aciona turbine i agenera electricitate. Vntul, valurile, i mareeleconin i ele energie, dar valorificarea ei este mai
greoaie.
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
2/12
2
cu o roat de ap, care scotea apa. Pri cipalul dezavantaj al morilor de vnt este c, spre
deosebire de roile de ap, ele nu pot fi folosite dac este necesar energia continu; daca
vntulnceteaz, se oprete i mecanismul.
Generaliti: (aspecte istorice)
Instalaiile eoliene pot avea o contribuie major la folosirea energiei regenerabile.
Criza petrolului din 1970 a stimulat puternic n Europa dezvoltarea i producia comercial a
turbinelor eoliene pentru generarea energiei electrice. Dezvoltarea utilizrii energiei eoliene
s-a mbuntit continuu i, n ultima decad, energia electric produs din cea eolian a
cunoscut o dezvoltare considerabil. Turbinele au devenit mai mari, avnd o eficien i
disponibilitate mbuntite, iar parcurile eoliene au devenit maiimportante.
Consumul mondial de electricitate continu s creasc. Numeroase guverne europene
i-au propus obiective privind reducerea emisiei de dioxid de carbon n scopul scderii
nclzirii globale. Opinia, larg acceptat, este c aceste obiective vor fi realizate, pe de o
parte, folosind stimulente pentru economia de energie i, pe de alt parte, prin exploatarea pe
scar larg a energiei regenerabile.
Utilizarea instalaiilor eoliene reprezint o serioas opiune pentru realizarea acestor
obiective. Cteva ri europene au planuri impresionante privind instalarea unui mare numr
de generatoare eoliene n viitor. Cteva guverne sprijin aceste aciuni cu ajutorul unortaxe i
stimulente. Nord-vestul Europei , cu rmuri vntoase i o reeua electric ramificat i
puternic ofer posibilitiinteresante pentru investiii i dezvoltare a parcurilor eoliene.
Principiu de baz
Turbinele eoliene extrag energia vntului transfernd energia aerului care trece prin
rotorulturbinei ctre palele rotrului. Palele rotorului au profil de arip, aa cum este prezentat
n seciunea transversal din Figura 1. Planul de rotaie al rotorului este controlat astfel ca s
fie perpendicular pe direcia vntului. Fluxul de aer rezultant pe pala rotorului (adic vectorul
sum al vitezei vntului cu viteza local a rotorului) produce o diferen de presiune ntre
partea palei expus vntului i cea opus. (Aerul ce se scurge peste partea opus vntului
circul la o vitez mai mare i, deci, la o densitate i presiune mai mici). Aceast diferen de
presiune produce o for de mpingere perpendicular pe rezultant fluxului de aer. O
component a acestei fore produce un moment mecanic de rotaie care rotete rotorul i axul.
Puterea la nivelul axului poate fi utilizat n mai multe moduri. Sute de ani ea a fost folosit
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
3/12
3
pentru mcinatul grului sau pomparea apei, astzi instalaiile mari moderne, cu generatoare
integrate, o convertesc n energie electric.
Figura 1 Seciune trasversal a unei pale a rotorului indicnd vitezele i direciile
Planul de rotaie al rotorului este controlat astfel ca s fie perpendicular pe direcia
vntului. Fluxul de aer rezultant pe pala rotorului (adic vectorul sum al vitezei vntului cu
viteza local a rotorului) produce o diferen de presiune ntre partea palei expus vntului i
cea opus. (Aerul ce se scurge peste partea opus vntului circul la o vitez mai mare i,
deci, la o densitate i presiune mai mici). Aceast diferen de presiune produce o for de
mpingere perpendicular pe rezultant fluxului de aer. O component a acestei fore produce
un moment mecanic de rotaie care rotete rotorul i axul. Puterea la nivelul axului poate fi
utilizat n mai multe moduri. Sute de ani ea a fost folosit pentru mcinatul grului sau pomparea apei, astzi instalaiile mari moderne, cu generatoare integrate, o convertesc n
energie electric.
Ratele de putere i de eficienMasa n micare are o anumit energie. Aceast energie variaz n funcie de produsul
masei i ptratul vitezei.
Raportat la timp, acesta reprezint putere. Energia cinetic pe secund este:
unde:
Peste puterea (Nm/s sau W);
viteza de rotaie a rotorului
direcia de rotaie arotorului
direcia vntului
viteza vntului viteza remanent a vntului
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
4/12
4
meste masa pe secund - debitul masic (kg/s);
veste viteza vntului (m/s).
Aceast lege fizic este de asemenea aplicabil aerului n micare. Masa aerului care trece
prin rotor este considerat a fi un cilindru. Volumul cilindrului este dependent de aria
suprafeei rotorului i de viteza vntului, adic lungimea cilindrului care trece prin rotor n
unitatea de timp.
Aria masei de aer ce trece prin rotorulturbineintr-o secund este:
m= Av
unde:
este densitatea aerului (kg/);
A este aria suprafeei rotorului ();
veste viteza vntului (m/s).Aceasta conduce la o important caracteristic: energia rezultat depinde de viteza
vntuluila puterea a treia.
Ca exemplu, la viteza vntului de 6 m/s energia este de 132 W/. Atunci cnd
vntul bate cu viteza de 12 m/s energia crete la 1053 W/. Dublarea vitezei vntului
conduce la multiplicare cu opt a puterii.
Nu poate fi convertit n energie util toat energia vntului de la axul rortorului.
Folosind principii fizice, se poate arta c eficiena teoretic maxim a puterii vntului este
limitat la cca 59 %. Aceast limit este, de asemenea, numit coeficient de putere sau
valoarea Cp. n consecin, ecuaia de mai sus devine:
unde
Cpeste coeficientul mecanic de putere (la axullent).
(Cp la ax lent este definit ca eficiena conversiei energiei de la puterea vntului
(neperturbat) la cea mecanic de rotaie n raport cu axul principal al turbinei, care este
amplasatn aval fa de rotor inaintea cutiei de viteze. Viteza de rotaie a axului este egal
cu cea a rotorului turbinei i, din aceast cauz se refer la ax lent. C p poate fi, de
asemenea, definit dup cutia de
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
5/12
5
viteze, la axul de vitez mare al generatorului, numit ax rapid sau la ieirea
transformatorului, Cpdin reea).
Puterea electric net la ieirea uneiturbine, , care ine seama de eficienele mecanic i
electric este dat de:
unde:
este rata eficienei electrice (a energiei electrice) (%).
Astzi, turbinele mari moderne sunt capabile s realizeze o eficien net total, Ce, de 42 %
la 46 % n raport cu energia vntului neperturbatntr-un tub cu seciune circular a crui arie
transversal este egal cu aria brut a rotorului.
Starea actual a energiei eoliene: (aspectele geografice)
Producerea de turbine eoliene comerciale a nceput n anii 1980, cu Danemarca,
leader n aceast tehnologie. De la uniti de 40-60 kW cu diametrul rotorului de cca 10 m,
turbinele eoliene au crescutn putere pn la peste 5 MW i diametru al rotorului de mai mult
de 120 m.
mbuntirea continu a crescut abilitatea turbinei de a capta tot mai mult energia de
la vnt. Rezultatul a fost c utilizarea energiei eoliene a crescut rapid n Europa. n
Danemarca, de exemplu, numrul persoanelor implicate direct sau indirect n industria
turbinelor eoliene a crescut de la cca 2900 n 1991 la 21000 n 2002.
Estimri bazate pe scenariul Wind Force 12 arat c numrul persoanelor angajate n
domeniu, n Europa va ajunge la 200000 n 2020. Alte date despre energia eolian n lume i
n Europa:
pn la sfritul anului 2005 puterea instalat a atins 60 000 MW;
n ultimii ani, creterea global anual a fost de aproximativ 25 %. n cursul anului
2004 a fost de 7500
MW in 2005 a fost de 11600 MWcea mai mare parte, 60 - 70 %, din puterea total a fost instalat n Europa, 5800
MW n anul 2004 i 6200
MW n 2005.
se estimeaz c n anul 2006 se vorinstala, n lume, 15000 MW.
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
6/12
6
n afara Europei, cele mai multe instalaii eoliene sunt n SUA, cu China i India
aflate n plin
expansiune.
instalaiile eoliene s-au dezvoltat consistentn Europa, cu o capacitate multiplicat
de 27 de orin decada
1992-2002.
rile dezvoltate n acest domeniu sunt Germania, Spania, Danemarca i Olanda,
care au 84 % din totalul
puteriiinstalate. Noile piee includ Austria, Italia, Portugalia, Suedia iMarea Britanie. Cele
zece noi state
membre care au aderat la UE n mai 2004 au adoptat, de asemenea, obiective privind
energiile regenerabile.
n anul trecut, n Germania, rulajul de capital n industria eolian a fost de 4,2
bilioane EUR
Figura 3 Harta Europei cu puterea [MW] din instalaiile eoliene ale membrilor UE.
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
7/12
7
Tendine
n ultimii ani trei tendine majore au fost puse n eviden cu referire la aspectele
economice itehnologice ale conectriila reea a instalaiilor eoliene:
Turbinele au devenit mai mari i mai nalte
Puterea medie a turbinelor instalate n Germania i Danemarca a crescut de la
aproximativ 200 kW n 1990 la aproape 1,5 MW n cursul anului 2002. A crescut numrul
turbinelor mari, din gama 1,5 2,5 MW, care, practic, i-au dublat proporia pe piaa global
de la 16,9 % n 2001 la 35,2 % n 2003.
Eficiena turbinei a crescut
Folosirea unor instalaii eoliene mai nalte, a unor componente mbuntite i o mai
bun amplasare a condus la creterea eficienei cu 2-3 % anualn ultimii 15 ani. n plus, fa
de tendinele menionate, mai trebuie menionat faptul c parcurile eoliene off-shore aucrescutn dimensiuni i numr. La nceput, turbinele off-shore au fost variante ajustate ale
tehnologiei folosite pe uscat, completate cu o protecie la apa marin srat. Generaia actual
include modificri substaniale ca, de exemplu, o vitez periferic a rotorului mai mare i
echipamentnglobat pentru lucrri de mentenan. Turbinele trebuie s fie poziionate fix pe
fundul mrii, pe baza unui proiect exact. Trebuie s se instaleze muli kilometri de cabluri
care conecteaz turbinele ntre ele intregul ansamblu la reea. Pentru a asigura o fiabilitate
ridicat turbinelor, este necesar s fie efectuat mentenana efectiv a turbinelor. Pentru
aceaste este nevoie de vase care s transporte echipa de ntreinere la platformele turbinelorn
condiii extreme de vreme.
La sfritul anului 2003, cca 600 MW au fost instalai n parcuri eoliene off-shore
construite n apele de coast din jurul Europei din Danemarca, Suedia, Olanda i Marea
Britanie.
Beneficii mondiale ale energiei eoliene: (consecinte sociale)
Unele dintre multele beneficii asociate energiei eoliene:
- Cresterea economica si crearea de locuri de munca. In 2008, valoarea de turbine
eoliene instalate in Europa a fost de 11 miliarde de euro. In 2020, piata anuala de energi
eoliana in UE este de asteptat sa ajunga la 17 miliarde de euro. Aproximativ 160.000 de
persoane din UE erau incadrate in forta de munca a energiei eoliene in 2008. Industria eoliana
ar putea crea pana la 368,000 de locuri de munca noiin UE in intervalul 2000 2020.
- Curatarea mediului. In Europa 65 gigawati (GW) de energie eoliana instalati pana la
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
8/12
8
sfarsitul anului 2008 vor evita anual 108 milioane de tone de CO - echivalentul a peste 50
de milioane de automobile de pe sosele. Acest lucru se traduce intr-o crestere anuala de
evitare de eliberare in atmosfera de CO cu un cost de aproximativ 2,4 miliarde de euro.
- Independenta energetica. Europa importa acum mai mult de jumatate din energie, o
cifra care este de asteptat sa urce la 70% in urmatorii 20 pana la 30 de ani. Capacitate
industriei eoliene Europene instalate de 65 GW este suficienta pentru a oferi putere pentru
echivalentul a 35 milioane de gospodarii media UE. Energia eoliana a permis natiunilor din
UE sa evite plata costurilor de combustibil de 5,4 miliarde de euro anultrecut.
Avantaje ale energiei eoliene
Dintre toate sursele alternative de energie , energia eoliana inregistreaza la ora actual
cea mai semnificativa crestere. Energia eoliana este o sursa de energie regenerabila generata
din puterea vantului. Desi este inca o sursa minora de energie electrica pentru majoritatea
tarilor , productia energiei eoliene a crescut practic de 5 ori intre 1999 si 2006 si astfel
ajungandu-se ca in unele tari ponderea energiei eoliene in consumultotal de energie sa fie
din ce in ce mai semnificativ.
Dar cea mai importanta caracteristica a energiei eoliene este ca aceasta reduce poluare
mediuluiinconjurator cu o cantitate de peste 8 tone CO2(dioxid de carbon) anual.
Principalele avantaje ale energiei eoliene sunt urmatoarele:
-emisia zero de substante poluante si gaze cu efect de sera datorita faptului ca nu se ard
combustibili;
-nu se produc deseuri;
-costuri reduse pe unitatea de energie produsa, s-a ajuns ca in unele tari energia eoliana
sa coste mai putin decat cea rezultata din energia generata din combustibili;
-costuri reduse de scoatere din functiune , costurile sunt minime acestea putand fi
integral reciclate.
In prezent Romania detine doar3
7 de eoliene dar se preconizeaza ca in viitor productiade centrale eoliene pe teritoriul Romaniei sa creasca semnificativ. Probabil cele mai bune
locatii pentru centralele eoliene vor fi in Dobrogea unde puterea vantului are o valoare mai
semnificativa.
In concluzie nu ne mai ramane decat sa sustinem proiectele de dezvoltare a centralelor
eoliene si sa privim cu incredere in viitor.
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
9/12
9
Tehnologi ineloreoliene
Tehnologie
Figura 4 S
ciune n turbinaeolian
Tehnologia turbinelor eoliene modern s-a dezvoltat rapid n ultimele dou decade.
Principiul de baz al turbine eoliene a rmas aproape neschimbat iconst din dou procese
de conversie realizate de componentele principale:
rotorul care extrage energia cinetic a vntului i o convertete n cuplugenerator;
generatorul care convertete acest cuplu n energie electric i o livreaz reelei.
Dei pare simpl, o turbin eolian este un sistem complex n care se fructific cunotin
din domeniul aerodinamicii, mcanicii, electrotehnicii i automaticii.
Rotor i le
O turbin eolian modern are dou, de preferin trei, pale sau aripi. Palele sun
realizate din poliester ntrit cu fibre din sticl sau carbon. Din motive comerciale, palele a
lungimi de la 1 m la 100 m i chiar mai mult. Palele sunt montate pe o structur din oel
numit butuc. Aa cum s-a menionat, anumite pale sunt ajustabile prin controlul unghiului
de nclinare ( pitch control ).
Rulmentul principal
Cutie de viteze
generator
Girueta si anemometru
Intrerupator
principal
Dulap decontrol/comanda
Motor de directionare
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
10/12
10
Nacel
Nacela poate fi considerat camera mainilor pentru turbin. Acest spaiu este realizat
astfel nct s se poat roti pe turnul (din oel) ca s permit orientarea rotorului
perpendicular pe direcia vntului. Aceasta se realizeaz de ctre un sistem de control
automat legat la girueta care se afl pe nacel.
Camera manilor este accesibil din turn i conine toate componentele principale cum
sunt arborele (axul) principal cu rulmentul su, cutia de viteze, generatorul, sistemul de
frnare i sistemul de rotire (orientare). Arborele principal transfer cuplul rotorului la
cutia de viteze.
C tia e iteze
O cutie de viteze este necesar pentru trecerea de la viteza relativ redus a rotorului (cc
20 rotaii/minut pentru un diametru de 52 m) la cea a generatorului (1500 rotaii/minut).
Generator
n mod curent, exist trei tipuri de turbine eoliene. Diferena principal ntre acest
concepte se refer la generator i la modul n care eficiena aerodinamic a rotorului est
limitat atunci cnd viteza vntului este mai mare dect cea nominal, cu scopul de a evit
suprasarcina. Ca i n cazul generatorului, aproape toate turbineleinstalate folosesc unul din
sistemele urmtoare (vezi Figura 5):
generator asincron cu rotor n scurtcircuit;
generator asincron cu dubl alimentare (rotor bobinat); generator sincron
Figura 5 Sisteme degenerareaplicatela turbineeoliene
rotorrotor
rotor
retea retea retea
convertor
convertor
Condensatoarepentrucompensare
Generator sincron
Generatorasincron cudubla alimentare
Generatorasincron curotor inscurtcircuit
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
11/12
11
Turbinele eoliene din prima generaie au folosit generator asincron cu rotorn scurtcircuit.
Din cauza diferenei mari dintre viteza de rotaie a turbinei i cea a generatorului, este
necesar o cutie de viteze. nfurarea rotorului este conectat la reea. Acest concept se
numete viteza constant a turbinei eolienedei generatorul asincron cu rotorn scurtcircuit
permite mici variaii ale vitezei rotorului (aproximativ 1%).
Deoarece generatorul asincron cu rotor n scurtcircuit consum putere reactiv, care un
este dorit, n particular n reele slabe, este necesar conectarea unor condensatoare pentru
compensare.
Celelalte dou sisteme de generare permit un factor 2 ntre viteza maxim i minim a
rotorului. Aceste nivele diferite de vitez sunt adaptate cu ajutorul electronicii de putere care
decupleaz frecvena rotorului de cea a reelei.
Generatorul asincron cu dubl alimentare utilizeaz electronica de putere pentru a
alimenta nfurrile rotorului generatoului. Frecvena curentului rotorului este variat astfel
nct frecvena curentului generat n nfurrile statorului este potrivit cu cea a reelei la
care este direct conctat. O cutie de viteze este necesar pentru a potrivi vitezele rotorului i
generatorului.
Generatorul sincron conectat direct nu are nevoie de cutie de viteze. Generatorul i reeaua
electric sunt complet decuplate prin electronic de putere. Viteza generatorului este mult
mai mic dect a sistemelor indirecte astfel nct la generator pot fi utilizate viteze mici;
acestea sunt uor de recunoscut datorit diametrelor mari i proximitii fa rotorulturbinei.
Sistem de blocare
Turbinele eoliene sunt echipate cu un sistem de siguran robust incluznd un sistem
aerodinamic de blocare. n cazuri de pericol sau pentru oprirea necesar mentenanei se
folosete un disc de blocare.
Sistem de control / comand
Turbinele eoliene au sisteme de control/comand complexe care folosesc computer i care
pot, de asemenea s furnizeze informaii detaliate asupra strii turbinei. Adesea aceast
informaie poate fi refcut i anumite funcii de control realizate printr-o cale de comunicare.
Dezvoltri viitoare
n prezent (2006) turbinele eoliene cu o tehnologie verificat sunt disponibile n gama 1,5 -
3MW. n Europa de Vest atenia este ndreptat, n principal, spre gama de turbine eoliene de
8/7/2019 Energia eolian proiect tot
12/12
12
2-3MW. Toate ntreprinderile de vrf din domeniu au una sau mai multe turbine eoliene de
ordinulMW + un segment de pia.
n anumite regiuni, de exemplu n Europa de Sud, Asia i America Latin cu o mai puin
dezvoltat infrastructur sau unde ariile muntoase domin, turbinele eoliene fizic mai mici
sunt mai adecvate. Pentru aceste motive, turbinele eoliene din gama 0,8 - 1,3MW sunt maicutate n toat lumea.
Prototipuri ale unor turbine de 5 i 6 MW vor deveni comerciale ncepnd cu 2006.
Aceste turbine sunt caracterizate de faptul c au axulla nlimea de 120 m sau mai mult i au
diametrul rotorului adesea mai mare de 110 m. n afar de costurile n continuare ridicate per
MW instalat al acestor turbine 5+MW, principal problem o reprezint greutatea i
dimensiunile componentelor care sunt dificil de transportat pe structura rutier a Europei de
Vest. Anumii productori rezolv problema oferind aceste turbine numai pentru
amplasament offshore sau pentru amplasamente accesibile pe ap. Alii rezolv aceast
problem logistic, cel puin parial, prin construirea i instalarea turnurilor realizate prin
montarea in-si
ua unor elemente prefabricate din beton n locul segmentelortubulare din
oel.
n tehnologia eolian, urmtoarele evenimente suntn curs sau sunt anticipate:
proporia tehnologiei cu rotor cu vitez variabil, incluznd electronic de putere
modern, va crete;
n segmentul mai mare de 1 MW, cutia de viteze este una din cele mai slabe legturinecesitnd frecvente operaii de mentenan sau cheltuieli mari de reparaii sau nlocuire.
Anumii productori ofer turbine eoliene fr transmisie care folosesc generatoare sincrone
multipolare mari (cu diametre pn la 5 m). Se obine un proiect hibrid care are un etaj cu
cutie de viteze urmat de un generator sincron multipolar mai puin masiv. Se consider c, n
urmtorii 5-10 ani, aceste diferite concepii se vor dezvolta.
Top Related