Stadiul actual al sistemelor de conversie
a energiei eoliene –
turbinele eoliene de mică putere
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Prof. dr. ing. Mihai Octavian Popescu, UPB
ing. Viorel Ursu ICPE SA
INTRODUCERE
Energia eoliană prin modul de generare reformulează modelul
de dezvoltare:
• descentralizarea resurselor;
• emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de seră;
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
• emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de seră;
• nu se produc deşeuri;
• costuri reduse pe unitate de energie produsă;
• costuri reduse de scoatere din funcţiune; ( în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune, la
capătul perioadei normale de funcţionare, sunt minime, integral reciclabile)
Zona Putere cumulată 2009
[MW]
Putere instalată în
2010 [MW]
Putere cumulată
2010 [MW]
Uniunea Europeană 76 013,5 9 970 85 983.5
Restul Europei 1 385 265 1 650
Total Europa 77 398.5 10 235 87 633.5
SUA 35 064 5 600 40 664
Canada 3 319 690 4 009
Total America de Nord 38 383 6 290 44 673
India 11 807 1 258 13 065
Energia eoliană în Europa şi în lume
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
India 11 807 1 258 13 065
China 25 823 18 928 44 751
Japonia 2 056 288 2 344
Alte ţări asiatice 805 215 1 020
Total Asia 40 491 20 689 61 180
Restul lumii 3 493.5 428 3 921.5
TOTAL MONDIAL 159 766 37 642 197 408
Sursa: WWEA 2011
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Sursa: EWEA 2011
Putere cumulată
2009 [MW]
Putere instalată în
2010 [MW]
Putere cumulată
2010 [MW]
Romania 14 448 462
Domeniul în care lucrează turbinele mici:
- 0.15 până la 0.25 kW/m2 (datorat înălţimii la care se află rotorul)
Clasificarea turbinelor mici a fost realizată prin standardele
CEI 61400- 1998 limitate la o suprafaţă descrisă de rotor de 40 mp
CEI 61400-2006 s-a stabilit aria descrisa de rotor la 200 mp.
TURBINELE EOLIENE MICI
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Puterea nominală PN[kW] Aria descrisă de rotor [mp] Subcategorie
PN<1kW A< 4.9 mp Pico
1kW<PN< 7 kW A< 40 mp Micro
7kW<PN< 50 kW A< 200 mp Mini
50kW<PN< 100 kW A< 300 mp încă nedefinită
Total
2009
Marea
Britanie
2010
SUA
2010
China
2010
Total
2009+2010
Unitățțțți
0 - 1.5 kW 5745 2524 3150 4455 15874
1,5 – 10 kW 792 602 512 624 2530
Piețele importante: Marea Britanie, SUA și Canada China
La nivelul 2010 capacitatea globală instalată este de 48 MW
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
1,5 – 10 kW 792 602 512 624 2530
10 – 20 kW 103 125 88 24 340
20 – 50 kW 17 24 36 62 139
50 – 100 kW 85 5 18 55 163
6742 3280 3804 5220
Tip sisteme
On grid 485 269 549 352 1655
Off grid 6257 3011 3255 4868 17391
Turbinele eoliene de putere mică - utilizate în două direcţii principale:
- sisteme autonome (sisteme izolate, off grid, sisteme stand-
alone) care nu sunt conectate la un sistem energetic mare
echipate cu sisteme proprii de control a calităţii energiei (tensiune
şi frecvenţă);
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
- sisteme de generare distribuită - sisteme conectate,
sisteme on grid, sisteme conectate la o reţea publică sau la un
operator de reţea care are responsabilitatea controlului calităţii energiei;
diesel eolian parc eolian mic
hibrid eolian Turbină singulară
eolian rezidentă Integrare în clădiri
PN<1kW X X X X X X X X X X X
1kW<PN< 7 kW X X X X X X X X X X X X X X X
7kW<PN< 50 kW X X X X X X X X X X
Aplicaţiile turbinelor eoliene mici:
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
7kW<PN< 50 kW X X X X X X X X X X
50kW<PN< 100 kW X X X X X
aplicaţii ale sistemelor
eoliene mici
am
ba
rcaţiu
ni
se
mn
aliză
ri
lăm
pi s
trad
ale
ca
se
izo
late
ferm
e, g
osp
odă
rii
sis
tem
e d
e p
om
pa
re
de
sa
linare
a a
pe
i
gru
pu
ri de
ca
se
reţe
a lo
ca
lă
lam
pi s
trad
ale
mo
nta
j pe
aco
pe
riș
locu
ințe
ce
ntre
co
me
rcia
le
pa
rcă
ri au
to
se
cto
rul in
du
stria
l
se
cto
rul in
du
stria
l
ferm
e a
gric
ole
sisteme izolate (off-grid) sisteme conectate (on-grid)
-sunt destinate în general aplicaţiilor mobile (bărci, sisteme amovibile, semnalizări temporare, construcţii temporare sau sisteme rezidenţiale).-sistemele includ echipamente pentru tensiune constantă;-unitatea de stocare este realizată de regulă cu acumulatoare plumb-acid;-puterea este mică şi întreaga configuraţie a sistemului (generare,
1. Sistemele eoliene rezidenţiale
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
-puterea este mică şi întreaga configuraţie a sistemului (generare, comandă, control) este concentrată pe sistemul de stocare
2. Sistem hibrid solar PV, eolian , grup de rezervă diesel
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
-putere sub 50kW
-generatorul diesel are rolul de rezerva de putere;
-au în configuraţie acumulatori pentru stocare şi comandă;
-invertor DC/AC pentru consumatorii uzuali
3. Sistem diesel - eolian
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
-putere peste 50kW;
-au în configuraţie acumulatori pentru comandă nu pentru sarcini;
Se definesc trei tipuri de sisteme în funcţie de ponderea
sistemului eolian:
a. sisteme cu pondere eoliană scăzută – fără modificări
esenţiale de la structura iniţială de grup generator Diesel cu
debitare continuă pe reţea şi la care sistemul de control poate
acoperi şi funcţionarea generatorului eolian.
b. sisteme cu pondere eoliană medie,
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
b. sisteme cu pondere eoliană medie, cu sisteme de control
ale generatorului eolian pentru situaţia când energia produsă din
vânt depăşeşte nevoile de consum.
c. sisteme cu pondere eoliană mare care solicită strategii de
control speciale şi sisteme speciale pentru stabilitatea sistemului în
condiţiile în care singura sursă disponibilă este turbina eoliană.
STADIUL DEZVOLTĂRII TEHNOLOGICE
Diametrul rotorului este sub 20 m şi majoritatea nu depăşesc 10 m.
Stâlpii sunt în mod uzual de 12-24 m.
PN<1kW 1kW<PN< 7 kW 7kW<PN< 50 kW 50kW<PN< 100 kW
Număr de pale
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
2 0-25% 25-50% 25-50% 0%
3 50-75% 50-75% 50-75% 75-100%
>3 0-25% 0-25% 0% 0%
Material pale
compozit 75-100% 50-75% 50-75% 0%
Lemn+epoxi 0% 0-25% 0% 0%
Compozit+epoxi 0-25% 0-25% 25-50% 75-100%
PN<1kW 1kW<PN< 7 kW 7kW<PN< 50 kW 50kW<PN< 100 kW
Protecţie mecanică la supraturaţie
Fără control x x x x
Pas reglabil pasiv x x
- sisteme de control de tip Yaw sau furling - sisteme de control aerodinamic pasiv. - sistemele stall, sisteme de frânare comandate, - controlul pasului rotorului în modul pasiv centrifugal, activ cu actuatoare
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Pas reglabil activ x
Desprindere centrifugală x x
Control la putere nominală
Fără control x x x x
Auto furl x x x -
tilt x x x -
stall - x x x
PN<1kW 1kW<PN< 7 kW 7kW<PN< 50 kW 50kW<PN< 100 kW
Conversia electromecanică a energiei se realizează preponderent cu generatoare sincrone cu magneţi permanenţi :- asigură performanţe magnetice superioare la preţuri accesibile;- asigură structuri compacte şi mai uşoare;- reducerea cuplului de agăţare şi scăderea vitezei de funcţionare
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
N N N N
Turaţia nominală
Foarte mare 75-100% 0% 0% 0%
Mare 0-25% 50-75% 0-25% 0%
Medie 0% 25-50% 75-100% 0-25%
Mică 0% 0-25% 0-25% 75-100%
Generator
Sincron cu magneți permanenți 75-100% 75-100% 50-75% 0-25%
Asincron 0% 0-25% 25-50% 75-100%
ANALIZA COSTURILOR
Costurile pe unitatea de putere instalată au variaţii destul de largi:
• 2500 € - 6000 € pe kilowatt pentru turbinele din sistemele stand-
alone;
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
• 2700 € - 6000 € pe kilowatt pentru sistemele mici conectate la reţea;
(sistemul de condiţionare a puterii pentru compatibilizare cu reţeaua).
Variaţia costului pe kw instalat
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Pentru turbinele mici producătorii nu au un sistem unitar de caracterizare a turbinelor în sensul că definirea costurilor unitare trebuie să facă referire la aceleaşi condiţii de referinţă (la tehnlologia PV referinţa este atmosfera standard).
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Un alt criteriu mai puţin subiectiv este legat de suprafaţa descrisă de rotorul turbinei care este în legatură strânsă cu puterea turbinei
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Evaluarea privind preţul pe unitatea de suprafaţă de captare a turbinei exprimă o variabilitate a costurilor echipamentelor în zona puterilor mici ca o consecinţă a unei tehnologii în schimbare şi experimentare şi o tendinţă constantă de scădere a costurilor pentru puteri mari
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
CONCLUZII:
- turbinele eoliene mici - o componentă importantă în contexul dezvoltării
sistemelor de generare distribuită;
EFICIENŢA
- creşterea randamentelor de conversie aerodinamică
- creşterea randamentelor maşinilor electrice
- utilizarea unor sisteme de condiţionare a puterii cu randamente superioare.
CONCEPŢIA/ proiectarea
- dezvoltare tehnologică în zona vânturilor de intensitate redusă
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
- dezvoltare tehnologică în zona vânturilor de intensitate redusă
- creşterea suprafeţei de captare simultan cu reducerea încărcărilor;
- sisteme sigure de protecţie pentru viteze extreme;
IMPLEMENTAREA
- realizare a evaluării potenţialului eolian şi reducerea incertitudinilor
- realizarea de sisteme adaptabile on grid sau off grid;
- adoptarea de soluţii constructive şi materiale noi pentru stâlpii de susţinere
- promovarea de sisteme moderne de ancorare şi fundaţii.
IMPACTUL ACQUIS-ULUI COMUNITAR DE MEDIU ASUPRA TEHNOLOGIILOR ŞI ECHIPAMENTELOR „ACQUISTEM“
Ediţia a VIII-a
ICPE SA Staţia Agigea 28-29 iulie 2011
Vă mulţumesc!
Top Related