1. PREZENTAREA TURBINELOR EOLIENE Energia verde reprezintă energia care se obține din surse nepoluante. Prin alegerea acestei energii, consumatorii… [304483]

1. PREZENTAREA TURBINELOR EOLIENE

Energia verde reprezintă energia care se obține din surse nepoluante. [anonimizat]. Acest concept de energie verde este tot mai răspândit în ziua de azi datorită zăcămintelor naturale tot mai greu de găsit, a poluării, dar și datorită cererii de energie tot mai mare.

Energia regenerabilă reprezintă forma de energie obținută din procese naturale regenerabile. [anonimizat], solară, geotermală și biomasă.

Vântul este mișcarea aerului datorată maselor de aer cu temperaturi diferite. Temperaturile diferite sunt cauzate de masele de apă și pământ care absorb diferit căldura soarelui. La scară globală mișcările masive de aer sunt cauzate de diferența de temperatură între pământul de la ecuator și cel apropiat de poli. Deoarece vântul va bate cât timp soarele va încălzi Pământul este o sursă de energie regenerabilă.

[anonimizat], în navigație. Folosirea energiei mecanice obținută din energia eoliană a [anonimizat] a inventat prima roată ce acționa o mașină care folosea energia eoliană. Mai târziu forța mecanică a fost folosită pentru a [anonimizat]. Folosirea morii s-a [anonimizat], și, [anonimizat]. [anonimizat] a [anonimizat]. [anonimizat]-lea, aceasta a fost folosită pe scală mare în Olanda pentru pomparea apei de mare din zonele joase în scopul măririi suprafețelor arabile.

1.1. Etape ale dezvoltării turbinelor eoliene

În anul 1887, profesorul scoțian Blyth James a creat prima turbină eoliana cu un generator electric pentru a încărca bateriile necesare pentru iluminatul casei proprii.

[anonimizat] a construit o turbină eoliană (fig.1.1) ce avea 144 de pale și un diametru de 50 metri ce producea 12 kW necesari alimentării casei și a laboratorului propriu.

Figura 1.1. Turbina academicianului Brush Charles.

În 1890, danezul Poul la Cour a [anonimizat] a observat, [anonimizat], fiind mai eficientă în producerea energiei electrice. Acesta a creat fundația ,,Society of Wind Electricians”. A creat 2500 de turbine eoliene cu o putere cumulativă estimată la 30 MW.

În 1920, francezul Darieus George a inventat prima turbină eoliană verticală ce îi poată numele.

În 1931, în URSS, s-a creat prima turbină de 100 kW (fig.1.2.), ce era conectată la o rețea locală de distribuție cu o tensiune de 6,3 kV.

Figura 1.2. Prima turbină de 100kW

Turnul măsura 30 [anonimizat] 220 V. Aceasta a funcționat doar 1100 [anonimizat]-se datorită uzurii turnului provocată de trepidațiile produse de elice.

În 1973, [anonimizat], Germania, Suedia și SUA a condus la dezvoltarea turbinelor prin demararea de cercetări și crearea de turbine cu puteri mai mari. Studierea aerodinamicii palelor a [anonimizat]icienței, posibilitatea de a funcționa la viteze mici ale vântului, dar și la viteze mai mari.

1.2. Tipuri de turbine eoliene

Cea mai importantă clasificare a turbinelor este în funcție de poziția axului. Astfel se construiesc două tipuri:

Turbine cu ax vertical;

Turbine cu ax orizontal.

1.2.1. Turbinele cu ax vertical pot fi o soluție salvatoare într-o lume în care nevoia de energie devine tot mai mare datorită avantajelor care le au:

Au eficiență crescută și nu necesită mecanism de orientare după direcția vântului;

Posibilitatea de a capta eficient vântul turbulent întâlnit în special în zonele urbane și în zonele de locuit;

Posibilitatea de a lucra în vânt multidirecțional;

Pot funcționa când viteza vântului este mică;

Produc vibrații și zgomote foarte scăzute;

Pot fi amplasate pe clădiri, acoperișuri;

Pot fi construite din materiale ieftine.

Acest tip de eoliană se pretează foarte bine zonelor urbane unde zgomotul de fond este mare, iar orice perturbație în plus poate avea efecte deranjante. Un studiu efectuat de universitatea McMaster din Canada arată că zgomotele produse de turbina eoliană sunt mai mici de 50 dB, în medie instalația producând perturbații sub 20 dB (infrasunete), zgomote ce nu pot fi percepute de urechea umană, asta datorită faptului că turbina eoliană funcționează în majoritatea timpului la o viteză a vântului sub 15 m/s.

Dezavantajele sunt următoarele:

Nu pot fi instalate la înălțimi mari, captând vânt mai slab;

Au tendința de a se răsturna la rafalele de vânt;

Sunt concepute pentru viteze ale vântului scăzute;

Produc energie cu 50% mai puțină față de turbinele cu ax orizontal;

Sunt mai puțin stabile o dată cu creșterea vitezei palelor datorită forțelor centrifugale ce apar.

1.2.2. Principalele turbine eoliene:

Turbina Darrieus (fig.1.3) este prina turbină eoliană cu ax vertical. Aceasta este formată din două sau mai multe pale dispuse simetric la un unghi 0 față de stâlpul de care sunt montate. Palele plasate într-un curent de aer crează o diferență de presiune. Această presiune crează o forță de ridicare a palei care împinge pala înainte, creându-se astfel o mișcare de rotație.

Figura 1.3. Turbina Darrieus

Turbinele Darrieus (fig.1.4) se construiesc în două variante:

Eggbeater,

Sub forma H.

b)

Figura 1.4. Forma constructivă a turbinei Darrieus a) Eggbeater, b) tip H.

Turbina Savonius (fig.1.5) este formată din două jumătăți de cilindru așezate una în fața celeilalte, formând litera S. Principiul de funcționare se bazează pe principiul tracțiunii diferențiale, astfel o pală va fi mai mult influențată de vânt, iar alta mai puțin, rezultând o rotire a acestora.

Figura 1.5. Turbina Savonius, modul de funcționare

1.2.3. Turbinele cu ax orizontal

La acest tip de turbină rotorul și generatorul de curent sunt poziționate în vârful turnului și trebuie aliniate pe direcția vântului. Turbinele mici sunt orientate cu ajutorul unei aripioare, iar cele mari folosesc senzori și servomotoare pentru a se alinia pe direcția vântului. Majoritatea turbinelor cu axa orizontală au și o cutie de viteze care transformă mișcarea de rotație lentă a palelor într-una mai rapidă, necesară pentru a crește eficiența generatorului de curent. Deoarece turnul produce turbulențe aerodinamice în urma sa, rotorul turbinei este poziționat în față. Palele turbinei sunt rezistente pentru a nu fi îndoite și împinse în turnul pe care sunt instalate de vânturile puternice. În plus, palele sunt depărtate de turn și ușor înclinate. Există și turbine cu axa orizontală cu rotorul plasat în spatele turnului. Astfel de turbine au avantajul că palele elicei se pot îndoi, reducând suprafața care se opune vântului la viteze mari și nici nu trebuie orientate în direcția vântului, acest lucru făcându-se automat datorită construcției. Din cauza turbulențelor însă majoritatea turbinelor cu axa orizontală au rotorul plasat în fața turnului.

Acestea sunt cele mai căutate din ziua de astăzi, în detrimentul celor cu ax vertical, astfel 90% din totalul turbinelor eoliene la nivel mondial sunt cu ax orizontal datorită faptului că toate palele interacționează cu vântul, ceea ce-i conferă mai multe avantaje precum: eficiență, viteză și cuplu la ax.

Alte avantaje sunt:

Pot fi instalate pe stâlpi, permițându-le să capteze vânturi mai puternice, astfel, cu fiecare 10 metri, eoliana va capta vânt cu 20% mai mult iar puterea generată va crește, fiind proporțională cubului vitezei vântului;

Posibilitatea înclinării unghiului palelor;

Elicea se află aproape de centrul de greutate al turbinei, crescând stabilitatea;

Ocupă o suprafață mică pe sol;

Palele elicei pot fi pliate pentru a preveni distrugerea turbinei în cazul vânturilor puternice;

Posibilitatea de scoatere din funcțiune când vântul atinge valori critice.

Dezavantaje:

Turbinele cele mai înalte pot obstrucționa radarele de lângă bazele aeriene;

Turnurile înalte și elicele cu pale lungi sunt greu de transportat, uneori costul transportului fiind de 20% din cel al echipamentului în sine;

Mentenanța este costisitoare;

Variantele cu elicea în spate suferă la capitolul fiabilitate din cauza turbulențelor aerului;

Produc zgomote mari;

Turbinele cu axa orizontală sunt dificil de instalat și necesită macarale și personal calificat;

Au impact negativ asupra peisajului.

Clasificarea turbinelor cu ax orizontal în funcție de puterea produsă:

De mică putere (de puteri sub 100 kW)

De mare putere (de puteri mai mari de 100 kW)

După orientare (fig.1.5):

În aval, vântul suflă din spatele turbinei;

În amonte, vântul este preluat de fața palelor.

b)

Figura 1.5. Turbină cu ax orizontal a) în aval, b) în amonte.

După locul de amplasare:

În funcție de zona unde este instalată o centrală eoliană exista trei tipuri de amplasări:

1. Pe țărm – centrale eoliene așezate la 3 sau mai mulți kilometri în interiorul țărmului. Amplasarea ține cont de efectul de accelerare a unei mase de aer peste un obstacol (în acest caz țărmul). Deoarece orice eroare de amplasare poate însemna o scădere masivă a cantității de electricitate generată se fac studii pe perioade de cel puțin un an pentru determinarea locației propice pentru instalarea centralelor eoliene.

2. În apropierea țărmului – centrale eoliene așezate la maxim 3 kilometri în interiorul țărmului sau 10 kilometri în larg. Aceste centrale eoliene fructifică efectul de convecție al aerului datorită diferențelor de temperatură între apă și pământ. Printre probleme se numără migrația păsărilor, habitatul acvatic, transportul și efectul vizual.

3. În larg – centrale eoliene plasate la peste 10 kilometri în larg. Nu pătimesc de pe urma efectului vizual, nu generează zgomot și beneficiază de o viteză medie a vântului mai mare. Printre dezavantaje se numără cheltuielile mai mari de construire, amplasare, mentenanță (în special cele plasate în apă sărată, care are un efect puternic coroziv). Dacă distanțele față de țărm sunt suficient de mari, centralele eoliene plasate în larg pot fi conectate direct la o instalație de curent de înaltă tensiune.

1.3. Noi tipuri de turbine

Turbinele moderne din ziua de azi au ajuns la o dezvoltare foarte mare, încât tehnologic nu mai pot fi îmbunătățite. Din punct de vedere aerodinamic, s-au dezvoltat enorm, atingând un punct critic, ajungând la puteri foarte mari, de ordinul megawațior. Profesorul de la Universitatea Illinois din America, Dr. Sam Guccione, în The Official Electronic Publication of The Association of Technology, Management, and Applied Engineering 2011; volumul 27:(nr1)–pag. 3, spune că: ,,Dimensiunile turbinelor cu ax orizontal își ating limita (…) Este foarte incert ca o turbină de 10MW să fie construită vreodată”. Turbinele convenționale au atins un grad tehnologic foarte înalt, putând funcționa neasistate de om chiar și timp de 20 de ani. Turbinele eoliene reprezintă cele mai mari structuri rotitoare de pe pământ; turbina produsă de Siemens în anul 2012, STW-6.0-154 are diametrul elicei de 154 metri, ocupând o suprafață de 18600 m2 iar palele sunt cele mai mari părți componente dintr-o singură bucată construite vreodată.

Datorită faptului că cel mai puternic vânt se găsește pe mare, multe companii au realizat turbine ce pot fi instalate în larg. Însă această realizare are un neajuns. Pentru a instala o astfel de turbină, apa trebuie să fie mică, pentru a se putea instala fundația turnului unde va fi montată eoliana. Cu cât apa este mai mare, cu atât forțele ce interacționează cu turnul sunt mai mari și necesită o fundație dimensionată mai mare. Țara care a realizat prima eoliană în larg a fost Danemarca, în anul 1991. Aceasta a construit în larg o fermă eoliană cu o putere instalată de 25 MW, iar adâncimea apei fiind doar de 10 metri.

În anul 2009, compania Siemens a construit prima turbină eoliană de 2.3 MW plutitoare (fig. 1.6), în Marea Nordului din Norvegia, într-o apă adâncă de 220 metri, chiar dacă aceasta nu era sprijinită de nici un pilon, acea construcție înaltă de 80 de metri plutește în larg, legănându-se foarte puțin. Turbinele plutitoare sunt un proiect bazat pe cooperarea dintre compania Siemens și compania de energie norvegiană StatoiHidro. Datorită faptului că o mare suprafață din potențialul eolian se află în zone protejate, s-a căutat o nouă metodă de extragere a energiei eoliene din larg, unde viteza vântului este constantă, iar suprafața unde se pot instala este foarte mare.

Figura 1.6. Prima turbină plutitoare din Marea Nordului, Norvegia.

Acest concept folosește o baliză cilindrică de metal și ciment, echipată cu rezervor de balast. Baliza are 120 metri lungime și este proiectată să mențină centrul de greutate cât mai jos, sub nivelul apei. Această construcție permite să mențină turbina plutind și fără mișcări prea mari. Pentru a evita deplasarea pe mare a acesteia, baliza este ancorată de fundul mării prin 3 ancore groase de oțel.

De asemenea, un partener al firmelor Siemens și StatoiHidro, a pus în practică turbine eoliene cu ax vertical (fig. 1.7). Astfel compania franceză Nenuphar a lansat turbina Darrieus tip H. Din punct de vedere tehnic acest design îi oferă mai multe avantaje: nu are mecanism de rotire în direcția vântului sau de control a unghiului palelor, geometria simplă permite o instalare ușoară. Toate acestea duc la costuri mai mici de instalare și operare.

Figura 1.7. Turbine plutitoare cu ax vertical Darrieus

Cercetătorii japonezi au abordat diferit instalațiile offshore, astfel ei au creat o turbină cu ax orizontal înaltă de 112 metri, formată din 6 pale și o structură ce înconjoară aceste pale (fig.1.8). Prezentarea turbinei a avut loc la show-ul energiei regenerabile din Yokohama în anul 2010, de către proiectantul ei, dr. Yuji Ohya, profesor la Universitatea Kyushu. Principiul de funcționare se bazează pe efectul Venturi, astfel datorită construcției coroanei ce înconjoară palele, viteza aerului ce trece prin elice crește, în timp ce presiunea scade. O dată cu creșterea vitezei, energia cinetică crește de asemenea, oferind mai multă putere generatorului.

A

Figura 1.8. Turbina eoliană Wind Lens

Acest tip de turbină a primit multe aclamări deoarece este capabilă să producă de 4-5 ori mai multă energie față de turbinele convenționale.

În tot acest timp, turbinele eoliene au suferit noi îmbunătățiri, iar dezvoltarea continuă și astăzi, astfel apar noile generații de turbine de dimensiuni mai mici, dar capabile să ofere performanțe mari prin noile tehnici abordate.

Un nou concept de turbină este creată după tehnica aero-spațială (fig.1.9.). Încă din faza de proiectare, investitorii așteaptă lansarea turbinei pe piață datorită dimensiunilor mici pe care le are, dar mai ales performanțelor: viteza vântului necesară pornirii este foarte mică, aerul ce trece prin turbină are o viteză considerabilă, poate funcționa la viteze foarte mari, chiar și în cazuri de furtună, la care turbinele contemporane nu ar putea rezista. De asemenea, datorită designul aerodinamic, aceasta nu produce turbulențe mari în spatele turbinei, ceea ce înseamnă posibilitatea de aranjare mai compactă în cazul unei ferme, deci un număr mai mare de turbine pe aceeași suprafață de pământ.

Prototipul realizat de corporația FloDesign Wind Turbine are dimensiuni mai mici decât proiectul inițial, iar datorită performanțelor mari pe care le are, departamentul de energie din Statele Unite a premiat corporația în anul 2009 cu 8.3 milioane de dolari pentru cercetările avansate realizate.

Figura 1.9. Turbina Jet Engine.

Însă potențialul terestru este relativ restrâns, așa că turbinele se îndreaptă spre o nouă direcție, în sus, spre troposferă, la mare înălțime. Atracția este potențialul estimat de 870 tera wați a vânturilor foarte rapide situate la acea înălțime. De 40 de ani această idee este un plan, însă acum a devenit realizabilă. Companii și laboratoare private din lumea întreagă au creat prototipuri pentru a extrage energia vânturilor de mare altitudine.

Joby Energy testează o nouă turbină sub formă de avion (fig.1.10) cu o putere instalată de 30 kW.

Figura 1.10. Turbină eoliană creată de Joby Energy

,,Biplanorul“ are în componență 6 generatoare de 5 kW dispuse pe aripi. Eoliana este adusă la acea înălțime prin intermediul generatoarelor care sunt folosite pe post de motor, apoi, o dată ajunsă la acea înălțime, turbina produce energie și va executa mișcări de rotație pentru a capta mai mult vânt. Puterea generată este transmisă prin cablul de ancorare pe pământ unde este adusă la parametrii necesari pentru injectarea ei în rețea.

Compania Festo din Germania a creat un balon cu heliu care are pe exterior flapsuri ce învârt balonul, producând electricitate. Proiectul se numește MARS- Magenn Air Rotor System (fig.1.11.).

Figura 1.11. Turbina MARS

Prototipul a fost lansat în anul 2006, iar din anul 2010 firma produce turbine cu o capacitate între 10 si 25 kW.

Magenn are următoarele avantaje:

Prețul de producție este mic;

Costul instalării este foarte mic, nu necesită macarale, transportul este foarte rapid;

Nu afectează natura, nu omoară pasările;

Nivelul de zgomote produs este foarte mic, ele neajungând pe pământ.

Datorită faptului că turbinele au nevoie de spațiu înainte și după clădiri/obstacole, pentru a reduce costurile energetice ale clădirilor, mai mulți arhitecți au decis să înlocuiască turnul turbineu cu spații de locuit, rezultând blocuri cu turbini încorporate, sau să monteze turbini eoliene pe clădiri.

În imaginea 1.12 este prezentat primul bloc cu un design care înglobează 3 turbine eoliene. Clădirea se află în Londra, are o înălțime de 147 de metri si 43 de etaje. Energia produsă acoperă 8% din cererea de energie a clădirii, capabilă să alimenteze cele 3 lifturi de mare viteză și platforma instalației de șters geamuri.

Figura 1.12. London Building, Londra Figura 1.13. Aeroportul Logan din Boston

2. STUDIU DE FEZABILITATE

2.1. Potențialul eolian al României

România are cel mai ridicat potențial din sud-estul Europei în domeniul energiei eoliene, sud-estul Dobrogei plasându-se chiar pe locul al doilea la nivelul întregului continent, relevă un studiu Erste Group.

Potențialul eolian al României este estimat la 14.000 MW capacitate instalată, însă țara noastră dispune deocamdată de doar 7 MW instalați în turbine eoliene. Potrivit unui studiu al Institutului Român pentru Energie (IRE), sectorul energiei eoliene ar putea contribui cu 13 TWh la necesarul național anual în 2020, scenariu care ar implica dezvoltarea de capacități de producție complementare, bazate pe turbine de gaz, care să dezvolte până la 15 TWh.

Figura 2.1. Resursele de vânt ale României la maximum 50m înălțime

Până acum, investitorii au solicitat racordarea la sistemul de transport al energiei a unor proiecte cu o putere instalată totală de 12.000 MW, în condițiile în care capacitatea tehnică a rețelei permite conectarea a până la 4.000 MW. Potrivit analiștilor Erste, dacă aceștia ar realiza proiecte care să totalizeze 4.000 MW putere instalată până în perioada 2015-2017, investițiile în domeniu ar crește la peste patru miliarde de euro.

2.2. Alegerea locației

Studiul de fezabilitate stabilește locul și condițiile în care este amplasată cabana de vacanță si turbina eoliană. Cabana este amplasată într-o frumoasă zonă înaltă deluroasă în localitatea turistică Dealu Frumos, așezarea fiind situată la altitudinea de 718 m, având următoarele date geografice: 45o11’34.64” latitudine nordică, și 25o24’53.06” longitudine estică. În figura 2 este arătată amplasarea geografică a casei de vacanță.

Figura 2.2. Poziția geografică

Localitatea Dealu Frumos este o stațiune turistică aflată în partea de sud a Carpaților Meridionali, în zona de contact a Câmpiei Române cu Subcarpații Munteniei, județul Dâmbovița, comuna Moroieni, fiind o stațiune de odihnă și tratament.

Clima în care se află localitatea este temperat-moderat continentală, cu ierni lungi abundente în ninsori, veri scurte. Temperatura media anuală este de 0.7oC, temperatura maximă se atinge în luna iulie având 28 oC, iar temperatura minimă in luna ianuarie – 20 oC. Viteza medie a vântului in perioada de vară este de 6-8 m/s iar pe timp de iarnă 12-14 m/s, atingând deseori chiar și 30-35 m/s.

2.3. Date meteorologice

Vântul reprezintă deplasarea unei coloane de aer cauzată de o diferență de presiune dintre două locuri, astfel aerul se deplasează din zona cu presiune ridicată spre zona cu presiune mai scăzută, presiuni cauzate de diferențele de temperatură dintre cele două zone; astfel că, diferențele cele mai mari de temperatură se întâlnesc în timpul zilei, datorită încălzirii solare. În țara noastră vântul are un caracter neliniar, intermitent, el depinzând de o mulțime de factori: climă, relief, altitudine, anotimp, etc. În dealurile Subcarpaților Munteniei, vântul atinge viteza maximă în anotimpul de iarnă, în luna ianuarie, datorită vânturilor nord-estice, depășind 30-35 m/s, iar cea mai mică viteză a vântului apare la sfârșitul verii, în luna august. Viteza medie anuală a vântului este de 8,12 m/s.

Graficul vitezei vântului pe fiecare lună este prezentat în fig.2.2, viteza medie lunară în decursul unui an este prezentată in tabelul 2.1., iar reprezentarea grafică pe fiecare lună în figura 2.4.

Figura 2.1. Graficul vitezei vântului lunară

Tabelul 2.2. Viteza lunară a vântului [m/s]

Figura 2.4. Reprezentarea grafică a caracteristicii de viteză a vântului pe fiecare lună in decurs de 24 de ore.

Aceste reprezentări sunt vitezele medii ale vântului procesate statistic pe o perioadă de 10 ani. Statisticile sunt oferite de agenția N.A.S.A iar studiul vântului s-a realizat la o înălțime de 10 metri deasupra solului. După cum se observă, viteza maximă a vântului se obține în timpul zilei, ceea ce reprezintă un factor benefic deoarece consumul cel mai mare al puterii electrice are loc în acest timp. Pentru amplasarea unei turbine eoliene, măsurarea vitezei vântului trebuie realizată pe o perioadă de minim doi ani, la o înălțime egală cu cea a turbinei, pentru a se observa posibilitatea realizării obiectivului propus. Viteza vântului reprezintă distanța parcursă de vânt într-o unitate de timp exprimată în metri pe secundă. Această măsurătoare se realizează cu ajutorul anemometrului.

2.4. Analiza consumatorilor

Consumatorii sunt conectați la instalația eoliană, caracterul rețelei fiind de tip insularizat, având următoarele avantaje:

curba tensiunii de alimentare este pur sinusoidală;

sunt eliminate perturbațiile;

sunt eliminate golurile de tensiune, supratensiunile;

alimentarea consumatorilor este permanentă, neexistând întreruperi în alimentare;

prețul final al energiei este mai mic.

Alimentarea consumatorilor se face de la un sistem monofazat având următoarele caracteristici: tensiunea de lucru este de 230V, iar frecvența 50Hz. În tabelul 2.2. sunt prezentați consumatorii și consumurile lor estimative de energie.

Tabelul 2.2. Prezentarea consumatorilor și consumurile lor estimative de energie

Consumatorii sunt prezentați în anexa [1] pe bază de date reale.

Calculul necesarului de iluminare se poate realiza cu programul Elbalux, însă fiind o construcție simplă se poate consulta normativul pentru proiectarea încăperilor de locuit NP 057-023.

Normativul NP 057-023 determină nivelul de iluminare pentru fiecare cameră. Acesta este prezentat în tabelul 2.3.

Tabelul 2.3. Nivelul de iluminare al unei locuințe

În tabelul 2.4. este prezentat timpul de funcționare și puterile absorbite ale tuturor consumatorilor într-o zi din perioadă defavorizată, pentru luna decembrie, când consumul de energie este la cea mai mare valoare din an.

Tabelul 2.4. Definirea consumului de energie electrică în 24 de ore

Cunoașterea consumului zilnic de energie se face cu ajutorul curbelor de sarcină. Curbele de sarcină se determină pe baza citirii wattmetrelor sau contoarelor la intervale egale de timp și reprezintă o reprezentare grafică pe baza energiei consumate în perioada de timp studiată. În funcție de anotimp, consumul de energie diferă datorită gradului de iluminare specific, a temperaturii, a perioadelor libere de timp, de aceea este necesară determinarea curbelor de sarcină lunare (fig. 2.5).

Figura 2.5. Curbele de sarcină lunare.

Cunoașterea consumului de energie cerut de consumatorii casnici este necesară pentru alegerea turbinei eoliene, astfel încât puterea generată de aceasta trebuie să depășească consumul de energie cerut.

2.5. Alegerea turbinei eoliene

Turbina eoliană care satisface condiția de mai sus este SW Whisper 500. Turbina are două pale având diametrul de 4,50 metri și o arie totală a suprafeței ocupate de pale de 15,9 m2, viteza de pornire este mică de 3,4 m/s, iar după specificațiile producătorului face față cu succes vânturilor foarte puternice.

Date tehnice:

Puterea nominala: 3kW la 10,5 m/s viteza vântului;

Puterea maximă: 3,2kW la 12 m/s;

Viteza maximă constructivă 55 m/s;

Frână: electrodinamică;

Generator: fără cutie de viteze, cu magneți permanenți;

Controlul vitezei elicei: automat prin înclinare;

Înălțimea turnului: 13 m.

Figura 2.6. Foaie de catalog Whisper 500

Pentru a ști ce putere produce turbina eoliană, în funcție de caracteristica generatorului și de viteza vântului, se trasează graficul puterii de energie produse raportate la viteza vântului (fig. 2.7).

Figura 2.7. Puterea produsă de turbină în funcție de viteza vântului

Datele turbinei electrice au fost introduse în calculator, în programul Homer.

Conform vitezei vântului, turbina eoliană alesă funcționează 8634 ore din 8760 ore pe an, producând în medie o energie de 14,677 MW. Perioadele când turbina nu funcționează sunt rare, în timpul verii când viteza vântului este foarte scăzută, însă acest lucru nu afectează alimentarea consumatorilor. După cum se observă în figura de mai jos (fig.2.8), puterea maximă generată se realizează în perioada de iarnă. Pe parcursul anului turbina funcționează la un factor de încărcare de 58%.

Energia produsă de sistemul eolian nu poate fi întotdeauna folosită imediat de către consumatori, astfel turbina produce energie în exces (fig. 2.9). O mare parte din această energie este stocată de acumulatoare, pentru a putea fi folosită mai târziu când se produce un deficient de energie precum vârfurilor de energie necesare alimentării consumatorilor sau când turbina nu mai face față consumatorilor. Practic, atunci când turbina nu mai poate alimenta în totalitate consumatorii, intră in funcțiune acumulatorii, care la rândul lor dacă se consumă, se poate opta pentru achiziționarea unui generator alimentat cu benzină.

Figura 2.8. Datele statistice a turbinei privind funcționarea acesteia.

Figura 2.9. Energia electrică produsă în exces.

Pentru o bună funcționare a consumatorilor, puterea produsă de generatorul eolian trebuie să depașească puterea cerută de consumatori. Pentru a verifica dacă această condiție se respectă, se trasează graficul celor două puteri (fig.2.10). Turbina trebuie să asigure un surplus de energie pentru o bună siguranță în alimentare.

Ianuarie Februarie

Martie Aprilie

Mai Iunie

Iulie August

Septembrie Octombrie

Noiembrie Decembrie

Figura 2.10. Energia generată de turbina eoliană (albastru) și energia consumată (roșu) pentru fiecare lună din an.

3. SCHEMA PROPUSĂ PENTRU SISTEMUL EOLIAN

3.1. Reprezentarea schemei generale

După alegerea turbinei, se creează schema instalației electrice (fig.3.1) ce trebuie urmată pentru realizarea instalației de alimentare pentru consumatorul casnic.

Figura 3.1. Schema electrică a instalației eoliene

Elementele principale ale instalației sunt:

Turbina eoliană,

Frâna,

Controllerul,

Bateriile,

Invertorul.

Energia produsă de generator este redresată și transmisă către baterii, iar prin intermediul invertorului, curentul continuu este convertit în curent alternativ și trimis către sarcină.

3.2. Funcționarea

Energia cinetică a vântului lovește palele care transformă energia cinetică în energie mecanică de rotație, apoi, prin intermediul generatorului, în energie electrică. Tensiunea produsă de generatorul eolian este alternativă și instabilă în timp, iar frecvența este fluctuantă in funcție de viteza rotorului. Tensiunea alternativă de la turbină este redresată și adusă la o valoare constantă (48V), apoi stocată în baterii. Pentru a alimenta sarcinile cu tensiunea de 230 V alternativ, tensiunea continuă este apoi preluată și convertită în tensiune alternativă prin intermediul invertorului.

3.3. Părțile componente

3.3.1. Controllerul

Acesta se montează în punctul de întâlnire dintre generator, baterii și sarcină. Pentru a evita curenții mari și totodată pierderile din rețea prin efect Joule-Lenz proporționale cu pătratul intensității, dar și supradimensionarea cablurilor electrice, s-a ales controllerul cu o tensiune de ieșire de 48 V.

Figura 3.2. Controller

Funcțiile controllerului:

Redresează tensiunea generatorului eolian;

Funcție de încărcător pentru baterii;

Controlează tensiunea redresată necesară încărcării bateriilor și necesară sarcinii;

Monitorizează tensiunea, curentul și energia produsă;

Frânează automat eoliana când viteza vântului devine prea mare sau pentru a proteja bateriile de supraîncărcare;

Protejează instalația electrică împotriva loviturilor de trăsnet.

3.3.2. Bateriile

În timpul când puterea cerută de consumatori este mică, iar energia eoliană produsă este mare, excesul de energie încarcă bateriile care mai târziu livrează această energie stocată înapoi către consumatori. Funcția bateriilor este de a stoca energia neutilizată în timpul încărcării bateriilor (consumatori) și de a reda energia stocată (sursă) când apare un deficit de energie. Bateriile se conectează în paralel cu rețeaua electrică. Pentru a evita curenții mari, supradimensionarea cablurilor electrice dar și pentru compatibilitatea cu celelalte convertoare electrice, s-a optat pentru un sistem de baterii cu o tensiune de 48V. Pentru a face față nevoilor consumatorilor, puterea aleasă a bancului de baterii este de 3840W. Un exemplu despre cum se pot lega bateriile se poate observa în figura 3.3.

Figura 3.3 Modul de conectare al unui banc de acumulatori

Bateriile alese sunt în număr de 4 de tipul NM12-80X (fig.3.4) având o tensiune de 12V și un curent nominal de 80 A, capabile fiecare să asigure o putere de 960 W. Bateriile sunt de tipul acid-plumb.

Figura 3.4 Baterie NM12-80X

Datorită capacității mari pe care o au (3840W) acestea depășesc nivelul puterii cerute de consumatori, putând face față independent consumului timp de aproximativ 2 zile. În figura 3.5. este prezentat gradul de încărcare al bateriilor.

Pentru a putea fi conectate în sistemul de 48V acestea trebuie conectate în serie (fig.3.6), astfel încât suma tensiunilor bateriilor să fie 48V.

Fig. 3.6 Sistem de baterii.

3.3.3. Invertorul

Tensiunea necesară alimentării sarcinilor, este preluată de la controller și convertită prin intermediul invertorului în tensiune alternativă. Pentru a putea folosi eoliana la performanțele maxime, se alege invertorul STUDER XTM 4000-48 (fig.3.7) cu o putere de 3500VA, capabil să preia toată puterea produsă de eoliană și să o transfere către sarcină în perioadele necesare, având o eficiență de 96 %.

Figura 3.7. Invertorul STUDER XTM 4000-48

Parametrii invertorului:

Puterea nominală 3 500 VA;

Tensiunea nominală de ieșire 230 V a.c. (±2 %);

Curentul de ieșire 0-50 A;

Tensiunea de alimentare 48 V d.c.;

Puterea minimă a sarcinii detectate în sistem Stand By 2W;

Undă pur sinusoidală;

Frecvența nominală: 50Hz, ajustabilă 45-65 Hz;

Protecție la scurtcircuit: automată cu tendință de restart de 3 ori.

Invertoarele de tensiune sunt dispozitive folosite pentru a produce tensiune alternativă din tensiune continuă, modificând parametrul de intrare Ui constant, în parametrii de ieșire Ue și fe constanți.

Majoritatea invertoarelor realizează aceasta prin convertirea tensiunii continue în tensiune alternativă, urmând ridicarea acesteia printr-un transformator. Scopul este acela de a efectua aceste conversii cât mai eficient posibil, astfel încât cea mai mare parte a tensiunii continue să fie transformată in tensiune alternativă, fără pierderi termice și de comutație prea mari.

Deși majoritatea consumatorilor electrici sunt dimensionați să reziste la mici variații ale frecvenței de lucru, pot apărea defecte în cazul în care frecvența variază excesiv. Pentru a rezolva această problemă, majoritatea invertoarelor CC-CA au în componență circuite specializate pentru a menține frecvența la o valoare prestabilită.

Circuitele specializate conțin de obicei un cristal de cuartz și un circuit bistabil pentru a genera o frecvență constantă a tensiunii de ieșire; aceste circuite sunt în general scumpe și complicat de realizat. O altă variantă, mai ieftină, dar cu un domeniu de erori mai ridicat, o constituie un oscilator R-C alimentat de la un stabilizator de tensiune.

După forma tensiunii de ieșire, invertoarele se împart în două categorii: invertoare cu „tensiune sinusoidală pură” și invertoare cu „tensiune sinusoidală modificată”. Invertoarele cu „tensiune sinusoidală modificată” au ca semnal de ieșire o formă de undă dreptunghiulară, tensiunea fiind egală cu valoarea mediată a acestui semnal. Sunt cel mai des folosite în aplicații care nu necesită o formă de undă strict sinusoidală; au avantajul de a fi destul de ieftine. Cel de-al doilea tip de invertoare, cele cu „tensiune sinusoidală pură” au ca semnal de ieșire o formă de semnal strict sinusoidal, cu aplicații de obicei în medicină sau în sisteme de foarte mare precizie, ele fiind de altfel și foarte scumpe.

Figura 3.7. Prezentare foaie de catalog invertor

3.3.4. Dispozitivul de frânare

În cazul în care viteza vântului devine prea mare, pentru a nu suprasolicita generatorul și pentru a proteja palele, turbina eoliană este prevăzută cu un sistem automat de înclinare (fig. 3.8), care datorită forțelor giroscopice, la o anumită vireză învârte turbina în jurul punctului de pivotare aflat pe stâlp, reducând acțiunea vântului asupra palelor cu până la 80%.

Figura 3.8. Dispozitivul automat de înclinare

În cazul în care nici acest sistem de protecție nu reduce suficient viteza de rotație a palelor, sistemul eolian este prevăzut cu o auxiliară.

Generatorul electric are rolul de a converti energia mecanică a arborelui de turație ridicată al turbinei eoliene, în energie electrică. Spirele rotorului se rotesc în câmpul magnetic generat de stator și astfel, în spire se induce curent electric. Există atât generatoare electrice care furnizează curent continuu, cât și generatoare electrice de curent alternativ într-o gamă extrem de variată de puteri. Datorită prețului și randamentului, se utilizează, aproape în totalitate, generatoare de curent alternativ. Generatoarele de curent alternativ pot fi sincrone sau asincrone, funcționând la viteză fixă sau variabilă.

Frâna electromagnetică se montează înaintea tuturor aparatelor electrice, în panoul general și/sau pe stâlp. Această frână reprezintă un contactor care unește toate cele trei faze, generând prin circuitul nou format un curent de sens invers față de cel anterior acționării frânei. Prin această metodă se obține un cuplu magnetic care acționează în sens invers sensului de rotație al rotorului micșorându-i turația. O dată cu scăderea turației și efectul de frânare scade.

4. DESCRIEREA CASEI DE VACANȚĂ

4.1. Planul general al instalației de alimentare a casei

Figura 4.1. Planul general al instalației de alimentare

4.2. Planul de amplasare

Casa de vacanță este de tip parter și etaj (P+E) cu o suprafață utilă de 91 m2, amplasată la marginea stațunii, în vârful unuia dintre dealuri și este formată din următoarele camere:

Bucătărie,

Sufragerie,

Două holuri,

Două băi,

Două dormitoare,

Casa scării,

Încăperea de comandă electrică.

Planul casei este prezentat în figura 4.2.

Figura 4.2 Planul casei

Datele electroenergetice pentru obiectiv sunt următoarele:

Puterea instalată Pi [kW] 8,383

Puterea simultană maximă Ps [kW] 2,125

Tensiunea U [V] 230

Frecvența f [Hz] 50

Consumatorii de energie sunt formați din: aparatură de birou, echipamente electrocasnice, iluminat artificial. Consumatorii sunt alimentați de la tabloul instalației eoliene printr-un tablou general de protecție.

4.3. Instalația electrică a casei

4.3.1. Distribuția energiei electrice

Alimentarea tabloului general se face prin intermediul unor conductoare de tip FY 3×4 mm2 [2], prin canal de cabluri tip PVC 20×10 [3] montat aparent pe perete de la tabloul principal al turbinei eoliene. Din tabloul general se plecă cu cabluri 3x4mm2 FY îngropate în tub de protecție tip LPFLEX (H100) [4] de 20mm în tabloul secundar amplasat în holul locuinței. Dimensiunile tuburilor de protecție se aleg conform normativului i7/2007 [5]. Tablul electric general și secundar [6] are carcasă de plastic montată aparent, cu gardul de protecție IP 55. Tabloul instalației eoliene [7] este în carcasă metalică, montat aparent, tip IP55.

4.3.2. Instalațiile electrice de iluminat și prize

Alimentarea consumatorilor se face prin conductoare electrice în tub de protecție tip LPFLEX îngropat. Pentru o bună rezistență atât în timp cât și a efectelor curenților electrici, conductoarele se aleg din cupru, de tip FY. Se vor crea două circuite separate pentru instalația de iluminare și cea de prize.

Iluminatul s-a realizat după destinația încăperii în care se instalează, respectându-se normativul pentru proiectarea încăperilor de locuit NP 057-023 (tab.2.3). Astfel sistemul de iluminat oferă un confort vizual datorită repartizării uniforme în cameră a fluxului.

Instalația de prize s-a realizat respectând normativele în vigoare, fiind concepută să asigure siguranța în alimentare a consumatorilor, dar și a persoanelor din jur. Alegerea aparatelor ce intră în componența circuitului s-a realizat în funcție de locul de instalare, respectând normele de protecție.

5. DIMENSIONAREA CONDUCTOARELOR ELECTRICE

5.1. Dimensionarea circuitului electric al instalației de iluminat

Pentru economie de energie, toate sursele de iluminat sunt fluorescente și respectă normele de protecție a încăperii în care sunt instalate, oferind numeroase avantaje:

Durată de viață ridicată (20.000h);

Redarea culorilor este bună spre foarte bună (Ra=80%);

Eficiență economică bună (30-110lm/W);

Luminanță redusă;

Temperatura exterioară redusă;

Gama de puteri produse este mare (5-165 W).

Alegerea secțiunii conductoarelor se face în funcție de curentul calculat Ic și curentul maxim admis prin conductor Iz astfel:

Ic ≤ Iz (5.1)

Curentul de calcul pentru instalația de iluminat rezultă din relația:

Ic= Ncil * Icil (5.2)

unde: – Ncil reprezintă numărul corpurilor de iluminat,

Icil reprezintă curentul absorbit de un corp de iluminat, se calculează cu formula:

Icil = (5.3)

Unde cos φ=1, rezultă:

Icil = (5.4)

Unde: Nr reprezintă numărul surselor de iluminat,

Pcil reprezintă puterea corpului de iluminat [W],

U tensiunea de alimentare [V].

Pentru hol.

Icil = = 0,13 A (5.5)

Bucătarie.

Icil = = 0,66 A (5.6)

Camera de zi.

Icil = = 0,174 A (5.7)

Dormitor 1.

Icil = = 0,087 A (5.8)

Dormitor 2.

Icil = = 0,087 A (5.9)

Băi.

Icil = = 0,087A (5.10)

Anexă.

Icil = = 0,08 A (5.11)

Curentul total cerut de corpurile de iluminat este:

Ic = 2 * 0,13 + 0,66 + 0,174 + 0,087 + 0,087 +2* 0,086 +0,08= 1,51A (5.12)

Secțiunea conductoarelor instalației de iluminat se alege conform normativului I7/2011 [8] de 1,5 mm2 .

Verificarea relației 4.3.

1,51A ≤ 20A

Aceasta secțiune este capabilă să suporte curenții maximi ceruți, oferă o realizare durabilă în timp și posibilitatea schimbării fară probleme a sursei de iluminat. Fiecare lampă este legată prin intermediul unui conductor de protecție 1×1,5mm2 la priza de împământare. Toate cele 3 conductoare sunt îngropate în tub de protecție LPFLEX de 16mm. Aparatele de protecție a instalației de iluminat sunt disjunctoare Moeller [9] de 10A. Comanda circuitului de iluminat se realizează local, la nivelul fiecărei încăperi cu întrerupătoare [10] amplasate lângă ușă.

5.2. Dimensionarea circuitului electric al instalației de prize

Instalația de prize s-a realizat conform normativului I7/2011 [8] folosind conductoare având secțiunea de 2,5 mm2 capabile să suporte 19A. Alegerea prizelor s-a făcut în funcție de tipul încăperii unde vor fi montate, astfel pentru băi s-au ales prize rezistente împroșcărilor cu apă, având gradul de protecție IP44. Toate prizele [11] s-au prevăzut cu contacte de protecție legate la instalația de împământare, conductorul nulului de protecție fiind tip FY 1×2.5mm2. Toate cele 3 conductoare sunt montate îngropat în tub de protecție LPFLEX de 16mm, conform normativului I7/2007 [5]. Protecția circuitului de prize s-a realizat cu disjunctoare monopolare Moeller de 16A [9].

În figura 5.1 este prezentat instalația de prize și iluminat.

Figura 5.1. Instalația de prize și iluminat

5.3. Dimensionarea cablurilor instalației eoliene

Secțiunea conductoarelor de la generatorul eolian până la tabloul principal unde se realizează conversia energiei, se alege în funcție de distanța între acestea. În tabelul 5.1 sunt prezentate distanțele și dimensiunile conductoarelor conform producătorului american.

Tabelul 5.1. Tipul cablului recomandat în funcție de lungimea lui.

Deoarece sistemul eolian este construit în regim propriu, alimentând un singur consumator casnic, lungimea conductorului nu va fi mai mare de 275 metri, deci secțiunea cablului se alege AWG 14. Spcificațiile cablului AWG 14 (American Wire Gauge) sunt prezentate în tabelul 5.2.

Tabelul 5.2.. Specificațiile cablului ales.

Secțiunea aleasă conform specificațiilor producătorului și standardelor europene este de 2.5mm2. S-a ales cablul electric tip CYABY 3×2,5 mm [12], rezistent umidității. Acesta se montează îngropat în pământ până la tabloul general al instalației eoliene.

5.4. Dimensionarea secțiunii conductoarelor în tabloul sistemului eolian

Secțiunea conductoarelor între controller și baterii; controller și invertor se alege în funcție de curentul maxim ce le parcurge. Curentul maxim prin conductoare se determină din puterea maximă cerută de consumatori prin intermediul invertorului. Deoarece curentul este redresat, iar tensiunea fiind de 48V, curentul se calculează astfel:

I = P/U = 3500/48 = 72,9 A (5.13)

Unui asemenea curent, secțiunea corespunzătoare conductorului este de 25 mm2 conform normativului I7-2011.

6. REALIZAREA CIRCUITULUI DE ÎMPĂMÂNTARE

Instalația de împământare reprezintă o măsură pentru legarea tuturor echipamentelor electrice la pământ. Această instalație este necesară deoarece asigură:

Siguranța în funcționarea instalației electrice,

Limitează perturbațiile, asigurând compatibilitatea electromagnetică,

Evitarea electrocutării accidentale,

Protejează echipamentele electrice în cazul scurgerilor de tensiune.

Rezistența prizei de pământ trebuie să fie mai mică de 4[Ω]. În figura 6.1 este pozată priza de împământare.

Figura 6.1. Pozarea prizei de împământare.

Rezistența de dispersie a unui electrod vertical îngropat la adâncimea q se determină cu relația:

rv=0,366 (lg + lg ) [Ω] (6.1)

Unde:

-rezistivitatea de dispersie a solului [Ωm]

l -lungimea electrodului [m]

d -diametrul electrodului [m]

h –adâncimea medie la care este îngropat electrodul.

h = q + [m] (6.2)

Rezistența prizei verticale multiple se calculează cu formula:

RV= [Ω] (6.3)

Unde:

nv –numărul de electrozi verticali,

uv –factorul de utilizare al prizei de pământ.

Factorul de utilizare depinde de distanța dintre electrozi.

Rezistența unui electrod orizontal pozat la adâncimea q se determină astfel:

ro=0,366 *lg [Ω] (6.4)

Unde:

lp – lungimea platbandei,

b – lățimea platbandei.

Rezistența prizei orizontale multiple se calculează cu formula:

Ro= [Ω] (6.5)

Unde:

no – reprezintă numărul prizelor orizontale,

uo – reprezintă factorul de utilizare al prizei de pământ orizontale.

Factorul de utilizare al prizei de pământ se alege în funcție de numărul electrozilor și de distanța dintre aceștia din tabelul 6.1.

Tabelul 6.1. Valorile coeficienților de utilizare u.

Rezistența prizei de pământ se calculează cu relația:

Rp= [Ω] (6.6)

Rezistivitatea solului este o mărime caracteristică fiecărui tip de sol în parte și reprezintă rezistența electrică între două fețe opuse a unui cub din solul unde urmează a fi instalată priza de împământare. Rezistivitatea este influențată de relief și climă. Relieful influențează în mare măsură tipul de sol direct prin natura depozitului de suprafață prin procese de alterare a materiilor ce se depun pe sol sau erodare, dar și indirect prin factorii meteorologici specifici tipului de relief. Clima influențează solul prin temperatură, precipitații, iluviere, eluviere.

În tabelul următor este prezentată rezistivitatea în funcție de diferitele soluri.

Tabelul 6.2. Rezistivitatea în funcție de diferitele tipuri de soluri

Pentru dimensionarea prizei de împământare se aleg materiale din oțel zincat datorită faptului că are în timp o rezistență la coroziune mult mai bună față de cupru sau oțel inox. Electrozii au o lungime de 1,5 metri și un diametru de 6,8 cm. Aceștia sunt conectați prin intermediul unei platbande cu o lățime de 3 cm.

Tipul de sol specific localității Dealu Frumos este pământ argilos, cu o rezistivitate a solului de 80 [Ωm].

Se dau următoarele date:

Rezistivitatea solului =80 [Ωm]

Lungimea electrozilor l = 1,5 [m]

Adâncimea de ingropare a electrodului în pământ q= 0,7 [m]

Diametrul electrodului d=0,068 [m]

Numărul de electrozi verticali: 6

Spațiul dintre electrozi a=3*l=4,5 [m]

Se calculează:

h = 0,7 + = 1,45[m] (6.7)

Rezistența de dispersie a unui electrod vertical.

rv=0,366 (lg + lg ) = 33,57 [Ω] (6.8)

Rezistența prizei verticale multiple.

RV= =6,8 [Ω] (6.9)

Distanța aleasă între electrozi este a=3*l, de unde rezultă un coeficient de utilizare uv= 0,82.

Rezistența unui electrod orizontal pozat la adâncimea q se determină astfel:

ro=0,366 *lg =21,37 [Ω] (6.10)

Unde:

lp – lungimea platbandei 4,5m,

b – lățimea platbandei 0,03m.

Rezistența prizei orizontale.

Ro= =5,34 [Ω] (6.11)

Rezistența prizei de pământ este:

Rp= =2,99 [Ω] (6.12)

Se respectă condiția ca priza de pământ să aibă o valoare mai mica de 4 Ω.

2,99 ≤ 4 [Ω] (6.13)

În figura 6.2 se poate observa printr-un exemplu real modul în care se sapă șanțul pentru înfigerea electrozilor în pământ, precum și platbanda care se sudează de ei. Pentru protecția sudurii împotriva coroziunii se aplică un strat de smoală. Aceasta se toarnă pe capetele electrozilor și se întinde folosind o pensulă pe toată suprafața sudată cât și pe platbandă, aproximativ 30 – 40 cm.

Figura 6.2 Construcția unei prize de împământare

7. ANALIZA ECONOMICĂ

Lista materialelor și prețurile aferente instalației

Prețul final al turbinei se ridică la 50488 lei. Energia medie lunară cerută de consumatori este de 281 kW, prețul pieței actuale a energiei electrice este de 0.13€/kW adică 0.54 lei/kW rezultă că investiția se amortizează în 14,9 ani adică în 15 ani.

Prize și întrerupătoare.

Conductoare electrice.

Tuburi de protecție.

Corpuri de iluminat.

Siguranțe automate.

Doze

Pat de cabluri.

Cofrete.

Instalația de împământare.

Prețul final al instalației este de aproximativ 55700 RON, exceptând mâna de lucru pentru întreaga amplasare, instalare si legare a sistemului electric.

După cum se poate vedea, ponderea cea mai mare a prețului de investiție depinde cel mai mult de sistemul eolian.

Ținând cont de faptul că sistemul eolian este făcut să susțină alimentarea cu energie electrică pe o perioada îndelungată de timp datorită faptului că principala “materie primă” și anume vântul este o resursă inepuizabilă in natură, se consideră o investiție rentabilă montarea lui. Suplimentar se mai pot monta turbine eoliene sau panouri solare pentru a capta energie și în zilele călduroase de vară atunci când vântul este slab.

Atunci când rețeaua energetică o va permite, se va putea injecta surplusul de electricitate în sistemul energetic național, pe acest transfer, deținătorului sistemului eolian putând fi rasplătit în bani pentru energia vândută.

8. PROTECȚIA MUNCII ÎN INSTALAȚIILE DE JOASĂ ȘI MEDIE TENSIUNE

Datorită curenților mari, prezenți în montajul realizat, se vor respecta următoarele reguli de protecția muncii:

Art. 795. Controlul și supravegherea instalațiilor de joasă tensiune se face de către electricianul care se ocupă și cu instalațiile de înaltă tensiune sau de un electrician special desemnat în acest scop.

Art. 797. În timpul controlului se va urmării ca părțile metalice ale instalațiilor, care în mod accidental ar putea fi puse sub tensiune, să fie legate la instalația de protecție.

În timpul controlului făcut de o singură persoană, acesteia îi este interzisă demontarea îngrădirilor de protecție.

Art. 798. Electricianul care face control va fi dotat cu indicator de joasă tensiune pe care-l va folosi înainte de a atinge cu mâna liberă părțile metalice ale instalației sau echipamentului metalic.

Art. 800. Când se descoperă un conductor al unei linii de joasă tensiune rupt, căzut la pământ sau care atârnă, persoana care face controlul trebuie să folosească mănușile electroizolante și cu cleștele patent să taie acest conductor, pentru a nu prezenta un pericol pentru trecători, sau să organizeze paza lui și să anunțe echipa de întreținere sau de avarii pentru înlăturarea defectului.

Art. 801. Persoanele care execută supravegherea periodică a liniei nu trebuie în nici un caz să se atingă de un conductor căzut la pământ decât după ce s-a convins că acest conductor nu este al unei linii de înaltă tensiune.

Art. 806. Manevrarea separatoarelor și întreruptoarelor se execută cu mănuși electroizolante, stând pe un covoraș de cauciuc dielectric sau pe un podeț izolant.

Art. 815. Din punctul de vedere al măsurilor de securitate, lucrările care se execută în instalațiile electrice de joasă tensiune se împart în trei categorii:

– lucrări cu scoaterea totală de sub tensiune a instalației;

– lucrări cu scoaterea parțială de sub tensiune a instalației;

– lucrări sub tensiune.

Art. 816. Prin lucrare cu scoaterea totală de sub tensiune a instalației se înțelege o lucrare executată într-o încăpere în care au fost scoase de sub tensiune toate părțile aflate normal sub tensiune, cu excepția circuitelor pentru iluminat interior.

Art. 817. Prin lucrare cu scoaterea parțială de sub tensiune se înțelege o lucrare care se execută într-o încăpere în care este scoasă de sub tensiune numai o anumită parte a instalației și anume partea la care se execută lucrarea.

Art. 819. Pentru lucrările care se execută cu scoaterea parțială sau totală de sub tensiune a instalației trebuie luate următoarele măsuri tehnice de pregătire a locului de muncă, în ordinea indicată mai jos:

– se execută scoaterile necesare de sub tensiune și se iau măsuri care să împiedice punerea în funcțiune a părților din instalație, prin care s-ar putea da tensiune la locul de muncă, (blocarea mecanică etc);

– se montează îngrădiri provizorii și se așează plăci avertizoare;

– se leagă la instalația de protecție (prin legarea la pământ sau la nul) dispozitivele mobile de scurtcircuitare și legare la pământ și se verifică lipsa tensiunii în partea instalației unde urmează să se execute lucrările;

– se leagă la instalație dispozitivele de scurtcircuitare și legare la pământ mobile, imediat după ce s-a efectuat verificarea lipsei de tensiune.

Art. 822. În locul în care se va executa lucrarea, trebuie să fie scoase de sub tensiune:

– părțile aflate sub tensiune, la care se va executa lucrarea;

– părțile aflate sub tensiune, care se găsesc la o distanță mai mică de 0,35 m de locul de muncă.

Părțile sub tensiune care se găsesc față de locul de muncă la distanțe de 0,35 m sau mai mare pot rămâne în funcțiune, însă trebuie îngrădite.

Art. 823. Scoaterea de sub tensiune trebuie făcută în așa fel, încât siguranța executării operației să fie perfectă. Pentru aceasta, scoaterea de sub tensiune se face prin manevrarea întrerupătoarelor și scoaterea siguranțelor.

9. CONCLUZII

Omenirea are în permanență nevoie de energie electrică. Datorită faptului că sursele de energie fosilă nu vor exista la infinit, iar efectul arderii acestor combustibili este poluarea, dar și datorită prețului mare, oamenii au căutat o energie nepoluantă, care să fie ieftină: energia regenerabilă. Energia eoliană este o formă de energie regenerabilă produsă de vânt.

La început, energia eoliană era folosită sub formă mecanică, însă astăzi energia vântului este folosită pentru a produce energie electrică. Energia eoliană este folosită intens pe plan mondial, aceasta fiind sursa de energie cu cel mai dezvoltat ritm de creștere din ultimii ani.

Turbinele de vânt sunt întâlnite în zonele rurale, pentru alimentarea sarcinilor izolate, dar acestea se pretează foarte bine și zonelor urbane. În alimentarea sarcinilor izolate se utilizează acumulatori care stochează energia electrică, apoi aceasta este folosită mai târziu, asigurând continuitate în alimentare a consumatorilor. Datorită zonelor terestre puține unde viteza vântului este suficientă și constantă pe parcursul anului, numărul fermelor offshore este în continuă creștere.

Turbinele eoliene funcționează aproximativ 60% din an, comparativ cu turbinele pe gaz care operează 80% din an; în primul caz investiția se amortizeaza în 7 – 17 ani. Cea mai multă energie electrică este produsă iarna, când cererea de energie este mare. De asemenea, acestea funcționează mai mult pe timp de zi, acest lucru fiind benefic deoarece consumul de electricitate maxim se realizează în această perioadă.

Turbinele au o durată de viață de aproximativ 25 de ani, iar investiția se acoperă în 15 ani, de unde rezultă 10 ani de energie neplătită, ceea ce înseamnă că utilizatorul plătește doar 60% din energia produsă, iar de restul de 40% beneficiază fără costuri.

Datorită poluării care este practic inexistentă, a vântului din abundență, dar și numeroaselor avantaje pe care le posedă, energia eoliană reprezintă o sursă de energie a viitorului.

10. BIBLIOGRAFIE

Gasch, R., Twele, J. Wind Power Plants: Fundamentals, Design, Construction and Operation. Berlin: Editura Springer, 2012.

Crome, Horst. Tehnica utilizării energiei eoliene. Manual de execuție. Editura Mast, 2011.

Chinchilla, R., Guccione, S., Tillman J. `Wind Power Technologies: A Need for Research and Development in Improving VAWT`s Airfoil Characteristics`, The Official Electronic Publication of The Association of Technology, Management, and Applied Engineering, 27 (1): 1-6, 2011

Chiriță, G., Alexe, C. Cartea Instalatorului Electrician (ediția a III-a), București: Editura Tehnică, 1970.

Cloțea, Luminița. `Curs de energie eoliană` Surse de energie

European COOPER Institute: Ghid de Aplicare – Calitatea Energiei Electrice.

European COOPER Institute: Legarea la pământ & CEM.

Gerin, M., Square, D. Manualul instalațiior electrice, Schneider Electric.

Rock, Mary, Parsons, Laura. `Offshore Wind Energy`, Environmental and Energy Study Institute, Washington, 2010.

Whisper 500 Owner`s Manual . Southwest Windpower, 2012.

Normative

Normativ pentru proiectarea, execuția și exploatarea instalațiilor electrice aferente clădirilor, indicativ I 7 – 2002.

Normativ pentru proiectarea, execuția și exploatarea instalațiilor electrice aferente clădirilor, indicativ I 7 – 2007.

Normativ pentru proiectarea și executatea rețelelor de cabluri electrice NTE 007/08/00.

Site-uri

Invertor http://www.esolare.ro/index.php?page=shop.product_details&flypage=flypage.tpl&product_id=671&category_id=110&option=com_virtuemart&Itemid=45

Baterii

http://newpower01.en.made-in-china.com/product/vXCxSwfdMQVk/China-12V80ah-AGM-Lead-Acid-Battery-for-UPS-NM12-80X-.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power

Conductoare

http://www.rcbelectro.ro/Conductoare-izolate-pentru-instalatii-electrice.html

Magazin electric http://electroshops.ro/

Revista Electro Power http://www.powermag.com

http://ro.wikipedia.org

Resurse software.

AutoCAD 2006

Homer

CADdy++ – SEE Electrical school version

11. ANEXĂ

[1] Alegerea consumatorilor

1. Cuptor cu microunde; putere 800W

2. Frigider

3. Plită electrică Electrolux inductie; putere 2,3 kW

4. Mașină de spălat rufe; putere 900 W

5. Televizor; putere 24W

6. Sistem audio; putere 35W

7. Boiler electric; putere 2 kW

[2] Cabluri utilizate

CONDUCTOR DE CUPRU CU IZOLAȚIE DIN PVC, PENTRU UTILIZARE NORMALĂ, DE TENSIUNE NOMINALĂ U0/U: 450/750V

Simbolizare: H07V2-U 450/750V

1 – Conductor de cupru rotund unifilar (clasa1), conform SR CEI 60228

2 – Izolație de PVC tip TI3 conform SR HD 21.1 S4: 2004

Standard de referință : SR HD 21.3S3:2001

SR HD 21.3S3:2001/A1:2001

SR HD 21.3S3:2001/A2:2009

DIN VDE 0281-3(VDE0281 teil3):2001+A2:2009.

[3] Canal de cabluri PVC

[4] Tub de protecție

[5] Normativul I7-2007, alegerea dimensiunilor tuburilor de protecție

Alegerea diametrului tuburilor IPEY și țevilor PVC în cazul conductelor FY, AFY sau similare.

Conform acestui normativ, pentru tuburi s-au ales următoarele dimensiuni:

[6] Tablouri electrice

Din catalogul firmei Legrand se aleg:

Pentru tabloul general se alege cofretul de tip 017 32.

Pentru tabloul secundar se alege cofretul tip 017 34.

[7] Tabloul general al instalației eoliene

Din catalogul firmei Himel se allege tabloul metalic cu următoarele dimensiuni: 800x600x300, având gradul de protecție IP55.

[8] Normativul I7/2011

Secțiunile minime admise pentru conductoarele utilizate în instalațiile electrice din interiorul clădirii.

[9] Siguranțe automate modulare

[10] Întrerupătoare folosite

Întrerupător simplu, curent nominal de 10 amperi, iar gradul de protecție este IP20.

Întrerupător dublu, curent nominal de 10 amperi, iar gradul de protecție este IP20.

[11] Prizele alese

Prize simple de 16A, IP20

Prize rezistente împroșcărilor cu apă, IP44

[12] Cablul instalației eoliene CYABY 3×2,5 mm