Umanitatea a utilizat energia eoliană încă de la începutul civilizație penrtru a măcina grăunțe, pentru a pompa apă din puțuri adânci sau la punerea… [307036]

Byadmin

Capitolul 1. Introducere

Umanitatea a utilizat energia eoliană încă de la începutul civilizație penrtru a [anonimizat] a pompa apă din puțuri adânci sau la punerea în mișcare a bărcilor cu vele.

[anonimizat] a perfectionat capacitatea turbinelor de a converti puterea generată de mișcarea maselor de aer în energie electrică. Turbinele eoliene au multe avantaje care le fac să fie o [anonimizat]. [anonimizat]. Combustibilul “vântul” [anonimizat] a cumpăra transporta sau depozita combustibili costisitori. [anonimizat] a electricității.

[anonimizat]. [anonimizat], o mulțime de soluții noi și surprinzătoare care sunt fie în faza de dezvoltare sau doar ce au apărut pe piață.

[anonimizat] a proteja mediul înconjurător.

1.1 Scut istoric al turbinelor eoliene.

Prima întrebuințare a energiei vântului a fost de-a [anonimizat]. Pe uscat anticii foloseau mori de vânt pentru a măcina grânele sau a pune în funcțiune sisteme de irigații.

În Europa primele mori de vânt au fost construote în secolul al 12-[anonimizat], Germania și Danemarca. [anonimizat], [anonimizat].

În Olanda morile de vânt au fost folosite de către Jan Leegwater și inginerii danezi pentru a drena zonele mlăștinoase pentru a putea putea crește recolte și construii case.

Primele mori de vânt europene puteau produce o 25-30 kW de putere mecanică. Acestea aveau o [anonimizat], unele aveau capacitatea de-a controla orientarea rotorului astfel putânt capta vântul mai eficient sau pentru a proteja moara de vântul puternic prin scoaterea rotorului de pe direcția vântului.

În Statelor unite ale americii morile de vânt se foloseau în deosebi pentru a [anonimizat]. Inginerul american Thomas Perry, a reusit să îmbunătățească eficiența rorotului prin modificarea palelor. Afaceristul La Verne Noyer a construit cea mai apreciata moară de vănt ”Aermotor” care a revoluționat morile de vânt și încă se foloseste și în zilele noastre.

Danemarca a fost prima tară în care s-au folosit turbine eoliene pentru a genera energie electrică la scară largă. Aceste trubine aveau un diametru de 23 m, iar până în anul 1910 câteva sute de astfel de turbine ce aveau puteri între 5 până la 25 Kw erau operaționale în danemarca.

De cealantă parte a oceanului Atlantic, Charles F. Bush construiește o turbină ce poate genera 12 kW și o folosește pentru iluminatul și alimentarea unor motoare în laboratorul său. În anul 1925 pe piața americană apar turbine eoliene cu două sau trei pale ce sunt folosite la ferme pentru a alimenta radiouri și diverse aparate casnice.

Pe perioada celui de-al doilea război mondial, mici generatoare eoliene erau folosite pe submarinele germane la încărcarea bateriilor ca o măsură de economisire a combustibilului.

În prezent energia eoliană este captată de către turbine eoliene grupate într-o locație formând parcuri eoliane. Un asemenea parc poate fi alcătuit din mai multe sute de turbine eoliene distribuite pe o suprafață extinsă, iar terenul dintre turbine poate fi folosit în scopuri agricole sau de altă natură, acest lucru fiind posibil datorită faptului că fundația unei turbine nu ocupă o suprafață foarte mare. Deasemenea parcurile eoliene se pot afla și în locații offshore unde nu există probleme legate de ocuparea spațiului.

Energia eoliană offshore se referă la construirea de ferme eoliene în corpurile mari de apă pentru a genera energie electrică. Aceste instalații pot utiliza vânturile puternice și mai frecvente, care sunt disponibile în aceste locații și au un impact mult mai mic asupra peisajului estetic decât proiectele bazate pe teren. Cu toate acestea, costurile de întreținere și de construcție sunt considerabil mai mari.

1.2 Cadru legislativ privind generarea de energie din resurse regenerabile

Datorită epuizării pe plan mondial a rezervelor de combustibili fosili ce acționează în mare parte centralele de producere a energiei electrice, se încearcă la ora actuală o reorientare asupra surselor neconvenționale de producere a energiei electrice, din aceste forme facând parte și sistemele eoliene. Deși folosite în trecut doar pentru aplicații de mica putere – de obicei pentru aplicații tip încarcare de acumulatori – datorită progreselor facute în domeniul magneților permanenți și al generatoarelor eoliene, se poate discuta astazi de sisteme ce ajung la performante superioare în ceea ce priveste randamentul fată de centralele clasice.(Ex:Generatorul eolian NORDEX 2,5 MW).

În martie 2007 Comisia europeană a lansat Noua Politica Energetică a Uniunii Europene pe termen mediu, 2020, care este marcată de trei obiective importante, respectiv: cresterea securității alimentarii cu energie, cresterea competitivității în domeniul energiei precum și reducerea impactului asupra mediului. Ca parte din această politică, sefii de stat si de Guvern au convenit asupra unor tinte obligatorii pentru cresterea cotei energiei regenerabile.

Dispoziții europene în vigoare:

Directiva 2001/77/CE a Parlamentului European și a Consiliului privind promo-varea electricitatii produse din surse de energie regenerabile.

Directiva 2003/30/CE a Parlamentului European și a Consiliului de promovare a utilizarii biocombustibililor și a altor combustibili regenerabili pentru transport.

În 30 ianuarie 2008 Comisia Europeană a inaintat spre dezbatere propunerea Directiva privind promovarea utilizarii energiei din surse regenerabile, o Directivă cuprinzatoare, care legiferează toate cele trei sectoare ale energiei regenerabile.

Agentia Internatională a Energiei estimează că:

În anul 2030, Europa va importa energie in proportie de 70%.

Resursele de petrol se vor epuiza in 40 de ani.

Gazele naturale mai sunt disponibile pentru inca 60 de ani de acum incolo.

Consumul actual va duce la epuizarea in 200 de ani a resurselor de carbune.

Energia eoliana este considerată ca una din optiunile cele mai durabile dintre variantele viitorului, resursele vântului fiind imense. Se estimează că energia eoliană recuperabilă la nivel mondial se situează la aproximativ 53 000 TWh (TerraWattora), ceea ce reprezintă de 4 ori mai mult decât consumul mondial actual de electricitate.

Energia eolianăeste folosita extensiv in ziua de astazi, și turbine noi de vânt se construiesc in toata lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă crestere in ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste 25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.

La nivel national, domeniul este reglementat in linii generale, de Legea energiei nr.13/2007 și de o serie de hotarâri ale Guvernului: H.G. nr. 443/2003 privind promovarea productiei de energie electrică din surse regenerabile. H.G. nr.1982/2004 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei electrice din surse regenerabile de energie si H.G. nr.1535/2003 privind aprobarea strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie. Directiva 2003/30/CE a fost transpusă prin H.G. nr.1844/2005 privind promovarea utilizarii biocarburantilor și a altor carburanti regenerabili pentru transport, amendată de H.G. nr.456/2007.

LEGEA nr. 220 din 27 octombrie 2008 stabileste cadrul legislativ pentru promovarea producerii energiei din surse regenerabile de energie:

Termeni, modalitati și actiuni, responsabilitati, durate de aplicare etc;

Nivelul tintelor nationale privind ponderea energiei electrice din surse regenerabile de energie in consumul final de energie electrică in perspectiva anilor 2010, 2015 si 2020: respectiv 33%, 35% si 38%;

Cotele obligatorii anuale de certificate verzi pentru perioada 2008-2020, modul de atribuire și tranzactionare;

Accesul la reteaua electrică și comercializarea energiei electrice produse din surse regenerabile de energie;

Monitorizare si raportare, facilităti acordate.

ART. 3

Sistemul de promovare stabilit prin legea 220/2008 se aplică pentru energia produsă din:

Energie hidro;

Energie eoliană;

Energie solară;

Energie geotermală si gazele combustibile asociate;

Biogaz;

Gaz de fermentare a nămolurilor din instalatiile de epurare a apelor uzate și care este livrată in reteaua electrică.

În vederea realizarii obiectivelor ationale stabilite in prezenta anexa, este evidentiat faptul că orientarile pentru ajutoarele de stat in favoarea protectiei mediului recunosc necesitatea continuă a mecanismelor nationale de sprijin pentru promovarea energiei din surse regenerabile.

1.3 Principi fizice ale conversiei energiei eoliene.

Componenta primară a turbinei eoliene este convertorul energetic care transformă energia cinetică conținută în aerul în mișcare, în energie mecanică. Extracția de energie mecanică de la un flux de aer aflat în mișcare, cu ajutorul unui convertizor în formă de disc urmează propriile reguli de bază.

Creditul pentru recunoașterea acestui principiu este acordat lui Albert Betz. Între 1922 și 1925, Betz a publicat o serie de scrieri în care a putut demonstra că, aplicând legi fizice elementare, energia mecanică extrasă dintr-un flux aerian care trece printr-o zonă transversală dată este limitată la o anumită proporție fixă de energia sau puterea conținută în acel fluxul de aer. În plus, el a constatat că extracția optimă a puterii ar putea fi realizată doar la un anumit raport între viteza fluxului de aer aflat în fața convertorului de energie și viteza fluxului aflat în spatele convertorului.

Deși "teoria impulsului" a lui Betz, care presupune un convertor de energie care lucrează fără pierderi într-un flux de aer datorită forțelor de frecare, rezultatele obținmute de acesta pot fi utilizate pentru a efectua calcule brutesimple.

Teoria momentului elementar a lui Betz

Energia cinetică a umei mase de aer m care se minșcă cu o viteză v poate fi exprimată ca:

Considerând un anumit perimetru A, prin care masa de aer se deplasează cu viteza v, volumul V care trece prin perimetrul A într-o perioadă de timp este:

Iar fluxul de masă cu densitatea aerului ϱ este:

Puterea aflată într-o masă cu densitatea care se deplasează cu viteza prin preremetrul A se poate afla cu relațian:

Problema este dată de cantitatea de energie care poate fi extrasă dintru-un curent de aer de către un convertizor de energie. Energia mecanică poate fi extrasă prin absorbirea energiei cinetice din fluxul de aer, asta însemnând că pentru un flux de masă neschimbat, viteza fluxului de aer din spatele convertizorului trebuie să scadă. Însă viteza scăzută duce la creșterea sectiunii transversale prin care trece fluxul de aer datorită necesităti ca acelas flux de masă să își continue mersul. Astfel este necesar să se considere condițiile din fața și spatele convertizorului.

Aici reprezintă viteza vântului înaintea convertor iar viteza vântului după convertizor.

Energia mecanică pe care convertizorul o extrage din curentul de aer corespunde cu diferența de putere a fluxului de aer înainte și după convertor.

Menținerea fluxului de masă necesită ca:

Astfel:

Din această ecuație putem deduce că puterea ar atinge valuarea maximă când viteza fluxului de aer după convertor ar fi zero. Însă acest rezultat nu poate avea sens din punct de vedere fizic. Dacă viteza de după convertor ar fi zero, atunci viteza din fața convertorului ar trebui să fie tot zero asta însemnând că nu va mai exista un curent de aer prin convertor, astfel un rezultat ce ar permite exitența unui flux de aer prin convertor constă într-o anumită ratie a unde puterea ce poate fi extrasă atinge un maxim/

Asta presupune o altă ecuație ce exprimă puterea mecanică a convertoruli. Folosind legea conservării momentului, forța pe care aerul o exercită asupra convertorului poate fi exprimată ca:

Potrivit principiului acțiunii și reacțiuni, acestă forță, trebuie să-i se opună o forță egală exercizată de către convertor asupra fluxului de aer. Aceată forță împinge masa de aer la viteza de intrare prezentă în planul convertizorului.

Astfel, puterea mecanică extrasă din curentul de aer poate fi derivată din diferența de putere de dinainte și după convertor.

Viteza curentului prin convertor este egală cu:

Fluxul de masă devine:

Puterea mecanică extrasă de convertor poate fi exprimată ca:

Pentru a oferi o referință, puterea extrasă, este comparată cu puterea unui flux de aer ce trece prin acelaș perimetru A fără ca puterea mecanică să fie extrasă din el.

Raportul dintre puterea mecanică extrasă de convertor și puterea din fluxul de aer nedisturbat poartă numele de Coeficient de putere:

Sau:

Betz a fost primul care a derivat această valuare astfel că aceasta este cunoscută și sub numele de factorul Betz.

Stiind că coeficientul de putere ideal este atins pentru :

Este necesar să se reamintească faptul că aceste relații de bază au fost derivate pentru un flux ideal, fără frecare, și că rezultatul a fost, evident, derivat, fară a avea o privire atentă la convertorul de energie eoliană. În cazuri reale, coeficientul de putere va fi întotdeauna mai mic decât valoarea Betz ideală. Constatările esențiale derivate din teoria impulsurilor pot fi rezumate în cuvinte după urmează:

Puterea mecanică care poate fi extrasă dintr-un flux de aer liber de un convertor energetic crește cu a treia putere a vitezei vântului.

Puterea crește liniar cu suprafața transversală a convertorului traversat; astfel, crește cu pătratul acestui diametru, în cazul în care zona este un cerc.

Chiar și cu un flux de aer ideal și o conversie fără pierderi, raportul de lucru al puterii mecanice extrase, la puterea conținută în vânt este limitată la o valoare de 0,593. Prin urmare, doar aproximativ 60% din energia eoliană a unei anumite secțiuni transversale poate fi transformată în putere mecanică.

Când coeficientul ideal de putere atinge valoarea maximă, viteza vântului în planul fluxului ce străbate convertor se ridică la două treimi din viteza vântului netulburat și este redusă la o treime în spatele convertorului.

1.3 Conversia energiei eoliană utilizând portanță și împingerea

Teoria impulsului emisă de către Betz indică valoarea limită fizică, ideală pentru extracția puterii mecanice dintr-un flux de aer liber, fără a lua în considerare proiectarea convertorului energetic. Cu toate acestea, puterea care poate fi Obținută în condiții reale nu poate fi independentă de caracteristicile convertorului energetic.

Prima diferență fundamentală care influențează considerabil puterea efectivă depinde de forțele aerodinamice utilizate pentru producerea puterii mecanice. Toate corpurile expuse la influența unui flux de aer experimentează o forță aerodinamică a cărui componente sunt definite ca înpingere aerodinamică în direcția fluxului de aer, și ca portanță aerodinamica la un unghi drept pe direcția de curgere a aerului. Coeficienții de putere reali obținuți variază foarte mult în dependență de faptul dacă inpingerea aerodinamică sau portanța aerodinamică este utilizată.

1.3.1 Dispozitive cu înpingere

Acest sunt considerate ca fiind cele mai simple mecanisme prin care poate fi absorbită energia eoliană.

Aerul acționează pe suprafața A cu viteza iar puterea capturată P care poate fi calculată pentru înpingera aerodinamică D, perimetrul A și viteza cu care se mișcă:

Viteza relativă care influențează pe suprafața de înpingere este decisivă pentru înpingerea aerodinamică. Folosind coeficientul de inpingere înpingerea aerodinamică poate fi exprimată ca:

Puterea rezultată este:

Dacă puterea este exprimată din nou în ceea ce privește puterea conținută de un fluxul de aer liber, se obține următorul coeficient de putere:

Analog la abordarea finală descrisă anterior, se poate arăta că ajunge la o valoare maximă, cu un raport de viteză de . Valoarea maximă este:

Ordinea de magnitudine a rezultatului devine clară în cazul în care se ia în considerare faptul că coeficientul aerodinamic de înpingere de pe o suprafață concavă curbată împotriva direcției vântului poate depăși cu greu o valoare de 1,3. Astfel, coeficientul maxim de putere al unui rotor pur de tip înpingere devine:

1.3.2 Dispozitive cu portanță

Dacă forma palei permite utilizarea forței portante, se poate obtine un coeficient de putere mult mai mare. Analog condițiilor existente în cazul avioanelor, utilizarea portanței crește considerabil eficiență.

Toate tipurile moderne de rotoare eoliene sunt proiectate pentru utilizarea acestui efect și tipul cel mai potrivit pentru acest scop este tipul elicei cu axa de rotație. Viteza vântului este vectorial combinată cu viteza periferică a palei rotorului. Când pala rotorului se rotește, aceasta este viteza periferică pe o secțiune transversală a palei la o anumită distanță de axei de rotație. Împreună cu coarda paletei, viteza rezultată a fluxului liber de aer formează unghiul aerodinamic de atac. Forța aerodinamică creată este descompusă într-o componenta în direcția vitezei curentului de aer, înpingerii, și o componentă perpendiculară pe viteza fluxului de aer L. Forța portantă, la rândul său, poate fi rezolvată într-o componentă în planul de rotație a rotorului, și o a doua componentă perpendiculară pe planul său de rotație. Componenta tangentă constituie cuplul de conducere al rotorului, în timp ce este responsabil pentru tracțiunea rotorului.

Palele moderne dezvoltate pentru aripi de aeronave și care au găsit, de asemenea, aplicarea în rotoare eoliene, au un raport extrem de favorabil portanță/înpingere (E). Acest raport poate ajunge la valori de până la 200.

Acest fapt arată doar calitativ cât de mult mai eficace este utilizarea efectului de portanță ca o forță motrice.În acest stadiu, cu toate acestea, nu mai este posibil să se calculeze coeficienții de putere realizabil de rotoare de acest tip doar cu ajutorul relațiilor fizice elementare. Sunt necesare modele teoretice mult mai sofisticate.

Unele tipuri de rotoare, de exemplu rotorul Savonius, pot fi construite atât ca rotoare pure de tip înpingere, cât și cu forma aerodinamică corespunzătoare, ca rotoare care utilizează parțial forța portantă.

Capitolul 2. Turbine eoliene urbane

În prezent există multe tipuri de turbine ce ar putea fi folosite în zonele urbane pentru aputea produce energie. În ultimi ani pe întreaga planetă au aparut noi modele și soluții în ceea priște energia eoliană. Iar chiar dacă o parte dintre aceste idei sunt prototipuri sau chiar imposibile, multe sunt modele fezabile.

Marea majoritate a turbinelor eoliene aparțin indivizilor sau corporațiilor aceștia folosindule pentru obțoine electricitate sau putere mecanică. Astfel, turbinele eoliene sunt în principal folosite pentru a produce o forță utilă. Însă, dimensiunile turbinele industriale moderne, în combinație cu rotația acestora face din turbinele eoliene cele mai evidente obiecte din zonele în care sunt montate. Câteva localități au exploatat atenția generată de către turbinele eoliene plasândule pentru a fi observate de catre public, sau chiar organizând centre pentru vizitatori. Majoritatea turbinelor eoliene sunt turbine cu axul orizontal, trei pale și generează electricitate pentru a fi trimisă în rețeau de energie, dar pot avea și roluri mai neconventionale precum demonstrarea diverselor tehnologii sau chiar educație.

2.1 Tipuri de turbine eoliene

2.1.1 VAWT

Turbinele eoliene Savonius

Turbinele eoliene Savonius sunt un tip de VAWT, folosit pentru a transformând puterea vântului în cuplul pe un arbore rotativ. Au fost inventate de inginerul finlandez Sigurd J. Savonius în 1922.

Turbinele Savonius sunt una dintre cele mai simple turbine. Din punct de vedere aerodinamic, ele sunt turbine ce funcționează prin înpingere, acestea sunt fiind compuse din două sau mai multe cupe. Dacă rotorul ar fi privit de sus, această turbină ar arata ca o literă "S" în secțiune.Din cauza formei acestei curbure, turbina experimeneză mai puțin fenomenul de înpingere atunci când cupele se mișcă împotriva vântului decât atunci se deplasează cu vântul. Din cauza acestei înpingerii diferite turbina Savonius să se rotească. Pentru că acestea sunt dispozitive de tip înpingere, turbinele Savonius extract mult mai puțin din puterea vântului decât alte turbine ce funcționează datorită forței portante, cu dimensiuni similare. O mare parte din zona de acționare a vântului asupra rotorului a unei turbine Savonius se află aproape de sol, ceia ce face ca extragerea de energie să fie mai puțin eficientă datorită vânturilor mai scăzute de la înălțimi mici.

Turbinele Savonius sunt folosite îndeosebi în situațiile în care costurile și fiabilitatea sunt mult mai importante decât eficiența. Spre exemplu anemometrele sunt turbine Savonius, eficiența fiiind irelevantă pentru această aplicație. Însă se folosesc și turbine Savonius de dimensiuni mari pentru situațiile în care puterea necesară nu este mare și se necesită foarte puțină mentenață. Designul acestora este mult simplificat deoarece spre deosebire de HAWT nu este mecesar un mechanism de orientare care să urmărească direcția din care bate văntul iar turbina se autopornește.

Turbine eoliene Darrieus

Rotorul Darrieus a fost inventat de către Frenchman George Darrieus și patentat în 1931 în Statele Unite ale Americe. Datorită înfățișări a devenit cunoscut ca și bătătorul de ouă.

Palele rotorului sunt prinse de partea superioară și de parte inferioară a axului și are forma uniu arc. Această formă funiculară permite ca palele roturului să nu fie expuse la forțe de îndoire în momentul în care rotorul se află în funcțiune.

Acest tip de turbine au o eficiență acceptabilă, dar produc un stres ridicat în turn ceia ce face ca fiabilitatea acestora să aibă de suferit. Deasemenea necestită o fortă exterioară pentru a putea fi puse în funcține avânt un cuplu de pornire scăzut, însă acest lucru poate fi rectivicat prin încorporarea une mici turbine Savonius. Tot odată integrarea unei turbine Savonius poate regula viteza maximă a rotorului prin adăugare unei forțe de înpingere la viteze ridicate ale vântului. Cuplul de rupere poate fi redus prin folosirea a trei pale ceia ce duce la o creștere a solidității rotorului. Soliditatea este măsurată aria palei supra aria rotorului.

O sub clasă a turbinelor Darrieus sunt așanumitele rotoare-H, care pot fi Giromill sau Cicloturbine.

Giromill.

Brevetul lui Darrieus din 1927 a acoperit deasemenea, practic orice posibil aranjament folosind pale verticale. Unul dintre cele mai comune aranjamente era Giromill-lul, unde forma comună de bătător de ouă a turbinelor Darrieus era înlocuit de pale drepte verticale ce erau prinse de axul central cu suporți orizontali. Această versiune a turbinei Darrieus este mult mai simplu de construit, dare rezultă într-o structură mult mai masivă care necesită pale mai puternice.

În prezent acest tip de turbine profită de materialele moderne care oferă proprietăți mecanice mult mai bune, însă și o reducere în greutate făcând acest tip de turnine mult mai avantajoase.

Giromill-urile sunt deobicei puse în funcțiune de către două sau trei pale. Sunt mai puțin eficiente, necesită vânturi puternice pentru a putea fi puse în funcțiune (sau un motor) și pot avea probleme cu menținerea unei rotați constante. Însă funcționează bine în zonele cu curenți turbulenți și sunt o obține bună pentru zonele în care turbinele cu ax orizontal nu sunt potrivite.

Cicloturbinele

O altă variantă a turbinelor Darrieus este Cicloturbina, în care palele sunt montate astfel să se poată roti în jurul axei lor verticale. Acest fapt lasă palele să fie "așezate", astfel încât să fie ele au întotdeauna un anumit unghi de atac relativ la vânt. Principalul avantaj al acestui design este dat de faptul că cuplul generat rămâne aproape constant pentru un unghi destul de larg, deci o Cicloturbina cu trei sau patru pale are un cuplu destul de constant. Peste acest interval de unghiuri, cuplul în sine este aproape de maximul posibil ceea ce înseamnă că și sistemul generează mai multă putere.

Acest tip de turbină are și avantajul de a fi capabilă de autopornire prin punera palei din amonte pe direcția vântului pentru a genera o forță de înpingere. Un dezavantaj al fi complexitatea mecanismului de pitchiuire precum și necesitatea unui senzor pentru a determina direcția vântului.

Configurare orizontală a turbinelor Darrieus

Acest design este bazat pe o turbină Darrieus clasică, dar poziționată pe orizontală. Sunt gândite pentru a fi amplasate în zonele urbane pe acoperișurile clădirilor. Configurația orizontală face ca structura acestora să fie simplificată și diminuează inpactul asupra peisajului.

Dezavantajul reprezentând faptul că turbinele sunt fixate pe structură, acestea neputând să prindă vântul din toate direcțiile, dar pot excela la capturarea vântului ce se ridică de pe fațada clădirilor.

Design-uri alternative

Deasemenea exită turbine care folosesc conceptele oferite de Darrieus și Savonius. Aceste turbine având deobicei o formă helicoidală, avănd pale sau cupe răsucite.

Pale răsucite

În încercarea de a înbunătăți eficiența turbinelor eoliene, turbinele eoliene elicoidale care sunt dezvoltate în prezent oferă o eficiență cu 25% mai mare față de cea a turbinelor verticale cu pale normale. Această creștere în eficiență este datorată faptului că aceste pale nu mai sunt încetinite de vânturile puternice.

Cuplul obținut de acest tip de turbine este relativ constant la variațiile vântului, iar forma palelor a fost concepută și pentru a elimina sunetul și vibrațiile când operează în vânturi turbulente. Turbina este construită din fibră de sticlă și rășină epoxy iar asamblul are foarte puține părți în mișcare ceia ce le face ușor de întreținut.

Sistemele elicoidale de turbină pot fi montate pe clădiri sau turnuri. Modelele actuale au o capacitate de producție mică ceea ce le face potrivite pentru case și mici întreprinderi. Cu toate acestea, designul poate să fie adaptat și crescut în scară pentru a obține majorări ale producției de electricitate.

Cupe elicoidale

Turbinele cu pale elicoidale sunt o variație a turbinelor Savonius. Acestea se presupun a fi mai prietenoase cu păsările și pot capta vântul mult mai ușor.

Turbinele elicoidale pot funcționa în medii problematice precum frig sau căldură extreme, furtuni violente sau viteze mici ale vântului. Aceste generează generează foarte puțin zgomot, sunt sigure perntru folosirea în spații populat fiind astfel ideale pentru a fi instalate în zone urbane și totodată sunt plăcute estetic.

Turbine eoliene Maglev

Levitația magnetică este un sistem eficient pentru energia eoliană. Palele cu orientare verticală a turbinelor eoliene sunt suspendate în aer deasupra bazei mașinii, înlocuind nevoia de rulmenți cu bile. Turbinele utilizează magneți permanenți, nu electromagneți prin urmare, nu necesită electricitate pentru a rula. Sistemul de magnet permanenți utilizează magneți din neodim (un metal rar) și nu există pierderi de energie prin frecare. Acest lucru ajută, de asemenea, la reducerea costurilor de întreținere și la creșterea duratei de viață a generatorului.

Turbinele eoliene Maglev au mai multe avantaje față de turbinele eoliene convenționale. De exemplu, pot folosi vânturi cu viteze de pornire de până la 1,5 metri pe secundă (m / s). De asemenea, au capacitatea de a opera în vânturi mai mari de 40 m / s. În prezent, cele mai mari turbine eoliene convenționale din lume produc doar șase megawați de putere. Cu toate acestea, o turbină eoliană cu maglev mare ar putea genera un GW de energie curată, suficient pentru a furniza energie 750 000 de locuințe.

Construcția a început pe cel mai mare site de producție din lume pentru turbinele eoliene maglev din centrul Chinei, pe data de 5 noiembrie 2007. Zhongke Hengyuan Energy Technology a investit 400 de milioane de yuani în construirea acestei instalații, care va produce turbine eoliene cu capacități variind de la 400 la 5000 de wați. În Statele Unite, tehnologiile MagLev Wind Turbine Technologies din Arizona vor produce aceste turbine.

2.1.2 HAWT

Turbine eoliene cu una și două pale

Designul turbinelor eoliene cu două pale are avantajul de a economisi costul unui pale precum și a greutății sale, desigur. Cu toate acestea, ele tind să aibă dificultăți în penetrarea pe piață, parțial pentru că au nevoie de o viteză de rotație mai mare pentru a obține același aport de energie. Acesta este un dezavantaj atât în ​​ceea ce privește zgomotul, cât și intruziunea vizuală. În ultimul timp, câțiva producători tradiționali de turbine eoliene cu două pale au trecut la modele cu trei pale.

Mașinile cu două și cu un singur braț necesită un design mai complex, cu un rotor cu balamale.Adică rotorul trebuie să se poată înclina pentru a evita șocurile prea grele la turbină atunci când o pală a rotorului trece prin turn. Rotorul este astfel montat pe un arbore care este perpendicular pe arborele principal și care se rotește împreună cu arborele principal. Acest aranjament poate necesita amortizoare suplimentare pentru a împiedica pala rotorului să lovească turnul.

Turbinele eoliene cu o singură pală nu sunt foarte răspândite în comerț, totuși, deoarece prezintă aceleași probleme care sunt menționate în cazul turbinelor eoliene cu două pale, se aplică într-o măsură mai mare și acestor tip de turbine eoliene.

În plus față de viteza de rotație mai mare și de problemele legate de zgomot și intruziune vizuală, acestea necesită o contragreutate care să fie plasată pe cealaltă parte față de pala rotorului pentru a echilibra ansamblu.

Motivul dominării actuale a turbinelor eoliene cu trei brate este mai degrabă faptul că o turbină eoliană cu două pale este mult mai greu de proiectat, ceea ce este o consecință a asimetriei sale, în timp ce turbina cu trei pale este simetrică. Din aceste motive, astfel de modele nu sunt utilizate în zonele urbane.

Turbine eoliene cu trei sau mai multe pale

Începând cu acest capitol, voi comenta doar despre turbinele eoliene cu trei pale, instalate în apropierea orașelor. Nu este normală instalarea de turbine uriașe în apropierea orașelor, datorită legiilor și numeroaselor probleme ce pot apărea datorită prezentei acestora. Dar există încă unele mari turbine care lucrează în zone industriale sau universități.

Cele mai frecvente 3 turbine eoliene pe care le găsim astăzi în zonele urbane sunt cunoscute sub numele de micro turbine eoliene sau turbine de mici dimensiuni. Aceste turbine sunt evaluate sub 100 KW și sunt utilizate de către persoane fizice și își pot genera propriile puteri și pot ajuta să-și taie facturile de energie, chiar și să-l returneze în rețea. Dacă turbina nu este conectată la rețeaua electrică, atunci energia neutilizată poate fi stocată într-o baterie pentru a fi utilizată atunci când nu există vânt.

Numărul acestor mici turbine eoliene a crescut foarte repede în ultimii ani. Ele apar pentru a satisface mai multe nevoi distincte. Pe lângă zonele tradiționale de electrificare rurală și furnizarea de energie pentru case izolate, bărci și facilități de telecomunicații.

Perspectivele unei cereri semnificative de "micro-generare" în zonele urbane dau naștere unor progrese tehnice în ceea ce privește proiectarea turbinelor eoliene mici, ceea ce ar putea duce la îmbunătățiri semnificative ale economiei.

Morile de vânt

O moară de vânt este o mașină care transformă energia vântului în mișcare de rotație prin intermediul unor palete reglabile numite vele. Utilizarea principală a fost pentru o moară de măcinat alimentată de vânt, prin strivire, șlefuire sau presare. De asemenea, moriile de vânt au furnizat energie pentru fabrici de cherestea, mori de hârtie, ciocane și pompe de vânt pentru a obține apă dulce din subteran sau pentru drenare.

Dar morile de vânt nu sunt folosite pentru a produce energie electrică, de aceea nu este considerată o turbină eoliană sau generator de vânt.

Multirotor Co-Axial

Două sau mai multe rotoare pot fi montate pe același arbore de antrenare, împreună cu rotația lor combinată prin rotirea aceluiași generator – vântul proaspăt este adus la fiecare rotor printr-un spațiu suficient între rotoare combinat cu un unghi de decalare față de direcția vântului.Vorticitatea este recuperată deoarece partea superioară a treptei atinge fundul următorului rotor. Puterea a fost înmulțită de mai multe ori cu ajutorul rotoarelor coaxiale multiple, în testele efectuate de inventatorul și cercetătorul Douglas Selsam, pentru Comisia pentru Energie din California în 2004.

Prima turbină multi-rotoră coaxială disponibilă pe piață este turbina americană Twin Super Super cu dublu rotor de la Selsam Innovations din California, cu 2 elice.

Turbine plutitoare/aeriene

Așa-numita turbină eoliană, plutitoare sau aeriană este un concept de proiectare pentru o turbină eoliană care este susținută în aer fără un turn. Se obține prin utilizarea heliului. Atunci când generatorul este la sol, aeronava este legată și nu trebuie să transporte masa generatorului sau să aibă o bandă conductoare. Atunci când generatorul este în aer, este utilizată o legătura conductivă pentru a transmite energia către sol. Sistemele de turbine aeriene ar avea avantajul de a atinge un vânt aproape constant, fără cerințe pentru inelele alunecoase sau mecanismul de încovoiere, și fără cheltuiala construcției turnului.

Vremea proastă, cum ar fi fulgere sau furtunile, ar putea suspenda temporar utilizarea mașinilor, probabil cerându-le să fie aduse înapoi la sol și acoperite. Unele scheme necesită un cablu de alimentare lung și, dacă turbina este suficient de mare (chiar și 300 m), o zonă de excludere a aeronavelor. Când generatorul este pe sol, legătura nu trebuie să fie conductivă.

Curele eoliene

În loc să folosească pale convenționale, rotative pentru a extrage energia din vânt, Curelele de vânt se bazează pe un fenomen aerodinamic cunoscut sub numele de flutter aeroelastic (flutter). Deși fenomenul este o forță distructivă binecunoscută (de exemplu, o cauză a eșecului podurilor), cercetătorii au descoperit că acesta poate fi, de asemenea, un mecanism util și puternic de capturare a vântului la scară și costuri care depășesc limitele turbinelor.

Inventată de Shawn Frayne, o bandă elastică este, în esență, o harpă eoliană, cu excepția faptului că exploatează mișcarea șirului produs de efectul flutterului aeroelastic pentru a muta un magnet mai aproape și mai departe de una sau mai multe bobine electromagnetice și, prin urmare, să inducă curentul în firele care alcătuiesc bobina.

Wind Patent Belts aparține companiei "Humdinger Wind Energy, LLC". Shawn Frayne este președintele Humdinger Wind Energy din Honolulu și Hong Kong. Tehnologia culelelor eoliene este în curs de dezvoltare într-o varietate de dimensiuni, de la benzi de viteză mai mici decât un telefon mobil până la panouri de curele eoliene capabile să instaleze zeci de kilowați la mulți megawați.

2.2 Comparație între turbinele cu ax vertical și turbinele cu ax orizontal

Turbinele eoliene se pot roti atât pe verticală cât și pe orizontală, cele orizontal fiind mult mai răspândite. Dar există avantaje și dezavantaje pentru fiecare dintre aceste tipuri de turbine.

HAWT-Turbine eoliene cu ax orizontal

Turbinele eoliene cu ax orizontal sunt cele mai frecvent utilizate astăzi. Vântul suflă prin pale, ceea ce transformă energia vântului în energie de rotație. palele sunt montate deasupra unui turn înalt, către un tren de acționare, de obicei cu o cutie de viteze, care utilizează energia de rotație din pale pentru a roti magneții în generator și transformă acea energie în curent electric. Arborele, unitatea de antrenare și generatorul sunt acoperite de o incintă de protecție numită nacelă.

Avantajele turbinelor eoliene orizontale

Capacitatea de rotire a palelor în jurul axului propriu, le poate oferi acestora un unghi de atac optim. Asicurarea controlului de la distanță a unghiului de atac oferă un control crescut al palelor, astfel aceste turbine sunt capabile să absoarbă cantitatea maximă de energie din vânt.

Turnul foarte înalt oferă acces la vânturi mai puternice decât cele din aproprierea solului. În unele zone este posibil ca pentru fiecare10m câștigați în înaăltime viteza vântului să crească cu 20 de procente iar puterea absorbită cu 34 de procente.

Eficiența crescută, datorată faptului că palele sunt mereu într-o poziție perpendiculară față de mișcarea vântului, ce permite palelor să absoarbă energie pe toată durata mișcării de rotație.

Fața turbinelor cu ax orizontal este bătută de vânt la un unghi constant indiferent de pozitia din timpul rotație. Aceata rezultă într-o încărcare laterală consecventă pe toată durata rotației ceia ce duce la o reducere vibrațiilor și zgomotului generate de turn.

Dezavantajele turbinelor eoliene orizontale

Turnurile înalte și palele de până la 90 de metri sunt greu de transportat. Transportul poate costa acum 20% din costurile echipamentelor.

Turbinele eoliene orizontale foarte înalte sunt dificil de instalat deoarece necesită macarale foarte înalte care necesită costuri mari dar și operatori experimentați.

Pentru a susține greutatea masivă a convertorului de energie este nevoie de turnuri foarte rezistente.

Este posibil ca mișcarea de rotație a palelor să interfereze cu instalațiile de radar.

Dimensiunile lor inpresionante le fac vizibile pe suprafețe întinse, astfel pot afecta peisajul ceia ce poate duce la opoziție din partea comunități locale.

Variațiile care au rotorul în aval pot duce la stresuri mecanice ridicate datorate turbulențelor ce apar când palele trec prin umbra de vânt creată de turn.

Este necesar un mecanism de orientare al rotorului pe direcția vântului.

VAWT-Turbine eoliene cu ax vertical

Arborele rotorului acestui tip de turbine eoliene se află în poziția verticală. Principalul avantaj al turbinelor eoliene verticale este reprezentat faptul că această configurație nu necesită ca rotorul să fie orientat pe direcția vântului pentru a capta energie. Acesta fiind un avantaj pentru zonele în care direcția vântului variază destul de des.

La acest tip de turbine generatoru electric și multiplicatorul se află la baza turbine, acestea netrebuind să fie suportate de către turn, iar totodată mentenanțșa acestora este mult mai facilă.

Este dificilă montarea acestor tipuri de turbine pe turnuri astfel acestea sunt deobicei la mică distanță față de baza pe care sunt instalate cum ar fi clădirile sau solul. Datorită înălțimi de montare scăzute puterea vântului este și ea scăzută astfel și energiea este mai puțină. Curentul de aer în apropierea solului sau a altor obstacole duce la apariția curenților de aer turbulenți ce pot provoca probleme legate de vibrați, zgomot sau uzură a rulmenților cauze ce scurtează durata de viață a acestor turbine. Însă în cazul acelor turbine montate pe acoperișurile clădirilor este posibil ca clădirea să direcționeze curenți de aer peste clădire și totodată să producă o creștere a vitezei vântului. Zona cea mai avantajoasă pentru o situație ca această aflânduse la o înălțime de aproximativ 50 de procente din înălțimea clădiri.

Avantajele turbinelor eoliene cu ax vertical

structură masivă a turnului este mai puțin folosită, deoarece VAWT-urile sunt mai frecvent montate cu rulmentul inferior montat în apropierea solului.

Proiectele fără mecanisme de întoarcere sunt posibile cu modele de rotor cu pitch fix.

Generatorul unui VAWT poate fi amplasat mai aproape de sol, facilitând menținerea pieselor în mișcare.

VAWT-urile au viteze mai mici de pornire a vântului decât HAWT-urile. De obicei, ele încep să creeze electricitate la 10 km / h.

VAWT-urile pot fi construite în locuri unde sunt interzise structuri mai înalte.

VAWT-urile situate aproape de pământ pot profita de locațiile în care mesa, dealurile, râurile și treceriile pâlpâie vântul și măresc viteza vântului.

Dezavantajele turbinelor eoliene cu ax vertical

Un VAWT care utilizează fire de tip pentru a ține-l în poziție, pune presiune pe lagărul inferior, deoarece toată greutatea rotorului se află pe rulment. Sârmele tipice atașate la lagărul de sus cresc împingerea în jos în rafalele de vânt. Rezolvarea acestei probleme necesită o suprastructură pentru a ține un rulment superior în loc pentru a elimina tracțiunile descendente ale evenimentelor de rafală în modele tip cabluri.

Stresul din fiecare pală datorat schimbărilor de încărcare a vântului semnează de două ori în timpul fiecărei rotații, deoarece direcția aparentă a vântului se deplasează prin 360 de grade. Această inversare a stresului mărește probabilitatea eșecului lamei prin oboseală.

În timp ce piesele VAWT sunt situate la sol, acestea sunt de asemenea situate sub greutatea structurii de deasupra acesteia, ceea ce poate face schimbarea părților aproape imposibilă fără a dezmembra structura dacă nu este proiectată corespunzător.

Având rotoare situate în apropierea terenului unde vitezele vântului sunt mai scăzute datorită forfecării vântului, VAWT-urile nu pot produce la fel de multă energie ca un HAWT cu aceeași amprentă sau înălțime.

2.3 Parametri principali și eficiența energetică

Eficiența se referă de obicei la cantitatea de energie extrasă ca o fracțiune din energia totală disponibilă. Aceasta este o măsură importantă pentru tehnologiile care utilizează combustibili care au costuri, sunt limitate sau prezintă o problemă de eliminare, cum ar fi cărbunele, gazele sau energia nucleară. Dar, în ceea ce privește turbinele eoliene pentru care combustibilul este gratuit și nelimitat, termenul de eficiență face confuzie și iau parte la alți termeni.

Mai întâi înainte de a vorbi despre eficiența turbinelor eoliene, ar trebui menționați și explicați câțiva parametri.

Unul dintre principalele fapte este limita Betz, energia maximă teoretică pe care o turbină eoliană o poate extrage din vântul care suflă. Așa cum am menționat într-un capitol anterior (Principiile fizice ale conservării energiei eoliene), aceasta este puțin sub 60% (0,593).

Limita Betz este valoarea maximă teoretică de la Coeficientul de putere (Rotor) (Cp)

(denumită și eficiența rotorului sau coeficientul de performanță).

Al doilea parametru, care depinde de eficiență, raportul de viteză tip (TSR). Este raportul dintre viteza de rotație a vârfului unei lame și viteza reală a vântului. Dacă

viteza vârfului este exact aceeași cu viteza vântului, raportul vitezei vârfului este 1.

S-a demonstrat empiric că raportul optim de viteză a vârfului pentru puterea maximă de ieșire apare la:

În cazul în care "n" este numărul de pale (observați că acest lucru este valabil numai pentru HAWT, deoarece VAWT nu are pale singulare).

Un raport de viteză mai mare indică în general o eficiență mai mare, dar este, de asemenea, legat de niveluri mai ridicate de zgomot și de necesitatea unor pale mai grele și mai puternice.

Numărul de pale (n) și design-urile sale sunt, de asemenea, importante pentru a înțelege cum este transformată mișcarea vântului în energie. În funcție de utilizarea forței de tracțiune sau de ridicare, rezultatul ar fi diferit, mai mult cuplu sau viteză mare.

Desenele de pale folosind forțe de tracțiune precum Savonius sunt bine cunoscute ca oferind un cuplu bun și având, de asemenea, Coeficient de rotație a rotorului (CQR) mai mari, care este raportul dintre cuplul real dezvoltat și cuplul maxim teoretic. Raportul dintre numărul de pale, cuplul rotorului și raportul viteză-vârf este prezentat în imaginea de mai jos.

aria rotorului unei turbine eoliene depinde de designul acesteia. După cum se arată în figura următoare. HAWT va avea o zonă de cerc în timp ce VAWT va avea o zonă dreptunghiulară în majoritatea cazurilor.

O turbină eoliană este proiectată să producă o putere maximă la un spectru larg de viteze ale vântului. Turbinele eoliene au trei moduri de funcționare; viteza vântului mai mică decât cea nominală, în jurul vitezei nominale a vântului și a funcționării la viteze ale vântului mai mari decât cea nominală După cum se poate vedea în figura următoare.

Fiecare interval de viteză este împărțit de ce se numește așa numita viteză de tăiere și decuplare (unde viteza de tăiere este situată într-o gamă de vânturi mai mici decât viteza nominală a vântului.) În acest domeniu, rotorul funcționează și în condiții optime).

VAWT precum Savonius au o reducere mai mică (sau de asemenea numită și viteza de declanșare a vântului) datorită modelelor lor aerodinamice, folosind forțele de tracțiune de cele mai multe ori (valori cuprinse între 3 m / s și 5m / s). Avantajul acestor modele de turbine eoliene este acela că acestea se întorc în mod automat.

Alte modele, cum ar fi rotoarele HAWT sau VAWT H, trebuie să utilizeze propria lor energie pentru a începe să lucreze sau, uneori pot începe să utilizeze controlul pasului al palelor pentru a putea genera mai multă forță de tracțiune pentru o vreme.

Dacă viteza nominală a vântului este depășită (peste viteza vântului decuplat), puterea trebuie limitată pentru a proteja turbina. Există mai multe moduri de a realiza acest lucru: Controlul la distanță (prin scăderea unghiului de atac, care reduce rezistența indusă de ridicarea rotorului, ca și secțiunea transversală), Yawing (unghiul de înclinare este alinierea necorespunzătoare dintre direcția orientării vântului și a turbinei), frânarea electrică și frânarea mecanică (tambur sau disc de frână).

Un alt parametru care trebuie luat în considerare este factorul de capacitate. Este raportul dintre energia reală produsă de o turbină într-o perioadă dată, până la maximul ipotetic maxim posibil, care rulează timpul complet la puterea nominală.

Factorul de capacitate nu este un indicator al eficienței. Este un indicator al cantității de energie produsă de o anumită turbină eoliană într-un anumit loc. De exemplu: o turbină eoliană neeficientă ar putea avea un factor de capacitate mare, dar ar produce mai puțină energie decât o turbină eficientă cu factori de capacitate mai scăzuți.

Eficiența este raportul dintre ieșirea utilă și intrarea efortului – în acest caz, intrarea și ieșirea sunt energii. Tipurile de eficiență relevante pentru producerea energiei eoliene sunt eficiența termică, mecanică și electrică.

Aceste eficiențe reprezintă pierderi, cele mai multe dintre ele transformându-se în căldură în atmosferă și apă. Randamentul mecanic al conversiei turbinelor eoliene comerciale este destul de ridicat, în intervalul de 75-90 procente.

Cu toate acestea, sensul eficienței este poate un concept redundant care se aplică energiei eoliene, unde combustibilul este liber. Preocuparea principală nu este eficiența din motive proprii, ci îmbunătățirea productivității pentru a reduce prețul energiei eoliene.

Să arătăm un exemplu folosind câțiva dintre parametrii menționați anterior:

Dacă luăm o turbină eoliană cu o putere nominală de aproximativ 5 kilowați (kW).

Există 8760 de ore pe an (365 de zile ori 24 de ore).

O turbină eoliană de 2 kW va genera în jur de 30% din capacitatea sa teoretică maximă, generând o energie de 13140 kilowați (kWh) pe turbină pe an.

Luând în considerare toate cele de mai sus, o turbină eoliană va genera energie electrică suficientă pentru necesitățile medii anuale ale 3 case, folosind o cerere medie de 4500 kWh pe casă pe baza statisticilor privind energia electrică.

În următoarea pagină este un tabel în care puteți vedea cele mai comune valori medii ale parametrilor ce aparțin eficienței turbinei eoliene.

Capitolul 3. Inpactul turbinelor eoliene asupra mediului urban.

Problemelelor pe care turbinele eoliene instalate în mediul urban ar trebui să fie tratete cu importanță. Orice tip de dezvoltare ce are ca scop beneficiul mediului global nu ar trebui să se realizeze în detrimentul mediului local.

Toate aceste probleme legate de inpactul asupra mediului ar trebui considerate cu atenție pentru a se putea lua măsurile necesare evitării acestor situații nefavorabile ce ar putea duce la punerea în primejdie a echipamentelor, zonei înconjurătoare sau chiar a beneficiarilor.

Cele mai întâlnite situații legate de inpactul asupra mediului sunt:

Zgomotul

Siguranța publicului

Vibrațiile

Păsările

Inpactul vizual

Fenomenul de „shadow flicker”

Există și alte tipuri de inpact asupra mediului precum interferenșele electromagnetice, dar acestea sunt dependente de tipul de turbină precum și de alte aspecte prea particulare pentru a fi menționate.

3.1 Zgomotul.

Absolut toate mașinăriile care au componente aflate în mișcare produc sunete, iar turbinele eoliene nu reprezintă o excepție. Turbinele eoliene proiectate inteligent sunt deobicei mai puțin zgomotoase pe timpul funcționării decât mașinile aflate în trafic, trenurile, avioanele sau șantierele aflate în lucru.

Zgomotul este măsurat în decibeli (dB). Decibelul este reprezintă măsura nivelului de presiune sonoră, magnitudinea variației presiuni din aer. O crestere de 10 dB se poate simpți ca o dublare a sunetului. Măsurarea nivelului de sunet din mediul înconjurător se realizează deobicei în dB(A) ce includ o corecție pentru sensibilitatea urechii umane.

Sunetul produs de o turbină eoliană este deobicei exprimat ca nivelul de putere acustică. Desi acestă măsură este exprimată în dB(A) nu este o măsură a nivelului de sunet pe care îl auzim ci a zgomotului emis de turbina eoliană

Majoritatea țărilor europene pun în aplicare legislații ce regulează nivelul de zgomot maxim pe care turbinele eoliene îl pot produce.

Deobicei în zonele rurale zgomotul de fundal este redus (<40 dBA). La polul opus ]n zonele urbane zgomotul de fundal poate ajunge la 60-70 dBA. Datorită lipsei de precedente în ceia ce privește amplasarea turbinelor eoliene în mediul urban presupune ca situația să se în considerare conform legislațiilor locale.

Turbinele eoliene pot genera patru tipuri de zgomote în timpul funcționării. Tonal, de bandă largă, de frecvență joasă și inpulsive.

Tonal: Acest tip de zgomot este definit ca zgomotul aflat la frecvențe discrete. Este cauzat de componentele turbinelor precum angrenajele, instabilități neaerodinamive ce interacționează cu suprafața palelor rotorului sau fluxuri de aer instabile peste găuri sau fante.

Bandă largă: Acest zgomot este caracterizat de o distribuire continuă a presiunii sunetului cu frecvențe ce depășesc 100 Hz. Acest tip de turbulențe este generat deobicei de interacțiunea dintre palele turbinei și turbulențele atmosferice și este descris ca un zgomot de tip ‘swishhhh’ sau ‘whooshh’.

Frecvență joasă: Zgomotele cu frecvență ce se află între 20 și 100 Hz sunt deobicei associate cu turbinele ce au ce au rotorul în aval. Acest tip de zgomot este cauzat când palele turbine întâlnesc o deficiență în fluxul de aer datorată ‘umbrei’ generate de turn.

Impulsiv: Astfel de zgomote sunt ca fiind scurte impulsuri acustice ce variază ca intensitate cu timpul. Acestea sunt cauzate de interactiune dintre palele turbinei eoliene cu fluxurile distorsionate de aer din jurul turnului turbinelor cu rotorul în aval.

Sursele pentru zgomotele emise de turbinele eoliene aflate în funcțiune pot și divizate în două categorii.

Aerodinamice

Mecanice

În cazul celor aerodinamice zgomotul este emis de către pale și este în principal asociat cu interacțiune dinte turbulențele atmosferice cu suprafața palelor. Iar zgomotele mecanice sunt asociate în mod normal cu multiplicatorul, generatorul, și mecanismele de control.

Diferitele turbine eoliene produc diferite calități și niveluri de sunet. În trecut, zgomotul nu a fost atât de relevant, dar, din fericire, îmbunătățirea tehnologică și creșterea înțelegerii mecanismelor asociate cu generarea zgomotului au dus la dezvoltarea unor noi procese de producție și tehnologii ce fac turbinele eoliene mai silențioase.

Turbinele mai mici generează în general mai puțin zgomot și în unele cazuri sunt aproape complet tăcute. De exemplu, în cazul turbinelor Savonius sau pentru turbinele cu pale elicoidale, zgomotul produs de turbine este aproape neglijabil ca o consecință a utilizării "forțelor de înpingere".

Zgomotul produs de turbinele eoliene amplasate într-o zonă urbană ar putea fi redus utilizând o formă mai bună a formei palelor (folosind controlul palelor (pitch) pe scară largă) și o izolare acustică bună a cutiei de viteze. Levitarea magnetică sau alte îmbunătățiri ar putea deasemenea contribui la reducerea zgomotului. Majoritatea turbinelor eoliene mici nu au cutii de viteze sau alte sisteme mecanice zgomotoase, iar producătorii le-au făcut mai silențioase prin izolarea fonică mai bună, viteze mai reduse ale rotorului și reglaje ale geometriei palei.

Există studii ce încearcă să determine inpactul zgomotului generat de turbinele eoliene. De exemplu măsurători ale nivelului de zgomot au fost realizate de către laboratorul național pentru energie regenerabilă al universității Massachusetts pe o turbină de 900 W. Această turbină are un rotor cu diametrul de 2.1 m și a fost montată pe un turn de 9 m, iar rotorul poate atinge 300 rpm la putere mică. Viteza de rotație poate crește până la 1200 rpm, moment în care rotorul iese din vânt pentru a limita puterea la vânturi ridicate. Această operație putând produce viteze la vârful palei între 33 și 132 m/s.

În figura precedentă este ilustrat nivelul presiunii sonore (cu zgomotul de fundal înlăturat) și zgomotul de fundal la o distanță de 10 m de la baza turnului. Pentru vânturi cuprinse între 6 și 13 m/s sunetul produs de turbină crește penst 13 dB. Aceasta reprezintă o creștere semnificativă a sunetului emis de turbină.

Nivelurile medii de zgomot pentru turbinele eoliene mici sunt de aproximativ 50-57 dB (A) la nivelul nacelei.

3.2 Siguranța publicului

Implicațiile privind siguranța publică în cazul implementării turbinelor eoliene reprezintă una dintre cele mai importante probleme care trebuie luate în considerare. Acestea sunt un aspecte deosebit de importante pentru o prezentare de planificare. Ca și în cazul tuturor proiectelor de dejvoltare, riscurile vor trebui să fie limitate la un nivel de risc acceptat de către public.

Cele mai frecvente riscuri pentru siguranța publică ar putea include eșecul major al turnului turbinelor și prăbușirea ulterioară a nacelei și a palelor, sfârmarea pieselor sau a palelor în timpul funcționării și formarea gheții pe pale în timpul iernii.

Exemple de defectare a turbinelor și chiar colapsul turnului se regăsesc în istoria dezvoltării turbinelor. Cu toate acestea, ar putea fi corect să spunem că acestea au fost, în general, ca urmare a condițiilor extrem de vânt sau a instalațiilor prost proiectate.

Chiar dacă probabilitatea apariției unui eșec major al turnului pe parcursul vieții unei turbine eoliene bine proiectate este extrem de mică, percepția siguranței poate juca un rol foarte important în mintea publicului și chiar pentru producătorii.

Din punct de vedere al siguranței, distanța minimă de separare între o turbină (un HAWT obijnuit) și cea mai apropiată clădire sau zonă sensibilă poate fi considerată ca înălțimea turbinei plus 10% (distanță de cădere). Dar aceasta este pentru turbine mari. Există, desigur, multe exemple de turbine instalate pe acoperișuri care nu respectă aceste recomandări.

De la apariția turbinelor eoliene moderne pe întreg globul sau înregisrtrat câteva morți legate de turbinele eoliene.

Tabelul precedent include accidentele fatale, ranirile, defecte ale palelor, incendii, defecte structurale, proiectile de gheată sau accidente apărute pe perioada de transport.

Acumularea de gheață nu va reprezenta o problemă în multe zone. Dar, de exemplu, în Estonia, unde vremea poate prezenta temperaturi foarte scăzute, aceasta poate fi o problemă foarte mare. În unele turbine, acumularea de gheață poate provoca un dezechilibru al palelor și poate duce la oprirea automată a turbinei. În cazul în care riscul de cădere a gheții și aruncarea gheții este considerat semnificativ și poate provoca daune structurilor și vehiculelor sau vătămarea publicului larg, poate fi proiectată o zonă de siguranță și trebuie avută în vedere și o schemă de întreținere.

3.3 Vibrațiile

Am putea să considerăm că vibrațiile turbinelor ar putea produce numai zgomot, dar în ceea ce privește zonele urbane, vibrațiile ar putea prezenta pericole pentru construcții. În cazul turbinele eoliene instalate pe acoperișuri, acest fapt ar trebui să fie foarte bine analizat înainte de a se realizaa instalara.

Utilizarea turbinelor eoliene verticale cu tehnologie magnetică de levitație sau izolarea vibrațiilor ajută la reducerea daunelor.

Datorită limitărilor structurale ale clădirilor, a spațiului limitat din zonele urbane și a considerentelor de siguranță, turbinele eoliene montate pe clădiri sunt de obicei mici (cu capacități de producere de ordinul a câtorva kilowați), mai degrabă decât turbinele eoliene de clasa megawați, care sunt cele mai economice pentru parcurile eoliene. O excepție de la această convenție este Bahrain World Trade Center cu trei turbine eoliene de 225 kW montate între zgârie-norii gemeni.

3.4 Păsările

La inceputurile industrie eoliene inpactul turbinelor eoliene asupa păsărilor a dus la conflicte între proprietarii de parcuri și organizațiile care se ocupă cu protejarea animalelor. Au fost făcute greșeli unde turbinele au fost amplasate pe traseele de migrare ale păsărilor. Însă astăzi consultarea cu experți în comotamentul păsărilor sunt un lucru normal în procesul de alegere a unei locații pentru un parc eolian pentru aa evita astfel de conflicte.

Odată cu dezvoltarea industriei și cu apariția a noi turbine cu viteze de rotație ale palelor mai mici sau care oferă o vizibilitate mai mare prin schimbarea culorii palelor. Presupunerea că fermele eoliene ucid în prezent un număr mare de păsări s-a transformat întrun mit.

Turbinele eoline cu ax vertical sunt mult mai ‘prietenoase’ cu păsările. Design-ul palelor precum si structura mai mica dar și aproprierea de sol facilitând acest lucru.

Situarea turbinelor eoliene în aproprierea utilizatorilor primari este deobicei mai favorabilă decât amplasarea acestora în habitate naturale limitând inpactul asupra păsărilor și a liliecilor. Dacă o anumită turbină eoliană urbană este considerată o amenințare pentru fauna sălbatică, autoritatea de planificare poate prevedea schimbarea locului acelei turbine, iar acest lucru ar rezulta mai ieftin decât același proces cu o turbină eoliană mare.

Pe o scară mai largă, este clar că utilizarea continuă a centralelor electrice alimentate în mod convențional ar putea elimina multe sute sau chiar mii de specii și tot odată, ar genera alte probleme cum ar fi schimbările climatice, ploile acide și poluarea. Astfel turbinele eoliene par a fi o alegere bună pentru viitor.

3.5 Inpactul vizual

Zgomotul nu este principala problemă în dezvoltarea energiei eoliene. Impactul vizual este de obicei considerat cel mai important și cel mai discutat efect local sau regional. Acesta este adesea prezentat ca o chestiune de opinie proprie, deși există unii factori comuni în "gustul public".

Un astfel de factor este contrastul perceput al unei turbine eoliene (fermă) și al mediului său: un contrast mai mare va avea un impact mai mare, fie într-un mod pozitiv sau negativ. O particularitate a turbinelor este că mișcarea de rotație le face mai vizibile și, astfel, crește impactul vizual. Această noțiune comună sugerează că turbinele eoliene dintr-o zonă în cre se afla structuri vor avea un impact mai redus în raport cu o zonă naturală .

Un al doilea factor este atitudinea: de ex. agricultorii au, de obicei, o atitudine diferită față de mediul rural decât cei din mediul urban și, prin urmare, diferă în ceea ce privește aptitudinile unei clădiri, construcții sau activități în mediul rural. Este previzibil ca, atunci când locuitorii au o asociere pozitivă cu o fermă eoliană vecină, ei vor experimenta mai puțin deranjul față de impactul vizual. Pentru proprietarul unei turbine eoliene, sunetul fiecărei trepte de pală înseamnă că se generează o altă jumătate de kWh și poate fi asociată cu sunetul de monede.

Dar, în ceea ce privește zonele urbane, efectele vizuale ale structurilor mari se referă, de obicei, la deteriorarea clădirilor, monumentelor sau a zonelor importante pentru peisaj, proiectate la nivel național sau local. Turbinele eoliene urbane nu ar trebui să fie, de asemenea, componente incongruente sau prea dominante ale punctelor de vedere locale sau îndepărtate. Există multe exemple de turbine care imită plante sau forme de animale folosite în zonele urbane.

În orasele mici sau în zonele urbane mici, o turbină rezonabilă ar putea servi pentru a crea un punct focal sau un monument dinamic, care ar putea deveni important pentru orășel și va deveni un simbol al energiei regenerabile pentru viitor.

3.6 Fenomenul de „shadow flicker”

Ca arice altă structură înaltă, o turbină eoliană vă crea o umbră pezona învecinată atâta timp cât soarele este vizibil. Dacă există case aproape de turbinele eoliene, poate fi enervant dacă palele rotorului taie lumina soarelui, provocând un efect de mișcare în timp ce rotorul este în mișcarea de rotație.

Flickerul de umbre are loc în condițiile unui set special de condiții când soarele trece în spatele butucului unei turbine eoliene și aruncă o umbră asupra proprietăților vecine. Atunci când palele se rotesc, umbrele trec peste același punct provocând un efect numit "flicker shadow".

Acest efect îi poate face pe unii să devină amețiți sau sunt loviți de o stare degreață atunci când văd mișcarea umbrelor sau mișcarea unor pale uriașe.

Durata și sezoanele în care acest efect este cel mai intens poate fi calculat folosinduse programe de calculator. Orice proprietăți care ar putea fi afectate pot fi identificate și riscul calculat.

Focalizând în turbinele eoliene urbane, efectul de flicker al umbrei nu este o problemă principală. Majoritatea modelelor nu au rotiri mari sau care trec prin același punct în mod regulat.

În afară de pâlpâirea umbrelor, problemele pot fi cauzate de lumina soarelui care reflectă de pe pale, care pot produce un efect intermitent vizibil pentru o anumită distanță. Acest lucru poate fi atenuat prin alegerea finisajului. Sunt adesea folosite finisaje semi-matoase gri gri, însă alte culori și modele pot reduce efectul.

Capitolul 4. Profilul vânturilor în mediul urban.

4.1 Stratul limintă urban.

Comportamentul vântului se complet pe măsiră ce acesta se aproprie de o zonă urbană, stratul limită diferind mult față ce stratul limită rural datorită diferenței de rugozitate a solului. În zonele urbane asta înseamnă schimbări ale direcției fluxului de aer față de direcția predominantă datorită clădirilor înalte, precum și a activităților industriale. Există multe diferențe în ceia ce privește distribuția frecvenței vânturilor la diferite înălțimi datorită factorilor:

Clădiri și vegetație (obstacole termice și fizice ori rugozitate)

Instalații de aer condiționat (termic)

Topologia zonei

Canalele formate de străzi

Clădirile înalte

Condițiile climatice locale/Variații sezoniere

Adăpostul datorat clădirilor învecinate

Prezicerea curenșilor de aer în mediul urban este o activitate complexă ce variază de la o locație la alta, astfel nu se poate realiza o concluzie general în ceia ce privește tiparele curenților de aer sau a vitezei vântului. Când vântul întâlnește o clădire pot apărea diferite fenomene. Vântul care ricoșează de pe pereții clădiri pot crea turbulețe ale curentului de aer. Viteza vântului poate crește când acesta străbate zonele strâmte dintre clădiri. Din cauza acestor fenomene ce apar datorită datorită diferitelor condiții este necesară o analiză detaliată a diferitelor tipurri de clădiri.

4.2 Analiza vitezei vântului printre diferite configurații de clădiri.

Pasazele create între clădiri pot fi responsabile pentru creșterea curenților de aer la nivelul pietonilor datorită efectului venturii. Pasazele dintre clădiri pot fi de diferite feluri, pasaje între clădiri paralele, pasaje printer clădiri perpendiculare sau pasaje rintre clădiri modificate. Clădiri perpendiculare pot fi convergente sau divergente iar în fucție de direcția vântului pot forma o pâlnie venturi. Deoarece proiectul de față prevede identificare zonelor cu potential eolian ridicat din mediul urban este necesară o analiză a condițiilor care duc la o creștere a intensității vântului.

4.3 Efectul venturii între clădirile paralele.

Simulările CFD efectuate în studiile precedente pentru o gamă largă de pasaze aflate între clădirile paralele arată că amplificarea vitezei vântului este obținută pe centrul pasasului la o înălțime mica. În figura următoate este prezentată amplificarea vitezei vântului în diferite poziții dea lungul centrului pasajului, unde x este poziția diferitelor puncta dea lungul lungimii D a clădirii. Se poate observa că amplificația vântului este mult mai proeminentă la nivelul pietonior.

În urmatoarea figură este reprezentat faptul că creșterea vitezei pentru diferite lățime ale pasajelor pe linia cetrală cea mai mare creștere a fost observată pentru o lățime de 10 metri după care urmează o scădere de până la 1.1 la o lățime de 100 m. Iar în cazul pasajelor cu lățimi de 3/4 m efectul venturi nu este semnificativ datorită frecării dintre fluxul de aer și pereți.

Pentru a localiza cu exactitate locația unde factorul de amplificare este mai proeminent dea lungul centrului pasajului se folosesc următoarele două grafice.

Din graphic putem observa că petruu pasajele înguste amplificarea curentului de aer se întâmplă la intrarea în pasaj. În figura a se arată factorul de amplificare pentru pasaje cu lățimea cuprinsă între 2-10 m, cel mai mare factor de amplificare fiind prezenta la distanța de 8 m și x/D =0.2. Pentru pasajele mai largi 15-100 m locația factorului de amplificare dea lungul centrului pasajului este la mijlocul și sfărsitul acestuia. Pentru lățimea de 40 m factorulul de amplificație maxim este la sfârsitul pasajului iar pentru pasajele foarte largi (100 m) factorul de amplificare este foarte redus.

Efectul venturii între cladirile perpendicular

Clădirile perpendicular pot forma două tipuri de pasaje (convergente sau divergente).

Simulărild CFD efectuate în studiile anterioare pentru acest tip de pasaje cu lațimi de 20 și 75 m arată că factorul de amplificare în cazul pasajelor diveregente este mai mare decât în cazul pasajelor convergente. În cazul pasajelor convergente efectul de blocare a vântului este mult mai prinunțat la nivelul poetonilor astfel nu produce un factor de amplificare puternic.

Capitolul 5. Determinarea potențialului energetic eolian.

Instalare unei turbine eoliene poate fi făcută în orice spațiiu care ar oferii posibilitatea unei astfel de lucrări. Cu toate acestea, amplasarea unei turbine eoliene sau în special al unei ferme eoliene reprezită o activitate comercială ce trebuie să aibă o anumită rentabilitate.

Astfel pentru a implementa un astfel de proiect este necesară cunoașterea anumitor condiții, în special viteza vântului în punctul de interes.

5.1 Determinarea vitezei vântului.

Din lipsă de timp sau din motive finaciare se evită perioadele lungi de măsură, acestea fiind substituite de multe ori de metode matematice. Rezultatele acestor analize fiind folosite drept bază pentru calculele de natură economică sau pentru corelarea măsurătorilor făcute pentru un amplasament cu condițiide din locațiile învecinate, astfel stabilind regimul de vânt pentru întreaga zonă.

Datorită variației semnificative ale vântului pe distanțe scurte, procedurile folosite la evaluarea locației amplasaării turbinelor eoliene necesită luarea în considerare a tuturor parametrilor regionali ce determină influențe asupra văntului.

Topografia mediului din regiunea unde se efectuează măsurătorile.

Obstacolele din imediata apropiere

Toate aceste informații se pot obține din hărțile topografice, precum și din observațiile de la fața locului sau chiar din imaginile provenite din satelit. Pentru zonele înpădurite au fost dezvoltați indici de deformare a vegetației, precum indicele Griggs-Puttnam. Acestia oferă informații calitative cu privire la viteza și direcția vântului predominant.

Cea mai larg răspândită procedură folosită pentru a prezice pe termen lung în determinarea vitezei vântului și randamentul energetic într-un teren este modelul Atlasului European al Vântului denumit WasP. Acesta cuantifică potențialul eolian la înălțimi variate ale rotorului pentru diverse locuri de amplasare, considerând distribuția vitezei vântului.

Un element foarte important al modelului WasP este faptul că se folosește de coordonatele polare pentru regiunea de interes, astfel în zona locației studiate rezoluția este foarte mare, distanța dintre puncte putând fi mai mică de 2m.

Modelele generate de WasP încorporează atât modele fizice ale atmosferei cât și descrieri statistice ale climatului vântului.

Regimul vântului este descrip statistic prin intermediu unei distribuții Weibull ce derivă din datele de referință, fiind proiectată pentru a cuprinde cât mai bine vitezele mari ale vântului. Distribuția vitezei vânturilor la înâlțimea rotorului este adaptată curbei de putere a turbinei eoliene și poate fi calculată distribuția de probabilitate a puterii.

În funcție de complexitatea regiunilor examinate sunt utilizate diferite metode de determinare a condițiilor. În afară de modelul WasP sunt și alte proceduri cum ar fi modelele la mezo-scală. Desi aceste metode necesită multe calcule ele fac posibilă extinderea într-un spațiu tridimensional a modului de deplasare a fluxului de are mai ales în cazul terenurilor complexe precum zonele muntoase.

Un mod mult mai direct și complet pentru a evalua potențialul energetic eolian este efectuarea unor măsurători directe asupra vitezei vântului. Aceste masurători sunt efectuate de obieci pe o perioadă lungă de timp de minim un an și pot fi corelate cu măsurătorile efectuate în zonele învecinate pentru sau se pot extrapola folosind simularea fluxului descrisă precedent (metoda MCP: măsurare, corelare, predicție).

Viteza vântului este măsurată cu un dispozitiv numit anemometru. După cum se arată în figura următoare, anemometrele constau, de obicei, din trei cupe de metal. Vantul care lovește aceste cupe rotește arborele pe care acestea sunt conectate, iar viteza vântului este determinate depinzând de rotația prezentă pe axul rotorului pe unitatea de timp. Direcția vântului nu influențează viteza înregistrata deoarece cupele sunt orientate în direcții diferite.

Pe lânga anemometrele cu cupe există și anemometer cu pale sau cu ultrasunete. In cazul anemometrelor cu pale acestea pot măsura vitază vântului atât pe orizontală cât și pe vertical. Anemometrele ultrasonice sunt contepute să transmită unde sonore pe o direcție vertical stabilă. Undele sonoru sunt apoi detectate și procesate de un calculator care determină viteza vântului. Avantajele acestora față de celelante este faptul nu nu au componente în mișcare și au un timp de răspuns mult mai rapid la schimbările direcției vântului.

Deasemenea este necesară și determinarea direcției vântului pe lângă viteză pentru a determina potențialul energetic. Direcția dominantă poate fi determinată cu ajutorul unor dispositive speciale. Iar acestea ar trebui amplasate în apropeierea anemometrelor la o distanță de 1-2m.

5.2 Potențialul energetic al României

Potențialu energetic eolian al României este considerat ca fiind printre cele mai ridicate din regiunea de Sud-Vest a Europei, cu Dobrogea considerată ca a doua zonă ca potențial energetic eolian de pe continent.

În România potențialul energeti eolian este estimat la aproximativ 23 TWh, făcând din Români una dintre cele 15 cele mai atractive locații de pe pământ în ceia ce reprezintă investiții în surse de energie regenerabile.

Vârfurile munților sunt locațiile cu cel mai mare potențial energetic, cu viteze medi anuale ale vântului mai mari de 10 m/s. Însă datorită costurilor mari de investiții datorate dificultăților în a accesa zona, aceasta devine neatractivă pentru investitori.

După vârfurile munților regiunea cu cel mai ridicat potențial energetic il reprezintă țărmul Mării Megre, Delta Dunării și Nordul Dobrogei unde viteză medie anuală a vântului este de 9-10 m/s, și vântul nu este relativ lipsit de turbulențe. Însă datorită anumitor restricți legate de biosfera Deltei Dunării și a condițiilor din Marea Neagră zona cea mai avantajoasă instalării de ferme eoliene rămâne Nordul Dobrogei.

O altă locație avantajoasă ca și potențiale energetic rigicat este Platoul Bârlad unde viteza medie anuală a vântului este de 6-8 m/s. Însă locații cu potențiale eolian ridica se găsesc și în regiuni din vestul țării precum Banat.

Energia electrică produsă în România din energie eoliană a suportat o creștere considerabilă în ultimi ani datorită potențialului energetic eolian și a politicilor ce încurazează producerea de energie electrică din surse regenerabile astfel în cursul a cinci ani au fost construite 75 de ferme eoliene cu puteri de 0.008 până la 600 MW. Acestă dezvoltare având loc în special în zona Dobrogea unde se afla 78% din totalul puterii instalate. Cea mai mare fermă eoliană onshore din Europa se află la Cogealac-Fântânele, având o putere instalată de 600 MW.

În anul 2015 ferme eoliene cu o putere instalată de 2838 MW erau deja conectate la reteaua energetică națională, și alți 100 MW erau aprobați pentru a fi conectați. Având o capacitate de energie electrică provenită din energie eoliană de doar 14 MW în anul 2009, datorită intensificării investițiilor în energie regenerabilă din anul 2010 la sfârșitul anului 2014 în România exista o putere instalată de 2594 MW. Sectorul energiei electrice provenite din energia eoliană a ajuns să joace un rol important în politica energetică națională. Vârful producției a fost atins în 2014 când au fost produși 0.82 TWh, reprezentând 14.2% din toată enegia produsă în România în acea lună.

Capitolul 6. Modelarea turbinei eoliene Darrieus

Conceptul turbinei eoliene cu ax vertical Darrieus a atras un interes considerabil în cercetare la sfârșitul anilor 1970 și 1980, dar nu a concurat niciodată cu succes cu turbine eoliene cu ax orizontal. În ultimii ani, a existat un interes tot mai mare pentru turbina eolian[ cu pale circulare.

În 1974, Templin a propus modelul tubului cu un singur flux, care este prima metodă de predicție simplă pentru calculul caracteristicilor de performanță aerodinamică a turbinei Darrieus. Modelele cu tuburi de curgere sunt modele de moment care au la bază teoria elementului palei al lui Glauert. În cazul modelelor cu tuburi de flux, schimbarea momentului fluidului în direcția fluxului este echivalentă cu forțele directe pe palele aerofilului.

În acest model se presupune că întreaga turbină este închisă într-un singur tub de flux. Obiectivul modelului este de a determina coeficientul de performanță al rotorului.

6.1 Terminologie

6.2 Factorul de inducție axial

Factorul de inducție axial, "a" este scăderea fracționată a vitezei vântului între fluxul liber și planul rotorului, deci este definit ca:

Valoarea petru poate fi obținută din ’ Actuator Disk theory’ elaborată de Gulberg, ce reprezintă expresia vitezei uniforme prin rotor.

Din ecuațiile (1) și (2) putem afla viteza indusă și viteza vântului de după rotor.

6.3 Unghiul de atac și viteza relativă a palei

Vitezele fluxului de aer din amonte și din aval ale rotorului Darrieus sunt constante așa cum se poate observa în figura următoare. Din această figură se poate observa că fluxul este considerat a avea loc în direcția axială. Componenta vitezei tangențială Vt (sau Vc) în direcția tangențială a profilului palei și componenta de viteză normală Vn este normală pe profilul palei. Viteza tangențială (Vt) și viteza normală (Vn) a palei este dată de a treia ecuație/

Unghiul de atac este unghiul de atac dintre viteza relativă W și viteza tangențială , iar valoarea acestuia se obține din următoarea expresie:

Înlocuid valorile ecuatiilor (6) și (7) în ecuația (8) putem obține:

Viteza relativă a fluxului W poate fi obținută ca:

Introducând valorile pentru , raportul vitezei se poate scrie ca:

Presiunea dinamică locală a aerului este:

6.4 Elementul forței și coeficientul de împingere

Din moment ce discul se comportă asemenea unui dispozitiv cu împingere, sursa înpingerii trebuie să reprezinte o diferență de presiune pe suprafața discului și această împingere se manifestă ca o împingere a încărcăturii pe axa normală pe disc

Conform teoriei lui Glauert viteza prin discul turbinei este media aritmetică a vitezei neperturbate și viteza de după rotot. Forța de împingere a palei D este dată de:

Coeficientul de împingere bazat pe presiunea dinamică și suprafața discului este definită ca:

Iar din ecuațiile (13) și (14)

Pentru design-ul structural este folosit un coeficient mai convenabil , coeficientul de împingere care este bazat presiunea dinamina ambiabtă.

Pentru orice geometrie și viteză de rotație a unei turbine, puterea acesteia este calculată folosind teoria elementului de pală. Pentru a calcula forțele elementului de pală unghiul aerodinamic local de atac și presiunea dinamică relativă locală sunt necesare. Vectorul de viteze rezultat, vectorul relativ, relativ de elementul de pală aflat în mișcare este rezolvat în două componente perpendiculare: unul paralel cu vârful palei iar al doilea cu profilul palei. Componenta vitezei paralele cu vârful palei nu are nici un efect asupra forțelor aerodinamice ale elementului de pală.

Considerând că coeficienții de portanță și împingere sunt funcții ale unghiului de atac într-un curent constant, coeficientul forței normale și coeficientul forței tangențiale sunt date de următoarele expresi.

Forțele tangențială și normală nete sunt definite ca:

Elementul de pală al lungimii palei C este supus unei forțe normale elementare dN și a unie forțe de împingere înainte dT date de relația:

Împingerea elemetară pentru fiecare poziție a palei ”” ca prezentat în figura următoare este:

Valoarea totală a forței de împingere este obșinută prin integrarea pe o rotație completă (). Astfel totalitatea forței de împingere ce acționează asupra unui rotor cu N pale cu o lățime C constantă este dată de relația:

Coeficientul de împingere este dat de:

Punând valoarea lui D în ecuația (29)

Pentru integrarea numerică a expresiei pentru ecuația de mai sus este divizată într-un număr finit de suprafețe având creșteri egale ale unghiului azimutului.

.5 Cuplul și coeficientul puterii al rotorului

Cuplul rotorului este produs doar doar de componenta tangențială a forței de pe elementul de pală al rotorului și forma sa elementară, pentru un singur element de pală de înălțime H și la unghiul azimutului .

Cuplul palelor variază cu unghiul de azimut al palei. Cuplul total din rotor este obținut prin integrarea unei rotații complete ().

Coeficientul cuplului este dat de relația:

Din ecuațiile (33) și (34) rezultă:

Puterea pe axul turbinei este:

Pentru o turbină cu pale drepte cu diametrul D și înălțimea H doar o parte din puterea aflată în fluxul de aer poate fi convertită în energie utilă. Maximul fiind:

Coeficientul de putere poate fi definit ca raportul dintre puterea maximă ce poate fi extrasă sin curentul de aer dintr-o turbinpă și puterea extrasă de rotor.

Coeficientul de putere pentru un rotor este obținut pri integrarea unei rotații complete. Relația dintre coeficientul de putere și coeficientul de cuplu este obținut din relația.

Putem găsi coeficienți de putere din ecuația de mai sus pentru o anumită geometrie de turbină și pentru fiecare valoarea specificată a raportului R / Va.

Capitolul.7 Dimensionarea.

În lucrarea de față se proprune instalarea unui ansamblu de turbine eoliene de mici dimensiuni pe o clădire pentru a produce un aport de energie ce v-a diminua inpactul clădiri asupra mediului prin reducerea consumului de energie provenit din sursele energetice tradiționale dar și reducerea costurilor cu energia electrică.

7.1 Determinarea consumului de energie

Pentru a avea o înțelegere mai ampla asupra inpactului pe care turbinele eoliene lar putea avea asupra asupra consumului de energie este necesară o estimare actuală a consumului actual de energie al clădirii. Clădirea în cauză fiind un cămin studențesc se această estimare se va efectua prin estimarea consumului efectuat de consumatorii ce pot fi prezenți într-o astfel de situație.

7.2 Condițiile de vânt

Proiectarea unei turbine eoliene necesită un lucru esenția, vântul. Nu are nici un rost proiectarea unui sistem de turbine eoliene pentru o zonă în care nu există vânt. În afară de o formă foarte scumpă de lucrări de artă, aceasta va fi inutilă. Primul pas pentru a determina fezabilitatea instalării unei instalații eoliane pe clădirea în este de a verifica disponibilitatea vântului.

Cladirea se află la 44.215280, 28.644187, la malul mării negre în orașul Constanța.

7.3 Turbina eoliană

Turbina eoliană aleasă pentru acest proiect este o turbină eoliană de tip Darrieus. Acest tip de urbină este mai complex decăt un design bazat pe turbinele Savonius. Dar este mai eficient decăt turniele savonius, fiind capabile de a avea o viteză de rotație mai mare decât cea a vântului datorită uniu mic efect adativ al efectului de portanță. Turbina are un rotor cu D = 0.8m și H = 1.9m

Cunoscând viteza vântului și dimesiunile turbinei putem deteremina cantitatea de energie din fluxul de aer ce trece prin sectiunea transversală a rotorului fără a lua în considerare coeficientul de putere al turbinei.

7.5 Amplasarea turbinelor

Pentru a extrage cat mai eficient energia vântului, amplasarea turbinelor eoliene este o parte importantă a unui astfel e proiect astfel tinând cont de modul în care curenții de aer se deplasează printre cladiri amintite în capitolul 4, pozitionarea turbinelor eoliene va fi:

Zona 1

Această locație a fost aleasă pe baza faptului că oferă o poziție mai înaltă a turbinelor față de restul clădiri, poziționând turbinele în curentul de are ce se formează în momentul în care vântul lovește fațada clădirii.

Zona 2

Pentru zona 2 s-a luat in considerare montarea turbinei eoliene pe fațada clădirii datorită posibilității îmbunătățirii vitezei vântului în acea locație ca urmare a efectului venturi ce apare în culoarul format de cele două clădiri.

7.6 Tipuri de conexiuni

Există trei stiluri principale de configurație a turbinelor eoliene. Fiecare are motivele pentru și împotriva utilizării sale. Este important ca, înainte de crearea unui proiect de turbină, să aleg ce trebuie să facă sistemul turbinei. Principalele scheme de sistem sunt: ​​înafara rețelei, Conectare directă, Baterie și rețea.

Sistem înafara rețelei

Intenția unui sistem complet separat de ertea este de a furniza toată energia direct către consumator. Acest sistem va depinde de o sursă de vânt constantă de viteze vânt medii și mari. Acest lucru necesită o bancă mare de baterii și, de obicei, este rulată în paralel cu alte sisteme de generare a energiei pentru a suplimenta energia în perioade lungi de vânt puțin sau deloc. Acest tip de sistem necesită cea mai mare cantitate de muncă la instalare și mentinere. Este, de asemenea, cel mai scump deoarece necesită mai multe sisteme de susținere decât oricare dintre celelalte modele. Cu toate acestea, acest sistem este autosuficient atunci când este instalat și nu este afectat de întreruperile de alimentare ale rețelei.

Conectarea direcță

Acest sistem necesită cea mai mică cantitate de echipament de sprijin. Turbina este conectată direct sau prin intermediul unor componente, la rețea. Toată energia generată este alimentată direct în rețea și nu este salvată. Nu sunt necesare baterii pentru acest sistem. Acest sistem necesită cea mai mică cantitate de întreținere și montajul inițial este cel mai simplu. Cu toate acestea, deoarece nu există o copie de siguranță a bateriei, turbinele de conectare directă nu pot utiliza alimentarea atunci când rețeau este oprită . Pentru cei care locuiesc într-o zonă în care rețeaua este destul de sigură, acest sistem poate fi o opțiune bună.

Conexiune Mixtă

Acest sistem necesită o cantitate intermediară de lucrări de instalare și întreținere în comparație cu celelalte două sisteme. Acest sistem se conectează la rețea. La conectarea la rețeaua electrică, cantitatea de energie electrică produsă poate fi vândută companiei de utilități. Acesta este un fapt important de luat în considerare la calcularea costurilor și perioadelor de repaus. Energia electrică în exces nu poate fi vândută companiei de utilități atunci când rețeaua este în jos. Este necesară o întreținere pentru baterii și echipamente de suport. Similar unui sistem complet legat la rețea, acest sistem trebuie monitorizat pentru a preveni deteriorarea sau incendiul prin funcționarea defectuoasă a echipamentului. Atunci când grila este rețeaua pentru acest sistem, poate fi utilizată o rezervă a bateriei pentru alimentarea casei.

Concluzie

În concluzie, aș dori să spun că turbinele eoliene urbane sunt un domeniu destul de nou în dezvoltare, unde în fiecare zi apar multe idei și soluții noi datorită unei game largi de opțiuni.

Unele dintre ele sunt soluții reale disponibile pe piață, iar unele dintre ele sunt doar prototipuri, dar granița dintre idee și soluție dispare foarte rapid în zilele noastre.

Se pare că utilizarea acestor noi modele de turbine eoliene presupun problemele asociate cu turbinele eoliene mari în zonele urbane, cum ar fi pâlpâirea umbrelor sau impactul vizual puternic, dar trebuie să ținem seama de noi probleme cum ar fi vibrațiile din structura clădirilor sau opinia vecinilor.

Prin utilizarea metodelor de proiectare se arată că multe aspecte pot influența locația unei noi turbine. Prin urmare, ceea ce poate fi adecvat sau posibil într-o locație poate fi complet inadecvat în altă parte, chiar dacă este asemănător superficial. În multe cazuri, impacturile asociate asupra mediului pot fi atenuate satisfăcător dacă se acordă atenția cuvenită diverselor aspecte descrise în text.

Acestea ar putea fi amplasate pe mai multe clădiri mari, cu un acoperiș plat, dar și în multe locații din zonele industriale și lângă casele libere în zonele mai puțin populate. Selectarea locației optime pentru turbinele eoliene urbane este un proces complex care ar trebui făcut foarte atent.

Turbinele eoliene urbane din zonele urbane nu numai că generează energie, ci ajută indivizii să țină cont de echilibrul dintre om și natură, precum și de importanța combinării producerii de energie regenerabilă și a eficienței energetice în direcția unei societăți durabile. Mai mult, pe măsură ce viitorul nostru energetic este sigur să se bazeze din ce în ce mai mult pe mai multe surse regenerabile, energia eoliană are un loc în mediul construit pentru o anumită perioadă de timp.

Copyright Notice

© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.

Acest articol: Umanitatea a utilizat energia eoliană încă de la începutul civilizație penrtru a măcina grăunțe, pentru a pompa apă din puțuri adânci sau la punerea… [307036] (ID: 307036)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

Similar Posts

  • Factori clinico -demografici [602109]

    Universitatea de Medicină și Farmacie „Iuliu Hațieganu” Cluj-Napoca Facultatea de Medicină LUCRARE DE LICENȚ Ă Factori clinico -demografici pedictivi ai evoluției bolilor inflamatorii intestinale Îndrumător: Asist. Univ. Dr. Roxana ZAHARIE Absolvent: [anonimizat] 2015 2 Cuprins A. PARTEA GENERALĂ ………………………….. ………………………….. …… 4 1. Generalități privind bolile inflamatorii intestinale ……………………. 5 1.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ……………….

  • Service Engineering and Management [600151]

    UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURE ȘTI FACULTATEA DE AUTOMATICA SI CALCULATOARE Service Engineering and Management Sistem SCADA pentru monitorizarea parametrilor pentru un sistem de productie de substante radiofarmaceutice Raport de cercetare Semestrul 1 Coordonator Științific, Student: [anonimizat], Sl.Dr.Ing. Silviu Raileanu Ing. Stefan Anghelescu Cuprins Cuprins ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 2 1. SCADA ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………………..

  • Specializarea Economia Comerțului, Turismului și Serviciilor [305026]

    UNIVERSITATEA ”ALEXANDRU IOAN CUZA” [anonimizat]: [anonimizat]. univ. Niță Valentin Iași, 2018 UNIVERSITATEA ”ALEXANDRU IOAN CUZA” [anonimizat] A TURIȘTILOR Coordonator științific Absolvent: [anonimizat]. univ.Niță Valentin Iași, 2018 INTRODUCERE Dat fiind faptul că turimul se află într-o [anonimizat], dezvoltare, relaxare, mediul ambiant rămâne elementul care suferă cel mai multă în acest context. Numărul de turiști cese află…

  • Vreau sau NU sa [616811]

    Leadership în educație Str. Calomfirescu nr. 94 Drobeta Turnu Severin Tel./Fax: 0252 -321537 e-mail: [anonimizat] www.ccdmehedinti.ro CASA CORPULUI DIDACTIC MEHEDINȚI Program de formare continuă destinat cadrelor didactice aspirante la funcțiile de conducere, îndrumare și control din invățământul preuniversitar Leadership în educație Str. Calomfirescu nr. 94 Drobeta Turnu Severin Tel./Fax: 0252 -321537 e-mail: [anonimizat] www.ccdmehedinti.ro CASA…

  • -pilot de elicopter I [310872]

    CUPRINS CAPITOLUL I COPILUL MIC ȘI MATEMATICA I.1. Particularități psihologice ale copilului de vârstă școlară mică I.2. Noțiuni matematice fundamentale I.3. Formarea noțiunilor matematice la școlarul mic I.3.1. Specificul formării noțiunilor matematice I.3.2. Formarea noțiunii de număr natural I.3.3. Formarea noțiunilor de adunare și scădere I.3.4. Formarea noțiunilor de înmulțire și împărțire I.3.5. [anonimizat].1. Definirea…

  • Lecor dr. Vasile Nicoară [604971]

    1 2 UNIVERSITATEA „OVIDIUS ” DIN CONSTANȚA FACULTATEA DE PSIHOLOGIE ȘI ȘTIINȚELE EDUCAȚIEI SPECIALIZAREA: PEDAGOGIA ÎNVĂȚĂMÂNTULUI PRIMAR ȘI PREȘCOLAR LUCRARE METODICO – ȘTIINȚIFICĂ PENTRU ACORDAREA GRADULUI DIDACTIC 1 Coordonator științific: Lecor dr. Vasile Nicoară Candidat: [anonimizat]. Vanu Elena Alina Școala Gimnazială „Emil Gârleanu” Bărăganu 3 UNIV ERSITATEA „OVIDIUS ” DIN CONSTANȚA FACULTATEA DE PSHOLOGIE ȘI…