An scolar 2017 -2018 [624301]

Universitatea Politehnica din Bucuresti
Facultatea de Inginerie electrica

TEMA FINALA
ENERGIA EOLIANA
Surse de energie

Student: [anonimizat]: 125A
An scolar 2017 -2018

Cuprins

Introducere …………………………………………………… …………………… ..3
Turbina eoliana …………………………………………………………………… …3
Schema unei turbine eoliene ……………………………………………… ….3
Tipuri de turbine eoliene …………………………………………………… …6
Puterea eoliană instalată și predicții pana in 2020 ………………………… …7
Potentialul European……………………………………………………… ….9
Potentialul eolian din Romania…………………………………………… …11
Avantaje……………………………………………………………………. .12
Dezavantaje………………………………………………………………… .12
Concluzii ………………………………………………………………………… …13
Referinte ………………………………………………………………………… ….14

Introducere

Energia eoliana este o sursa de energie regenerabila generata din puterea
vantului. Vanturile sunt formate din cauza ca soarele nu incalzeste Pamantul uniform,
fapt care creeaza miscari de aer. Energia cinetica din vant poate fi folosita pentru a roti
niste turbine , care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine pot produce 5
MW, desi aceasta necesita o viteza a vântului de aproximativ 5,5 m/s sau 20 de
kilometri pe ora.
Putine zone pe pamant au aceste viteze ale vantului, dar vanturi mai puternice se
pot gasi la altitudini mai mari si in zone oceanice. Majoritatea turbinelor produc energie
peste 25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.
Deși încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor,
producția energiei eoliene a crescut practic de câteva ori între 1999 și 2010, ajungându –
se ca, în unele țări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie
semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).
Turbina eoliana

Schema unei turbine eoliene

Figura 1. Conversia energiei cinetice a fluxului de aer în energie mecanică.

Turbina eoliana , care este prezentata într -o forma simplificata în figura 2, este compusa în
principal din:
1. Palete ( pale );
2. Generator;
3. Frâna ;

4. Angrenaj;
5. Regulatoare electrice;
6. Sistem de orientare;
7. Butuc.
8. Paletele (palele) sunt realizate dintr -un amestec de fibra de sticla si materiale compozite. Ele
au rolul de a capta energia vântului si de a o transfera rotorului turbinei. De forma lor depinde
randamentul turbinei.
9. Generatorul asigura producerea energiei electrice. Transforma energia mecanica a axului de
intrare în energie electrica. Poate fi de curent continuu sau de curent alternativ. Cele mai
utilizate sunt cele de curent alternativ.
10. Frâna asigura blocarea turbinei eoliene pe axa vântului. Poate fi situata fie pe axul principal, în
fata angrenajului de transmisie, fie pe axul de mare viteza în spatele angrenajului de
transmisie.
11. Angrenajul transfera energia mecanica generatorului.
12. Regulatoarele electrice sunt elemente de reglare.

Figura 2. Structura eolienei

Energia și puterea vântului
Energia unui flux de aer care se mișcă cu o viteză liniar ă v se determină cu expresia
energiei cinetice:
E=(m*V^2)/2

unde m este masa aerului în mișcare, determinată de densitatea aerului ρ și volumul care
străbate o suprafață oarecare S în unitatea de timp:

m =ρ*S*v
Unitatea de măsură a masei din expresia a doua, este kg/s și înlocuind în prima
formula, se obține pute – rea fluxului de aer în wați:

P = (ρ/2)*S*v^3

Puterea specifică sau densitatea de putere eoliană ce revine la un metru pătrat de
suprafață
va fi:
p =0,5* ρ*v^3

La presiune atmosferică normală și la temperatura de 15°C, densitatea
aerului este 1,225 kg/m3. Dacă înălțimea deasupra nivelului mării variază între
0 și 100 m (turnurile turbinelor moder – ne de putere mare au înălțimi de 60 –
120 m), variația dens ității nu depășește 5% și în prima aproxi – mație, o
considerăm constantă.

Figura 3 . Variația puterii specifice a unui flux de aer în funcție de viteza
cu care se deplasează acesta.

În figura 3 este reprezentată variația puterii specifice a unui flux de aer
în funcție de vite – ză. Viteza nominală de calcul a vântului pentru turbine
moderne de mare putere variază între 12,0 și 15,0 m/s (vezi zona hașurată).

Figura 4.Peisaj turbine eoliene

Tipuri de turbine eoliene

Turbina cu axa orizontala (figura 5) are rotorul si generatorul de curent
pozitionate in varful turnului si trebuie aliniate pe directia vantului. Turbinele
mici sunt orientate cu ajutorul unei aripioare, iar cele mari folosesc senzori si
servomotoare pentru a se alinia pe directia vantului. Majoritatea turbinelor
eoliene moderne sunt de tipul Horizontal -axis wind turbines (HAWT ), adica
axa de rotatie e rotorului este orizontala, acesta fiind plasat in varful turnului,
cu palele elicei pozitionate la o distanta sigura de turn, in fa ta vantului.
Figura 5. Turbina eoliana cu ax orizontal

Exista si turbine cu axa orizontala ce au rotorul plasat in spatele turnului .
Astfel de turbine au avantajul ca palele elicei se orienteaza automat si se pot
indoi, reducand suprafata care se opune vantului la viteze mari. Insa sunt
deosebit de fiabile astfel ca nu sunt folosite decat in cazuri speciale.

Turbinele cu axa verticala (figura 6) au generatorul si toate componentele mai
sofisticate plasate la baza turnului, astfel ca procesul de instalare si mentenanta
este usurat. Aceste turbine sunt tot timpul aliniate cu directia vantului astfel nu
este necesara nici o adjustare dar pozitionarea lor aproape de sol le scade
eficienta. Un alt dezavantaj este si faptul ca turbinele cu axa vertical a nu pornesc
singure, majoritatea folosind generatorul pe post de motor .
Figura 6. Turbina eoliana cu ax vertical

Puterea eoliană instalată și predicții pana in 2020
In ultimii ani, utilizarea energiei eoliene a consemnat un progres deosebit.
Astfel, intre 1995 – 2005, rata anuala de crestere a fost de cca 30%, conducand
la o putere instalata totala noua de 32.000 MW, adica dublu decat in domeniul
energiei nucleare din aceeasi perioada.
In ultimii 25 de ani, eficacitatea ener getica s -a dublat, iar costul unui kWh
produs a coborat de la 0,7 euro la circa 0,32 euro in prezent.
Potrivit studiului realizat de Asociatia Europeana a Energiei Eoliene, cel
mai mare producator de energie eoliană in UE este Germania cu 25.777 MW
instalati in 2009, fiind urmata de Spania cu 19.149 MW si de Italia cu 4.850
MW. Polonia avea anul trecut 725 MW instalati, Ungaria – 201 MW, Bulgaria –
177 MW.

Figura 7 – Energia eoliana totala 1997 -2020

Turbine de vânt

Vânturile sunt formate din cauză că soarele nu încălzește Pământul
uniform, fapt care creează mișcări de aer. Energia cinetică din vânt poate fi
folosită pentru a roti niște turbine, care sunt capabile de a genera electricitate.
Unele turbine pot produce 5 MW, deși aceasta necesită o viteză a vântului de
aproximativ 5,5 m/s, sau 20 de kilometri pe oră. Puține zone pe pământ au
aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai
mari și în zone oceanice.
Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi, și turbine noi de
vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea
mai rapidă creștere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste
25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.

Figura 8. Peisaj montan turbine eoliene

Se crede că potențialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure
de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum. Acest nivel de
exploatare ar necesita 12,7% din suprafață Pământu l (excluzând oceanele) să fie
acoperite de parcuri de turbine, presupunând că terenul ar fi acoperit cu 6 turbine
mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare
îmbunătățirea randamentului turbinelor și a soluțiilor tehnice utilizate. Conform
unui studiu PHARE, potentialul eolian al Romaniei este de circa 14.000 MW
putere instalata, respectiv 23.000 GWh, productie de energie electrica pe an.
Acesta este potentialul total. Considerind doar potentialul tehnic si
economic amenajabil, de c irca 2.500 MW, productia de energie electrica
corespunzatoare ar fi de aproximativ 6.000 GWh pe an, ceea ce ar insemna 11%
din productia totala de energie electrica a tarii noastre. Pentru a intelege
semnificatia cifrelor de mai sus trebuie subliniate cite va lucruri:
– 6.000 GWh se pot obtine prin aderarea a 6.500.000 tone de carbune,
1,5miliarde metri cubi de gaz sau 1.200.000 tone pacura;
– 6.000 GWh = 1.200.000 tone pacura = 300.000.000 $ anual. Altfel spus o
reducere a importurilor de pacura cu peste 1, 2 milioane tone si o economie
anuala de peste 300 milioane de dolari.
– 6.000 GWh energie electrica produsa in termocentrale pe carbune, duc la
eliminarea in atmosfera a peste 7 milioane tone bioxid de carbon. Prin
producerea aceleiasi cantitati de energie in centrale eoliene emisiile de bioxid
carbon ar fi zero.

– 6.000 GWh energie electrica produsa in centrale eoliene ar duce la crearea
unui numar de peste 7.500 locuri de munca permanente si cel putin inca pe atit
locuri de munca temporare. In Germania, f acind comparatie intre numarul de
locuri de munca din domeniul energiei eoliene si cel al energiei nucleare
raportul este de 10 la 1 in favoarea energiei eoliene. Aceeasi unitate energetica
creeaza de 10 ori mai multe locuri de munca.
Prin reducerea emisiilor de bioxid de carbon se pot obtine avantaje economice
consistente. In momentul de fata, data fiind importanta deosebita pe plan
european a masurilor de protejare a mediului, exista o piata pe care se
tranzactioneaza unitati de emisii de CO2. Mai e xact spus de reducere a emisiilor
de CO2. Pretul pe tona de reducere de CO2 a ajuns la un moment dat la valoarea
de 30 euro, stabilizindu -se ulterior la circa 20 euro/ tona CO2. Se estimeaza,
insa, o crestere la tranzactionarea pina la 40 euro/ tona sau ch iar mai mult. Sint
analisti care estimeaza ca pretul pe tona de CO2 va ajunge la 100 euro in
2010.Prin comercializarea emisiilor de CO2, Romania ar putea obtine peste 150
miioane euro anual. Emisiile de CO2 asociate sectorului energetic au o
importanta foa rte mare, fiind raspunzatoare pentru mai mult de 50% din efectul
cumulat al emisiilor de gaze cu efect de sera, emisii al caror principal efect este
cel al modificarilor climatice.
Potentialul european
Viteza vântului este luată la 80 m, deoarece aceasta e ste înălțimea
turbinelor moderne de 1500 kW, cu un diametru de 77m.
La nivel global, circa 13% din toate stațiile meteorologice raportează
viteze medii anuale ale vântului la 80m ≥ 6.9 m / s (puterea vântului fiind de
clasa 3 sau mai mare). Zonele respecti ve, prin urmare, pot fi considerate
potrivite pentru producerea de energie eoliană cu cost redus. Această estimare
este considerat ă a fi conservatoare. ( Figura 9 )
De pe toate continentele, America de Nord are cel mai mare număr de
stații din clasa ≥ 3 (453 ) și Antarctica are cel mai mare procent (60%). Zonele cu
potențial mare se regăsesc în Europa de Nord de -a lungul Mării Nordului, vârful
de sud a continentului sud -american, insula Tasmania în Australia, regiunea
Marilor Lacuri, precum și coastelor de nor d-est și nord -vest a Americ ii de Nord.
(Figura 10 )

Figura 9 – Harta potențialului eolian mondial, cu vânturile la 80 m

Figura 10 – Harta potențialului eolian cu vânturile medii la 80 m pentru Europa

Potentialului eolian din Romania

Romania – taramul energiei eoliene
Desi tara noastra are cel mai ridicat potential din sud -estul Europei in
domeniul energiei eoliene, sud -estul Dobrogei plasandu -se chiar pe locul al
doilea la nivelul intregului continent, noi NU valorificam adevaratul potential al
Romaniei.

Figura 11. Potentialul Romaniei in domeniul producerii de energie verde

La sfarsitul anului 2010, Romania avea mai putin de 20 de megawati instalati de
energie eoliana, iar la inceputul anului 2011, au intrat in functiune mai multe
proiecte importante, totalizand 550 de megawati instalati, arata datele furnizate
de Asociatia Romana pentru Energie Eoliana.
Cele mai importante proiecte ale tarii noastre in domeniul energiei
eoliene
Parcul eolian CEZ (companie ceha) de la Fantanele si Cogealac s e va
intinde pe o suprafata de 600 de hectare si va fi cel mai mare parc eolian terestru
din Europa, in prezent acest prim loc fiind ocupat de parcul eolian Whitelee din
Scotia. Parcul energetic va fi construit in trei etape. Prima va consta in
construirea a 34 de turbine eoliene, in zona de est a localitatii Fantanele; cea de –
a doua etapa consta in construirea celor 105 turbine, in zona de vest a comunei;
in ultima etapa, vor fi montate 101 turbine in apropierea comunei Cogealac. Din
cauza unor probleme cu autoritatile locale, finalizarea proiectului a fost amanata
pentru sfarsitul anului 2012.
Odata finalizat proiectul, parcul eolian va avea capacitatea de a produce energie
egala cu cea a unui reactor de la Cernavoda (600 megawati). O singura turbina
eolia na va putea produce 2,5 megawati. Turbina eoliana va incepe sa produca
energie de la o viteza a vantului de 3 metri pe secunda.

Avantaje

-in contextul actual, caracterizat de creșterea alarmantă a poluării cauzate de
producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine dince în ce mai
importantă reducerea dependenței de acești combustibili.
-energia eoliană s -a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică
globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adreseaza nu numai pr oducerii de
energie, dar prin modul particular de generare reformuleaza si modelul de
dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliana in special este printre
formele de energie regenerabila care se preteaza aplicatiilor la scara redusa.
-principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante și
gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili. Nu se produc
deșeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel de
deșeuri.
-costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse
în centralele eoliene moderne a scăzut substanțial în ultimii ani, ajungând în
S.U.A. să fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili,
chiar dacă nu se iau în c onsiderare externalitățile negative inerente utilizării
combustibililor clasici.
-costuri reduse de scoatere din funcțiune. Spre deosebire de centralele nucleare,
de exemplu, unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de câteva ori mai
mari decât cost urile centralei, în cazul generatoarelor eoliene,costurile de
scoatere din funcțiune, la capătul perioadei normale de funcționare, sunt
minime, acestea putând fi integral reciclate.
Dezavantaje
-la început, un important dezavantaj al producției de energ ie eoliană a fost
prețul destul de mare de producere a energiei și fiabilitatea relativ redusă a
turbinelor. În ultimii ani, însă, prețul de producție pe unitate de energie electrică
a scăzut drastic, ajungând până la cifre de ordinul 3 -4 eurocenți pe kilo watt oră,
prin îmbunătățirea parametrilor tehnici ai turbinelor.
-un alt dezavantaj este și “poluarea vizuală” – adică, au o apariție neplăcută – și
de asemenea produc “poluare sonoră” (sunt prea gălăgioase). Alții susțin că

turbinele afectează mediul și e cosistemele din împrejurimi, omorând păsări și
necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor.
Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt au o apariție
atractivă stilizată, că mașinile omoară mai multe păsări pe an decât turbin ele și
că alte surse de energie, precum generarea de electricitate folosind cărbunele,
sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu, deoarece creează poluare și duc la
efectul de seră.
Un dezavantaj practic este variația în viteza vântului. Multe locuri pe Pământ
nu pot produce destulă electricitate folosind puterea eoliană, și din aceast ă cauză
energia eoliană nu se poate amplasa în orice locație .

Concluzii
Pentru obtinerea unei noi perfmante, cercetatorii studiaza aerodinamicitatea
palei . Totusi nu numai pale este luata in calcul, ci si rotorul pentru o perfomanta
mai buna . Daca fluxul de aer ar fi utilizat mult mai eficient decat in prezent
acesta ar putea maximiza cu 10 -20% producerea de energie si o scadere la
nivelul zgomotului emis .
Avand in vedere ca in secolul trecut s -a produs o poluare din cauza
arderilor combustibililor fosili,afectand stratul de ozon, producand incalzirea
globala si topirea ghetarilor, aceasta tip de centrala de producere a energiei
electrice prin invartirea unei pale scade rata de poluare si a costurilor reduse de
productie.
Din pacate inca nu s -a reusit nimic pentru integrarea acestor centrale in
peisajul ambiant, deoarece ocupa spatiu si depinde si de zona unde este montat;
In prezent centralele eoliene au inceput a fi montat e si in larg, acolo unde se
produce energie pentru tarile limitrofe.
Capacitatea de producere a energiei electrice din centrala eoliana este 50%,
atata putem recupera din energia cinetica produsa, ea fiind de 59% ( Teoretic
vorbind, exista un prag fizic fat a de capacitatile productiei de energie eoliana,
fapt definit chiar de “legea lui Betz“ formulata in 1919 de fizicianul german
Albert Betz. Conform acesteia, doar 59% din energia cinetica adusa de curentii
de aer poate fi recuperata maximal, spre a fi conv ertita in energie mecanica
primara ), totusi cercetatorii lucreaza in prezent pentru gasirea unei solutii pentru
captarea si mai multor procente.

Referinte

1. https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_eolian%C4%83

2. http://rwea.ro/energia -eoliana/energia -eoliana -in-romania/

3. http://ecology.md/md/page/energia -eoliana

4. http://stiintasitehnica.com/energia -eoliana -energie -solara -indirecta/

5. http://www.creeaza.com/tehnologie/electronica -electricitate/Centralele –
eoliene577.php