Onisim.marian@gmail.com 574 04. Cap 01 Jpg Text

UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. Capitolul 1. Energia eoliană. 1-1. Istorie Vântul este rezultatul activității energetice a Soarelui gi se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului. Mișcarea maselor de aer se formează datorită temperaturilor diferite a două puncte de pe glob, având direcția de la punctul cald spre cel rece. Ca sursă energetică primară vântul nu costă nimic. De asemenea, aceasta poate fi utilizată decentralizat – este o alternativă bună pentru locațiile aflate departe de Sistemul Energetic National (SEN), Încă la orizontul civilizației energia vântului se utiliza navigația maritimă. Se presupune că egiptenii străvechi mergeau sub pânze inc 5.000 ani în urmă. În jurul anului 700 pe teritoriul Afganistanului mașini eoliene cu axa venicală de rotație se tizau pentru măcinarea grăunțelor. Cunoscutele instalații eoliene (mori cu elicele conectate la turn) asigurau funcționarea unor sisteme de irigare pe insula Creta din Marea Mediterană. Morile pentru măcinarea boabelor, care funcționau pe baza vântului, sunt una din cele mai mari performanțe a secolelor medi, În sec. XIV olandezii au îmbunătățit modelul morilor de vânt răspândite în Orientul Mijlociu, și au început utilizarea largă a instalațiilor coliene la măcinarea boabelor Fig. 1.1 Moara de vânt În 1854 în SUA apare o pompa de apă, care funcționa pe baza energiei vântului. Din punct de vedere constructiv, această pompă semna cu modelul morilor de vânt, dar avea mai mule pale (brafe) și un fluger pentru determinarea direcției vântului. In jurul anului 1940 în UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. SUA se utiliza peste milioane de instalați de acest ip pentr pomparea ape i producerea energiei lectie, Este socotită o premiză a cuceririi Vestului sălbatic, datrită posibilități de asigurare cu apă a fermelor zootehnice. Însă la mijlocul secolului XX vine sfărșitul utilizării larg a energie vântului, venind în schimbul eo sursă energetică modem = petrolul Interval ctre energetica vântului reapare după citeva crize petroliere tite de omenire timp de câteva decenii. Acest ler se petrece la începutul anilor 70, datorită reșerii rapide a prețurilor I petrol când SUA a adoptat mai mute programe desinate să incurajeze valorificarea ei. În California, în sfnitul anului 1984, function deja 8469 de turbine coline. Capacitatea total a cestor unități este de aproximativ $50 MW. Ele erau consrute în locur cu vânt pateric, grupate în asa-numitle wind farms Turbinele de vint pot fi folosite pentru producerea electricității individual sau in grupuri, denumite ferme de vân. Femele de vân, care în prezent sunt complet automatizate, asigură, spre exemplu, 1% din necesarul de energie electrică al Californiei adică 280 de mi Jocuinfe. Turinele eoliene aveau însă și citeva probleme: modificările mari ale vitezei vântului provocau variații ale imenstății curenului electri, defectind uneori sisteme de transmise; pale rotorului colectau în timp substanțe străine, particule de praf ee, care reduceau randamentul 1.2. Energia eoliana in prezent UE șia fixat drept obiectiv ferm ca un procent de 20 % din productia de energie să provină în a eoliană si din alte surse de energie regenerabilă. Ponderea diferitelor surse regenerabile de energie la nivelul anului 2020 2020 din energia se vrea a fi cea prezentată în figura 1.1. Fig 12 Ponderea ener regenerabile dorita de UE in 2020 Pon tinge acest obs, ma mult deo sme din cerns eropsne tn energie electrică tebe sf provină din surse regenerabile, inte care se ateaptă ca energaeoliand să produc inte 12 s 14 % (180 GW) din cererea total. As cerea colină va juca un rol seria în almentarca stabil cu energie cura, prods local Sare sfrytalanului 2003, UE-IS a instalat o capacitate de mai mul de 28.000 de rmegawati (MW) in turbine colen. Spr sig! îi 2007, Europa extinsă la 27 a avut o UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMĂ capacitate de peste 56.000 MW. Acești 56.000 MW acoperă 3.7 % din cererea totală de energie elecirică din UE, fumizează energia, corespund in medie necesităților a 30 de milioane de famili, evitind totodată emiterea unei cantități de 91 de milioane de tone de bioxid de carbon. Mai mult, miliarde de Euro au fost economisite din costurile combustibilului importat in 2007, iar peste 11 miliarde de Euro a fost investite in instalarea turbinelor eoliene în Europa. La inceputul amului 2018, capacitatea mondială a centralelor coliene era de aproximativ 530 GW, in anul 2016 487GW, iar in anul 2010 198 GW , acestea producând ceva mai mult de 1% din necesarul mondial de energie electrică. Deși încă o sursa relativ minoră pentru majoritatea țărilor, producția energiei eoliene a crescut practic de 7 ori între anii 1999 si 2008, ajungându-se ca, în unele țări, ponderea energiei coline în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%). Noile cerințe în domeniul dezvoltări durabile au determinat statele lumii si își pună problema metodelor de producere a energiei și să crească cota de energie produsă pe baza energiilor regenerabile. Trei factor au determinat ca soluția eolienelor să devină mai competitivă: + mile cunoștințe și dezvoltarea electronicii de putere; = creșterea performanței aerodinamice în conceperea turbinelor coliene; = finanjarea națională pentru construirea de noi ferme eoliene. În prezent, pe plan mondial, ponderea energiilor regenerabile în producerea energiei elecrice este scăzută. Se poate spune că potențialul diferitelor filiere de energii regenerabile este sub-exploatat. Totuși, progresele tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene, într-un ritm permanent crescător în ultimii ani, cu o evoluție exponențială, avind o rată de creștere impresionantă după cum se poate observa mai jos în fig 13. UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică gi Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. Puterea vântului: capacitatea mondială instalată (GWEC) 7 «0 327| al 3 a 2} 2028! 3 298.0 | pats 8 Fig. 1.3, Evoluția puterii coliene instalate pe plan mondial si predicții pe 1996-2016 (GW) Energia coliani este destul de we îi dezvoltată în Europa, deținând poziția de lider în topul energiilor regenerabile. Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de. electricitate pentru 20 milioane de locuitori. – Fig. 1-4. Repar puterii coline pe plan mondial De altel, 90% din producătorii d coline de medie și mare putere se aa în Europa, deși nu are decât 9% din poteniaul colian disponibil în lume, dar are 60% din puterea instalată în 2016. Ea a produs 120 TWh electricitate de origine eoliană în 2016, productia mondială find de 150 TWh. Potențialul eotian tehnic disponibil in Europa este de $000 TWh pean. UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea: Automatică gi Informatică Aplicati-PROIECT DE DIPLOMA. 1.3. Potențialul energetic eolian al Româi România are um potential imens în domeniul energici akermative. Studile de specialitate arată că înregistrează cel mai ridica potențial din sud-estul Europei în domeniul energie coline, iar sud-estul Dobrogei se pasează chiar înre primele locuri la nivelul înreguli continent Asii, potențiali coian al Romans este estimat ln 14 GW capacitate instal, însă tar noastră dispune deocamstă de doar 2500 MW instalați în turbine cline. Conform hari enerziei veri, potențialul României Cuprinde: 65% biomes; 17% cncgie coliană; 12% energie soră 4% microhidroccntrale; 1% vote; 1% gootermal în Romania, cu exeeria zonelor montan, unde condi le meteorologice fac dificilă instalaca și ntreinerea agregatelor coliene, viteze egale sau superioare pragului de 4 mis se rezăsese in Podișul Central Moldovenesc și în Dobrogea. în uncie de Viteza vântului de minim 4 mis (penru o funționare ficienă a turbinei coline) si de numărul de orsan în cre acestă viteză este tisă, exist o hartă a României împărțită în S zone eoliene, prezentată mai jos în fig. 1.5 Fig. 1.5, Harta potențialului energetic colian al României 10 UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. Potential eolian favorabil se află în zonele: – Zona Dobrogei, inclusiv fâșia litoralului, + Zona de deal inalt și de munte, alitudini, în general între 600 și 1100 m, în amplasamente deschise, situate spre vârful unor înălțimi golase. Cum am spus si mai sus potențialul eolian al României este de circa 14.000 MW putere instalată, respectiv 23.000 GWh, producție de energie electrică pe an. Acesta este potențialul total. Considerând doar potențialul tehnic și economic amenajabil, de cirea 2.500 MW, producția de energie electrică corespunzătoare ar fi de aproximativ 6.000 GWh pe an, ceea ce ar însemna 11% din producția totală de energie electrică a ării noastre Investițiile necesare în domeniul energiei eoliene sunt de circa 1 milion euro MW instalat. O capacitate instalată de 100 MW presupune o investiție de circa 100 milioane euro. Deși pare o cita mare, este de reținut faptul că investiția s-ar amortiza în aproximativ 7 ani, termen extrem de rezonabil pentru o investiție energetică. Piața europeană a energiei eoliene este în plină dezvoltare, cu un ritm de creștere mai mare decât al oricărui al domeniu energetic. Energia colină nu poate să înlocuiască toate celelalte forme de energie, ci doar să fle © opțiune din grupul de posibilități existente, o parte a mix-ului energetic. Pe termen mediu, sursele regenerabile de energie nu pot fi privite ca alternativă totală la sursele convenționale, dar cert că, datorită avantajelor pe care le au – resurse locale, abundente, ecologice, ieftine, independente de importuri si crize mondiale – acestea trebuie utilizate împreuna cu combustibilii fosili și energia nucleară. Exista suficienta experiență si destule modele de succes de dezvoltare a domeniului, oferite de țări precum Spania, Germania sau Danemarca. Modelul spaniol arată foarte clar cum poate fi gestionată această dezvoltare într-o manieră sustenabilă și transformată intro veritabila forță. Tinta pe care și-a propus-o guvernul spaniol este de 20,000 MW putere instalată în centrale eoliene, pana în 2011. Daca în Spania“ dezvoltatorii de proiecte și fabricanții de turbine coliene vor atinge această țintă, atunci regii țări. Spania oferă un model de dezvoltare a sectorului energiei eoliene, care poate fi aplicat oriunde în lume cu condiția implementării unei legislativ ferme care să aibă ca obiectiv dezvoltarea domeniului. Considerând doar potențialul tehnic si economie amenajabil, de circa 2.500 MW, productia de energie electrică corespunzătoare ar fi de aproximativ 6,000 GWh pe an, ceea ce energia va furniza in jur de 15% din necesarul de energie al ar însemna 11% din producția totală de energie electrică a țării noastre. Pentru a injelege semnificația cifrelor de mai sus trebuie subliniate câteva lucruri UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. = 6.000 GWh se pot obține prin aderarea a 6.500.000 tone de cărbune, 1.5 miliarde metri cubi de gaz sau 1.200.000 tone păcura: = 6000 GWh = 1.200.000 tone piicura = 300,000,000 $ anual. Aitfel spus 0 reducere a importurilor de păcura cu peste 1.2 milioane tone si o economie anuala de peste 300 milioane de dolari. = 6.000 GWh energie electrică produsă in termocentrale pe cărbune, duc la eliminarea în atmosferă a peste 7 milioane tone bioxid de carbon. Prin producerea aceleiași cantități de energie in centrale coliene emisiile de bioxid carbon ar fi zero. = 6.000 GWh energie electrică produsă in centrale eoliene ar duce la crearea unui număr de peste 7.500 locuri de munca permanente și cel puțin încă pe atât locuri de muncă temporare În Germania, făcând comparație înre numărul de locuri de munca din domeniul energiei coliene si cel al energiei nucleare, raportul este de 10 la 1 in favoarea energiei eoliene. Aceeași unitate energetică crecază de 10 ori mai multe locuri de muncă Prin reducerea emisiilor de dioxid de carbon se pot obține avantaje economice consistente. În momentul de față, dată find importanța deosebită pe plan european a masurilor de protejare a mediului, există o piață pe care se tranzacționează unități de emisii de COs. Mai exact spus de reducere a emisilor de COs, Prețul pe tonă de reducere de COs ajuns în un se estimează, însă, o creștere la tranzactionarea pănă la 40 euro) tonă sau chiar mai mult. Se moment dat la valoarea de 30 euro, stabilizindu-se ulterior la circa 20 euro! tona Ct estimează că prețul pe tona de CO; va ajunge Ia 100 euro in 2030. Prin comercializarea emisiilor de COs, Romania ar putea obține peste 150 milioane euro anual. Emisiile de CO; asociate sectorului energetic au o importanță foarte mare, find răspunzătoare pentru mai mult de 50% din efectul cumula al emisiilor de gaze cu efect de seră, emisii a căror principal efect este cel al modificărilor climatice, Siguranța energiei eoliene Energia coliană e o sursă de putere electrică promițătoare in viitor datorita ecologitții i infiniti sale, Totus, pentru Că viteza vintului variază în timpul zilei, sezonului sau anilor, energia generată de vânt e o resursa intermitentă. În zonele de pe glob cu acțiune puternică a vântului turbinele acționează în jur de 60% din timpul anului. Chiar si așa vântul poate fi insuficient pentru ca turbinele si funcționeze la capacitate maximă. Cu toate acestea [E] UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică gi Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. tehnologia a reușit să-si olosese acest tip de energie. Statisticile arată că producția de energie electric a turbinelor eoliene este comparabilă cu cea produsă de hidrocentrale, Ia aceeași putere instalată, adică ca și când ar funcționa o dapteze creațiile imbundtatindu-le și producând gi alte aparate ce treime din timp la puterea nominala. Desigur că cel mai important factor il reprezintă viteza vântului In general se poate lua în considerație montarea de turbine coliene numai dacă viteza medie a vântului este de peste 5-6 mis. Studierea vitezei vântului trebuie făcuta pentru amplasamentul respectiv pe o perioada de cel putin 6 luni ar anemometrul este preferabil a fi amplsa ln iăhimea vitan turin. Cu ct măsrtoie se fc pe o perioda mai mae de , cu atât aparatura de măsură are precizie mai bund și cu cât amplasarea sa este mai apropiată de poziția viitoarei turbine, cu atăt caleulcle thnico-economice vor fi mai apropiate de realitate, Instalarea de turbine coliene este ficient, dacă amplasarea este ficuta după criterii stable cu multa ja. Suprafața terenului, configurația sa, prezenta clădirilor saw a pomilor infueneaz8 viteza vântului. Terenul foarte variat sau obstacolele mari pot crea turbulente care pot scădea productia de energie, în același timp cu creșterea uzurii turbinei. In zonele montane, izolat, montarea de turbine eoliene poate fi o soluție viabilă. În acela timp poate să apară dezavantajul produc avea încă o sursă de energie electrica în stuația în care nu este Vânt. Bineinteles, această intermitente de energie si necesitaii de a soluție cu amplasarea adițională a unei alte surse de electriitate reprezintă un cost in plus, deci inevitabil o investiție mai mare dar și o continuitate în alimentare. De asemenea, prin amplasarea pe mare a turbinelor eoliene se câștiga prin faptul că viteza vântului este mai mare, nefiind influențat de obstacole, în schimb costul investiției cat i al întreținerii este mai mare datorită creșerii complexității proiectului. Desigur că pentru fiecare proiect în parte vor fi făcute maturalori cat mai exacte ale vitezei vântului, pe perioade: suficient de lungi de timp, cât si studii de fezabilitate care vor dovedi dacă investiția este rentabilă sau nu Marile avantaje ale utilizării energiei eoliene pentru producerea de energie elecirică sunt: protejarea mediului; cost de producere competitiv, comparativ cu cel al centralelor clasice; timpul redus de montaj; vântul este abundent, gratuit si inepuizabil; costul de producere nu este influențat de fluctuaile prețului celorlalți combustibili. [EI UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. 1.5. Centrala eoliană Turbinele coliene sunt centrale complexe care transforma energia cinetica a vântului in energie mecanica, iar energia mecanica este transformata in mai departe in energie electrica 1.5.1. Elementele constructive ale unei centrale Cele mi importante parti componente ale turbinelor eoliene, sunt: – butucul rotorului; = paletele; = nacela; – pilonul = _arborele principal (de turaie redusă); = multiplicatorul de turație cu roi di – dispozitivul de frânare; + _arborele de turație ridicată; = generatorul electric; – . sistemul de răcire al generatorului electric; – sistemul de pivotare; + giruet = sistemul de control (controller). ‘Transmise Butue J amore SEE, Generator a © Figura 1.6 Componentele sistemului colian UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMĂ Pentru a realiza aceasta conversie sistemul eolian are in componenta următoarele elemente: = Elicea turbinei alcătuită din Pale ce sunt realizate dintr-un amestec de fibră de sticlă și materiale compozite. Ele au rolul de a capta energia vântului și de a o transfera rotorului turbinei. Butue ce este previzut cu un sistem pasiv (aerodinamic), activ (hidraulic) sau mixt (activ stall) care permite orientarea palelor pentru controll vitezei de rotație a turbinei coline: = Arborele primar este arborele rotorului turbinei coliene. Se mai numește arborele lent, – deoarece el se rotește cu viteze de ordinul a 20 – 40 rot/min. Prin intermediul multiplicatorului, el transmite mișcarea, arborelui secundar, = Multplicatorul mecanic de vitez permite transformarea puterii mecanice, caracierizată de cuplu mare și viteze mici specifice turbinei coliene, in putere de viteză mai ridicată, dar cuplu mai mie. Viteza turbinei eoliene este prea mică, iar cuplul prea mare, pentru a fi aplicate direct generatorului electric. Maltiplicatorul asigură conexiunea arborele primar (al turbinei coliene) și arborele secundar (al generatorului); – Arborele generatorului sau arborele secundar anurenează generatorul electric. E este echipat cu o frână mecanică cu dise (dispozitiv de securitate), care limitează viteza de rotație în cazul unui vant violent; = Generatorul electric asigură producerea energiei ekecirice. Generatoarele de curent alternativ sinerone pot fi în construcție clasică sau cu magneti permanenți, funcționând la viteza fixă sau variabil 1.52. Variante constructive de sisteme eoliene Variantele constructive de sisteme eoliene astiel obținute pot fi date de următoarele combinații: = vurbina cu pas fx sau reglabil: – prezenfa sau nu a multiplicatorului mecanie – variantele constructive de generatoare electrice, Turbinele coliene par a fi masini simple, dar în realitate trebuie Să satisfacă niște cerințe fundamentale, ceea ce conferă acestei ramuri de inginerie un caracter eu totul special, doosebind-o de toate celelalte. 15 UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. = mașina trebuie să funcționeze ca o central electrică nesupravegheaă și să furnizeze rețelelor electrice mai mult decât simpla energie = vântul variază pe scara timpului de la secunde ln ani, cea ce introduce un factor de incenitudine in orice aspect, del sarcina mecanică la produca de energie; – această tehnologie iebuie să fie competitivă în privința cosurilor, in comparație cu celelate cnergli regenerabile gi modului de producție conventional Principalele elemente care determină în prezent designul sunt: =. Compatibilitatea cu rețelele electrice, = costul energiei (care include și fiabilitatea), = semisiile” acustice, – impactul vizual și compatibilitatea cu condițiile amplasamentului. (Cu toate acestea, multe probleme tehnice rămân încă nerezolvate. De exemplu, turbinele mari, afate actualmente în producție, includ : – . concepte cu diametru rotoric mare, generatoare cu turație joasă – . concepte referitoare la generatoare de turație mare și multplicatoare de turație și – . soluții intermediare cu generatoare de turație medie și o treaptă redusă de multiplicare. Designul centralei coliene este o problemă critica at costuri, cât și gradul de acceptare de către public, indiferent că este vorba de mare sau de în ceea ce privește reducerile de uscat, mai cu seama în cazul celor care depășese prin dimensiunile lor marile centrale elecrice convenționale. 1.5.2.1. Eoliene cu ax vertical Pilonii colienelor cu ax vertical sunt de talie mică, având înălțimea de 0,1 – 0,5 din înălțimea rotorului. Aceasta permite amplasarea întregului echipament de conversie a energiei (multiplicator, generator) la piciorul colienei, facilitând astfel operațiunile de întreținere. În plus, nu este necesară utilizarea unui disporitiv de orientare a rotorul, ca în cazul eolienelor cu ax orizontal. Totuși, vântul are intensitate redusă ta nivelul solului, ceea ce determing un randament redus al colinei, aceasta find supusă și turbulentelor de vân. În pls, aceste eoliene trebuiesc antrenate pentru a pomi, pilonul este supus unor solicitări mecanice importante, Din acest motive, în prezent, constructorii de coline s-au orientat cu precădere către colienele cu ax orizontal. 16 UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică gi Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMĂ Cele mai răspândite se bazează pe principiul tracțiunii diferențiale. Eforturile exercitate de vânt asupra fiecăreia din fețele uni corp curbat au intensități diferite. Rezultă un cuplu care determină rotirea ansamblului Rotorul lui Savonius in cazul căruia, funcționarea se bazează pe principiul tracțiunii diferențiale, Efonurile exercitate de vânt asupra fiecăreia din feele uni corp curbat au intensități diferite. Rezultă un cuplu care determină rotirea ansamblului Rotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variații periodice a incidentei. Un profil plasat într-un curent de aer, în funcție de diferitele unghiuri, este supus unor forte ale caror intensitate i directie sunt diferite. Rezaltanta acestor forte determină aparitia unui cuplu motor care roteste dispozitivul. 1.5.2.2. Eoliene cu ax orizontal Funcționarea colienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vânt. Cel mai adesea, rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic, deoarece astfel se obține un bun compromis între coeficientul de putere, cost i viteza de rotaie a captorului eolian, ca și o ameliorare a aspectului estetic, față de rotorul cu două pale. Eolienele cu ax orizontal sunt cele mai utilizate, deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax vertical, sunt mai putin supuse unor solicitări mecanice importante si au un cost mai scăzut. Dispunerea amonte a turbinei este cea ‘mai utilizată, deoarece este mai simplă și dă cele mai bune rezultate la puteri mari: nu are suprafețe de directionare, eforturile de manevrare sunt mai reduse și are o stabilitate mai bună. Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiese totdeauna, orientate în funcție de direcția și fora vântului. Pentru aceasta, există dispozitive de orientare a nacelei pe direcția vântului și de orientare a palelor, în funcție de intensitatea acestuia. n UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA, 1.53. Alte criterii de clasificarea a centralelor eoliene Turbinele coliene moderne se mai pot clasifica și după alte criterii cum ar fi după puterea colienei cât și după posibilitatea conectării sau mu la rețea: 2) dupa puterea turbinelo Tp Diametrul rotor Puterea Micro =3m SOW-2KW Mich mă m 2KW-0KW Medii Tm 45 m OKW-5KW Mari > am ZI 4) dupa posibilitatea comectarii la rețea: – cu posibilitate de conectare la rețea (grid connect) — în general turbine de capacitate mare; – izolate – fără posibiltatea de conectare la rețea (no grid connect) ~ turbinele mici folosite la încărcarea acumulatorilor sau pentru consumatorii mici, Două tipuri de rețele pot fi utilizate: = Refele izolate în care puterea generatoarelor eoliene este cuprinsă între 10KW și 200KW. Rejele izolate se regăsesc in zonele in care costul ete ridicat pentru transportul combustibilului diesel, Aceste tipuri de rețele sunt hibride utilizând cuplajul coliană-disel. Energia vântului este utilizată ca sună primară având rolul de reducere a consumului de combusili diesel. – Rețele nationale în care puterea generatoarelor eoliene este cuprinsă între 200KW și ‘2MW. Cele mai multe aplicații ale eolienclor le regăsim conectate în rețeaua națională în care turbinele sunt conectate in ferme de vânt. O astfel de fermă este alcatuită dintr-un număr de turbine plasate perpendicular pe direcția vântului, interconectate in substaii 18 UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică gi Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMA. 1.5.4. Generatoare utilizate la centralele eoliene Două mari tipuri de generatoare electrice sunt utilizate: sincrone și rândul lo pot fi Generatoarele sincrone e cuexcitație electromagnetică © cu magnet permanenti Generatoarele asincrone pot fi © Curotorin scurcireuit © Curotor bobinat Generatoarele sincrone Generatoarele sincrone sunt utilizate în sistemele coliene pentru obținerea de tensiune si fieevență constantă. Combina axul generatorului sineron și a modurilor de excitație conduc la șapte metode de folosire a generatoarelor dintre modul de acționare a turbinei coliene, a cuplării la incrone in sistemele eoliene, Primele tei sisteme au viteza constantă și diferă numai modul de reglaj al unghiului elicei si detalile cutiei de viteză. Sistemele cu unghi variabil sunt capabile să lucreze la un ‘bun coeficient de performanță peste o valoare a vitezei vântului la viteza unghiulară fină a turbinei. În acest mod densitatea de putere la ieșire este mai mare decât in sistemele cu unghi fix. Extinderea intervalului de viteză, la sistemele cu unghi variabil se realizează prin utilizarea a doua rapoarte de transmisie. Sistemele de la patru ln șapte funcționează la vizeză variabilă și sunt completate pentru oblinerea frecvenței constante de una din metodele redate în coloana a patra a tabelului. Astfel în sistemul al patrulea axul turbinei anirenează un generator de curent continuu care l rândul său alimentează un motor de curent continuu cuplat mecanic cu generatorul sincron, reglajul turaiei a generatorului sincron se face reglajul curentului rotoric al motorului de curent continuu.. Dezavantajul sistemului patru față de trei este că necesită două mașini electrice adiționale, ceea ce duce la costuri mai ridicate și totodată mai putin performante din punct de vedere al mentenante. Sistemul cinci este similar sistemului patru și constă în cuplarea la axul turbinei a unui ‘generator Sincron. Tensiunea de frecvență variabilă este redresată și aplicată motorului de curent continuu ce antrenează al doilea generator sincron. Sistemul generator sincron — 19 UNIVERSITATAEA „AUREL VLAICU” ARAD- FACULTATEA DE INGINERIE Specializarea- Automatică și Informatică Aplicată-PROIECT DE DIPLOMĂ redresor se amplasează în tumul colienei, iar grupul motorul de curent continuu -generator sincron la baza acestuia. AL șaselea sistem presupune redresarea tensiuni de frecvență variabilă a generatorului i obținerea tensiunii de frecvență industrială cu ajutorul nvertorului, Ultimul sistem conține o cutie de viteză automată ce poate mentine turatia constantă a mașini sincrone. Generatoarele asincrone Generatoarele asincrone utilizate sunt cu rotor în scurtcircuit sau cu rotor bobinat. Generatorul asineron cu rotor în scurtcircuit prezintă avantajul conectării directe în rețea și funcționează aproximativ Ja vitează constantă. Din cauza caracteristcii cuplu-alunecare (cuplucturatie ) variația turafiei pentru a funcționa economic (alunecare mică) variațiile de vieză sunt acceptate int-o gamă foarte redusă. Acest tip de generator se poate utiliza la colienele de mare putere deoarece momentul de inerție al masini ienuează variațiile vitezei vântului. Sistemul nu se pretează la colienele cu inerție mică 20