Centrale Eoliene

Cuprins

Capitolul I: Introducere ………………………………..pag 2

Capitolul II: Proiectarea centralei eoliene – Partea mecanică …………………………………………..……pag 37

Capitolul III: Proiectarea centralei eoliene – Partea electrică……………………………………………………………pag 64

Capitolul IV: Caracteristici generale ale centralelor eoliene moderne…………………………………………………..pag 70

Capitolul V: Dificultăți legate de valorificarea energiei eoliene…………………………………………………………………….pag 76

Capitolul VI: Concluzii……………………………………….pag 82

Bibliografie………………………………………………pag 84

=== Centrale Eoliene ===

Cuprins

Capitolul I: Introducere ………………………………..pag 2

Capitolul II: Proiectarea centralei eoliene – Partea mecanică …………………………………………..……pag 37

Capitolul III: Proiectarea centralei eoliene – Partea electrică……………………………………………………………pag 64

Capitolul IV: Caracteristici generale ale centralelor eoliene moderne…………………………………………………..pag 70

Capitolul V: Dificultăți legate de valorificarea energiei eoliene…………………………………………………………………….pag 76

Capitolul VI: Concluzii……………………………………….pag 82

Bibliografie………………………………………………pag 84

Capitolul I: Introducere

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului. 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 mare 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.

La sfârșitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904 MW, acestea producând ceva mai mult de 1% din necesarul mondial de energie electrică.

Deși încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor, producția energiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 și 2006, ajungându-se ca, în unele țări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

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 Pământul (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.

1.1 Istoricul eolienelor

Energia eoliană este una din cele mai vechi surse de energie nepoluantă. Drept sursă energetică vântul este cunoscut omenirii de 10 mii de ani. încă de la orizontul civilizației energia vântului se utiliza în navigația maritimă. Se presupune că egiptenii străvechi mergeau cu pânze cu 5.000 ani în urmă. În jurul anului 700 pe teritoriul Afganistanului se utilizau mașini eoliene cu axă verticală de rotație se utilizau 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 medii. în sec. XIV olandezii au îmbunătățit modelul morilor de vânt, răspândite în Orientul Mijlociu, și au început utilizarea largă a instalațiilor eoliene la măcinarea boabelor, așadar moara de vânt este strămoșul generatoarelor eoliene.

Moara de Vânt

Mai târziu, morile se orientau după direcția vântului și au fost puse pânze pentru a capta mai bine energia vântului.

Moară de vânt cu pânze din zona etnografică Dobrogea de sud

(sursa: www.cimec.ro)

Prima moară de vânt cu pale profilate a apărut în secolul doisprezece. Chiar dacă era foarte simplă, este totuși vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor. Acestea au fost utilizate în principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea grâului.

În perioada Renașterii, inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte intens de morile de vânt, ceea ce a condus la numeroase inovații. De atunci, morile s-au înmulțit în Europa.

Revoluția industrială a oferit un nou început pentru morile de vânt, prin apariția de noi materiale. în consecință, utilizarea metalului a permis modificare formei turnului și creșterea considerabilă a mașinilor pe care le numim pe scurt "eoliene" (Fig. 3).

Eoliana moderna

(sursa http://www.babilim.co.uk/)

1.2 Importanța Eolienelor

Energia de origine eoliană face parte din energiile regenerabile, aceasta este o sursă de energie reînnoibilă generată din puterea vântului. Energia eoliană este atractivă atât din punct de vedere ecologic – nu produce emisii în atmosferă, nu formează deșeuri radioactive, cât și din punct de vedere economic – ca sursă energetică primară vântul nu costă nimic.

Noile cerințe în domeniul dezvoltării durabile au determinat statele lumii să își pună problema metodelor de producere a energiei și să crească cota de energie produsă pe baza energiilor regenerabile. Protocolul de la Kyoto angajează statele semnatare să reducă emisiile de gaze cu efect de seră. Acest acord a determinat adoptarea unor politici naționale de dezvoltare a eolienelor și a altor surse ce nu degajă bioxid de carbon.

Trei factori au determinat ca soluția eolienelor să devină mai competitivă:

• noile cunoștințe și dezvoltarea electronicii de putere;

• ameliorarea performanțelor aerodinamice în conceperea turbinelor eoliene;

• finanțarea națională pentru implantarea de noi eoliene.

În prezent, pe plan mondial, ponderea energiilor regenerabile în producerea energiei electrice, este scăzută. Se poate spune că potențialul diferitelor filiere de energii regenerabile, este sub-exploatat. Totuși, ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene ,într-un ritm permanent crescător în ultimii ani, cu o evoluție exponențială, având o rată de creștere de 25% în 2003.

Evolutia puterii instalate pe plan mondial 1995-2006 [MW]

Sursa: EWEA (European Wind Energy Association)

Filiera eoliană este destul de dezvoltată în Europa, deținând poziția de lider în topul energiilor regenerabile. Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică pentru 10 milioane de locuitori. Dealtfel, 90 % din producătorii de eoliene de medie și mare putere, se află în Europa.

Repartiția în Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor, arată diferențe între state. Germania este liderul pe piața europeană, în ciuda unei încetiniri în 2003 a instalărilor. Spania, pe poziția a doua, continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene. Danemarca este pe a treia poziție, având dezvoltate eoliene offshore și trecând la modernizarea eolienelor mai vechi de 10 ani.

Costurile și eficiența unui proiect eolian trebuie să țină seama atât de prețul eolienei, cât de cele ale instalării și întreținerii acesteia, precum și de cel al vânzării energiei. O eoliană este scumpă. Trebuiesc realizate încă progrese economice pentru a se putea asigura resursele dezvoltării eolienelor. Se estimează că instalarea unui kW eolian, costă aproximativ 1000 euro. Progresele tehnologice și producția în creștere de eoliene din ultimii ani permit reducerea constantă a prețului estimat Prețul unui kWh depinde de prețul instalării eolienei, ca și de cantitatea de energie produsă anual. Acest preț variază în funcție de locație și scade pe măsura dezvoltării tehnologie.

În Germania și Danemarca, investitorii sunt fie mari grupuri industriale, fie particulari sau agricultori. Această particularitate tinde să implice populația în dezvoltarea eolienelor. Energia eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producției agricole. în Danemarca, 100 000 de familii dețin acțiuni în energia eoliană. Filiera eoliană a permis, de asemenea, crearea de locuri de muncă în diverse sectoare, ca cele de producere a eolienelor și a componentelor acestora, instalării eolienelor, exploatării și întreținerii, precum și în domeniul cercetării și dezvoltării. Se înregistrează peste 15 000 de angajați în Danemarca și 30 000 în Germania, direct sau indirect implicați în filiera eoliană.

Energia eoliană este considerată ca una din opțiunile 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 (TerraWattoră), ceea ce reprezintă de 4 ori mai mult decât consumul mondial actual de electricitate.

În Europa, potențialul este suficient pentru asigurarea a cel puțin 20% din necesarul de energie electrică până în 2020, mai ales dacă se ia în considerare noul potențial offshore.

Energia produsă de parcurile eoliene din țările membre U.E. până la sfarșitul anului 2006 [MW]

1.3 Factorii care recomandă utilizarea Eolienelor în România

Energia eoliană este folosită destul de extensiv în ziua de astăzi, iar turbine noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creștere în ultimii ani. Capacitatea totală mondială a turbinelor de vânt este 74,221MW. Majoritatea turbinelor produc energie 25% din timp, acest număr crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice. Se crede că potențialul tehnic mondial a energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum.

Potențialul eolian major este observat pe litoralurile marine, pe ridicaturi și în munți. Dar există multe alte teritorii cu un potențial eolian necesar pentru utilizare. Ca sursă energetică vântul poate fi mai greu de calculat spre deosebire de soare, dar în anumite perioade prezența vântului se observă pe parcursul întregii zile. Asupra resurselor eoliene influențează relieful pământului și prezența barierelor (obstacolelor) plasate la înălțimi de până la 100 metri. De aceea vântul, într-o mai mare măsură, depinde de condițiile locale (relief) decât de soare. în localitățile montane, spre exemplu, două suprafețe pot avea potențial solar egal, însă potențialul vântului poate fi diferit datorită diferenței în relief și direcțiile curenților maselor de aer. în legătură cu aceasta planificarea locului pentru plasarea instalației se petrece mai detaliat decât montarea unui sistem solar.

Energia vântului de asemenea este supusă schimbărilor sezoniere a timpului. Lucrul unei asemenea instalații este mai efectiv iarna și mai puțin efectiv în lunile de vară (în cazul sistemelor solare situația este inversă). De exemplu în condițiile climaterice din Danemarca sistemele fotoelectrice sunt efective la 18% în ianuarie și la 100% în iulie. Eficacitatea lucrului stației eoliene este de 55% în iulie și 100% în ianuarie. Astfel, varianta optimă este combinarea într-un sistem a instalațiilor eoliene și solare. Asemenea sisteme simbiotice asigură o productivitate a energiei electrice mai înalt în comparație cu instalațiile eoliene sau fotoelectrice, luate aparte.

Articolul "Evaluation of Global Wind Power", de Cristina L. Archer și Mark Z. Jacobson (Stanford University) este rezultatul unui studiu finanțat de NASA și finalizat de curând. Harta resurselor de vânt a fost realizată prin urmărirea a 8000 de puncte de măsurare din întreaga lume, inclusiv România. 13 % din punctele de pe hartă sunt încadrate în clasa 3 (vânt de 6.9-7.5 m/s) și doar-câteva au fost încadrate în clase mai mari. România se află în zona de resurse de până la 5.9 m/s, ca majoritatea celorlalte zone, însă cu un potențial suficient de important pentru a susține o politică de promovare a sistemelor eoliene.

Capacitatea potențială însumată global în domeniul energiei eoliene este de 72 Terrawatts.

Ne aflăm destul de departe de U.E. în domeniul energiei curate. în Europa există 48,062MW instalați în turbine eoliene, care produc aproximativ 70 TWh, în timp ce în România sunt în funcțiune 1,3MW. Doar Parcul Industrial de la Ploiești beneficiază de energie electrică furnizată de turbina eoliană cu putere de 660 kW amplasată în apropiere. Aceasta a fost pornită, pe 17 aprilie, la opt km de Ploiești, la Crângul lui Bot. Această instalație va produce energie electrică pentru firmele din cadrul Parcului Industrial Ploiești (PIP). Investiția a costat aproximativ 700.000 de euro, la care s-au adăugat cheltuielile legate de montajul centralei. Zona a fost identificată de meteorologi drept prielnică pentru o asemenea investiție. Pentru ca centrala să poată funcționa este nevoie ca ea să fie amplasată într-o zonă unde bate vântul constant. Viteza minimă a vântului care determină punerea în mișcare a centralei este de 3,5m/s. în zona parcului industrial viteza medie a vântului calculată de meteorologi este de 7 m/s. Această viteză medie asigură funcționarea centralei la 85-90% din capacitate. Dacă viteza vântului depășește 25m/s, centrala se oprește automat pentru a nu fi dereglată de furtuni sau alte fenomene meteorologice. Centrala eoliană are o putere instalată de 660 kW și produce un curent electric de 690 V, care intră în sistemul național la 20 kV. Este de tip V66 Vestas și a fost proiectată de firma Asja Ambiente din Italia. Componentele sunt producție marca Vestas din Danemarca. Instalația are o înălțime de 79 metri, din care 55 metri are turnul de susținere. în vârful turnului se află nacela cu toată instalația și palele care se rotesc. Greutatea turnului este de 52 tone, nacela cântărește 23 tone, iar palele doar 7 tone. Montajul instalației s-a efectuat cu trei macarale și a început în seara zilei de 22 noiembrie, fiind terminat în seara de 26 noiembrie. La începutul anului 2004, între 5 și 25 ianuarie, a avut loc pregătirea personalului care se va ocupa de întreținerea centralei. Este vorba doar de doi electricieni și un mecanic, care vor fi instruiți de specialiști din Italia. Centrala este automată și din această cauză necesită un număr mic de persoane care să se ocupe de întreținerea și funcționarea ei. Ea este comandată de un calculator situat la o distanță de 50 metri, care orientează nacela după direcția vântului. Timp de șase luni se vor efectua experimente pentru ca specialiștii români să se familiarizeze cu noua centrală și să vadă care sunt performanțele acesteia. Instalația va fi legată Ia sistemului energetic al parcului, care asigură iluminatul public și necesarul de energie electrică pentru firmele din parc.

Conducerea Parcului are în plan instalarea a încă două centrale eoliene asemănătoare. Prima, care le precede pe cele două, este de putere medie și se pretează cel mai bine pentru harta vânturilor din acea zonă. în proiect se mai află montarea a 10 centrale pe Valea Doftanei, care vor asigura energia electrică pentru populație. Costurile cu producerea energiei electrice cu ajutorul centralelor eoliene sunt situate la 75% din costurile necesare pentru producerea de curent electric prin metodele convenționale. întreținerea instalațiilor nu costă prea mult (în jur de 4.500 euro), iar consumabilele trebuie schimbate o data la doi ani. Până în 2007 se intenționează ca 8% din energia produsă în țară să fie asigurată prin sistemele neconvenționale. Procentul este mult mai mare în țări ca Germania 22% și Danemarca 31%.

O firmă germană intenționează să construiască în județul Suceava 25-30 de centrale eoliene, cu o putere nominală de 800-900 de KW fiecare. Din primele analize, vântul bate cum trebuie, așa că zona s-ar putea transforma într-o mică Olanda.

Firma germană „West Wind" este una dintre cele mai importante firme din lume care se ocupă cu proiectarea și construcția de centrale eoliene, fiind de asemenea și cea care vinde produsul finit, adică energia electrică. în total, firma are aproximativ 16.000 de asemenea centrale în întreaga lume, deținând, de exemplu, 50% din numărul total de astfel de centrale existente în Olanda, țara cu tradiție în producerea energiei eoliene. Conform specialiștilor germani, condițiile existente în Munții Călimani sunt propice pentru instalarea de centrale eoliene medii, iar o asemenea unitate costă 300.000 de euro. Ei au mai precizat că pentru fiecare centrală eoliană în parte investiția se amortizează de regulă în aproximativ doi ani, dar acest lucru variază în funcție de clienții pe care firma îi găsește pentru a cumpăra energia electrică produsă.

În România funcționează o singură centrală eoliană în județul Prahova, lângă Ploiești. Au fost făcute studii de fezabilitate pentru construirea de centrale eoliene cu rezultate favorabile la Panciu, în județul Vrancea, și în Constanța, potrivit MEC. Printre proiectele privind energia regenerabilă, cele mai importante sunt cele care vizează litoralul Mării Negre.

Modalitate de apreciere a vitezei vântului pe baza observației directe

1.4 Principiul de funcționare al eolienelor și tipuri de instalații

Energia de origine eoliană face parte din energiile regenerabile. Aero-generatorul utilizează energia cinetică a vântului pentru a antrena arborele rotorului său: aceasta este transformată în energie mecanică, care la rândul ei este transformată în energie electrică de către generatorul cuplat mecanic la turbina eoliană. Acest cuplaj mecanic se poate face fie direct, dacă turbina și generatorul au viteze de același ordin de mărime, fie se poate realiza prin intermediul unui multiplicator de viteză. În sfârșit, există mai multe posibilități de a utiliza energia electrică produsă: fie este stocată în acumulatori, fie este distribuită prin intermediul unei rețele electrice, fie sunt alimentate sarcini izolate. Sitemele eoliene de convesie au și pierderi. Astfel, se poate menționa un randament de ordinul a 59 % pentru rotorul eolienei, 96% al multiplcatorului. Trebuie luate în considerare, de asemenea, pierderile generatorului și ale eventualelor sisteme de conversie.

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafață mică pe sol. Acesta este un foarte mare avantaj, deoarece perturbă puțin locația unde este instalată, permițând menținerea activităților industriale sau agricole din apropiere. Se pot întâlni eoliene numite individuale, instalate în locații izolate. Eoliana nu este racordată la rețea, nu este conectată cu alte eoliene. În caz contrar, eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene. Instalările se pot face pe sol, sau, din ce în ce mai mult, în largul mărilor, sub forma unor ferme eoliene offshore, în cazul cărora prezența vântului este mai regulată. Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor și ameliorează estetica.

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)
(Sursa: http://www.apab.org/fr/page.php?id_rubrique=3&id_sous_rubrique=23)

Orientarea axului

Există mai multe tipuri de eoliene. Se disting însă două mari familii: eoliane cu ax vertical și eoliene cu ax orizontal.

Indiferent de orientarea axului, rolul lor este de a genera un cuplu motor pentru a antrena generatorul.

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor 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 eolienei, facilitând astfel operațiunile de întreținere. În plus, nu este necesară utilizae unui dispozitiv de orientare a rotorului, ca în cazul eolienelor cu ax orizontal. Totuși, vântul are intensitate redusă la nivelul solului, ceea ce determină un randament redus al eolienei, aceasta fiind supusă și turbulențelor de vânt. În plus, aceste eoliene trebuiesc antrenate pentru a porni, pilonul este supus unor solicitări mecanice importante. Din acest motive, în prezent, constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal.

Cele mai răspândite două structuri de eoliene cu ax vertical se bazează pe principiul tracțiunii diferențiale sau a variației periodice a incidenței:

•  Rotorul lui Savonius în cazul căruia, funcționarea 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.

Schema de principiu a rotorului lui Savonius

Schema rotorului lui Savonius
(Sursa: http://muextension.missouri.edu/explore/agguides/agengin/g01981.htm)

•  Rotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variației periodice a incidenței. Un profil plasat într-un curent de aer, în funcție de diferitele unghiuri, este supus unor forțe ale căror intensitate și direcție sunt diferite. Rezultanta acestor forțe determină apariția unui cuplu motor care rotește dispozitivul.

Imaginea unei eoliene Darrieus
(Sursa: http://www.jura.ch/lcp/forum/energies/vent.html)

Schema rotorului lui Darrieus

(Sursa: http://muextension.missouri.edu/explore/agguides/agengin/g01981.htm)

Eoliene cu ax orizontal

Funcționarea eolienelor 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 și viteza de rotație 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 puțin supuse unor solicitări mecanice importante și au un cost mai scăzut.

Imaginea unei eoliene cu ax orizontal și a unei mori de vânt
(Sursa: http://www.diebrennstoffzelle.de/alternativen/wind/index.shtml)

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal:

•  Amonte: vântul suflă pe fața palelor, față de direcția nacelei. Palele sunt rigide, iar rotorul este orientat, cu ajutorul unui dispozitiv, după direcția vântului.

Schema unei eoliene cu ax orizontal amonte

•  Aval: vântul suflă pe spatele palelor, față de nacelă. Rotorul este flexibil și se auto-orientează.

Schema unei eoliene cu ax orizontal aval

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 direcționare, eforturile de manevrare sunt mai reduse și are o stabilitate mai bună.Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna, orientate în funcție de direcția și forța văntului. Pentru aceasta, există dipozitive de orientare a nacelei pe direcția vântului și de orientare a palelor, în funcție de intensitatea acestuia.În prezent, eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice, prezintă cel mai ridicat interes pentru producerea de energie electrică la scară industrială.

1.5 Componentele clasice ale unei eoliene

Diagrama turbina eoliana descrie parțile componente sistemului

Sistemul este compus din:

 1. Pale- Forma și concepșia lor este esenșiala pentru a asigura forșa de rotație necesară. Acest design este propriu fiecărui tip de generator electric.

 2. Nacela- Conține generatorul electric asigurând și o protecție mecanică 

 3. Pilon- Asigură strucura de susținere și rezistență a asamblului superior.

 4. Fundație- Asigură rezistența mecanică a generatorului eolian.

Palele sau captorul de energie sunt realizate dintr-un amestec de fibră de sticlă și materiale compozite. Ele au rolul de a capta energia vântului și de a transfera rotorului turbinei, profilul lor este rodul unor studii aerodinamice complexe, de el depinzând randamentul turbinei.

Lățimea palelor determină cuplul de pornire, care va fi cu atât mai mare cu cât palele sunt mai late. Profilul depinde de cuplul dorit înfuncționare.

Numărul de pale depinde de eoliană. În prezent, sistemul cu trei pale este cel mai utilizat, deoarece asigură limitarea vibrațiilor, a zgomotului și a oboselii rotorului, față de sistemele mono-pală sau bi-pală. Coeficientul de putere este cu 10 % mai mare pentru sistemul bi-pală față de cel mono-pală, iar creșterea este de 3% între sistemul cu trei pale față de două pale. în plus, este un compromis bun între cost și viteza de rotație a captorului eolian și avantaje din punct de vedere estetic pentru sistemul cu trei pale, față de cel cu două pale.

Butucul este prevăzut cu un sistem pasiv (aerodinamic), activ (hidraulic) sau mixt (active stall) care permite orientarea palelor pentru controlul vitezei de rotație a turbinei eoliene (priza de vânt).

Controlul activ se face prin motoare hidraulice, acestea sunt numite și "pitch control". Acest sistem asigură modificarea unghiului de incidență a palelor pentru a valorifica la maximum vântul instantaneu și pentru a limita puterea în cazul în care vântul depășește viteza nominală. în general, sistemul rotește palele în jurul propriilor axe (mișcare de pivotare), cu câteva grade, în funcție de viteza vântului, astfel încât palele să fie poziționate în permanență sub un unghi optim în raport cu viteza vântului, astfel încât să se obțină în orice moment puterea maximă. Sistemul permite limitarea puterii în cazul unui vânt puternic (la limită, în caz de furtună, trecerea palelor în "drapel").

Controlul aerodinamic pasiv este numit și "stall control", Palele eolienei sunt fixe în raport cu butucul turbinei. Ele sunt concepute special pentru a permite deblocarea în cazul unui vânt puternic. Deblocarea este progresivă, până cînd vântul atinge viteza critică. Acest tip de control este utilizat de cea mai mare parte a eolienelor, deoarece are avantajul că nu necesită piese mobile și sisteme de comandă în rotorul turbinei.

Ultimul tip de control, vizează utilizarea avantajelor controlului pasiv și al celui activ, pentru a controla mai precis conversia în energie electrică. Acest sistem este numit control activ cu deblocare aerodinamică, sau "active stall". El este utilizat pentru eolienele de foarte mare putere.

Sistemul de răcire este atât pentru multiplicatorul de viteză ce transmite eforturile mecanice între cei doi abori, cât și pentru generator. Ele sunt constituite din radiatoare de apă sau ulei și ventilatoare. Răcirea cu ulei este utilizată pentru multiplicatoare.

Multiplicatorul mecanic de viteză permite transformarea puterii mecanice, caracterizată de cuplu mare și viteză mică specifică turbinei eoliene, în putere de viteză mai ridicată, dar cuplu mai mic. Aceasta deoarece viteza turbinei eoliene este prea mică, iar cuplul prea mare, pentru a fi aplicate direct generatorului. Multiplicatorul asigură conexiunea între arborele primar (al turbîei eoliene) și arborele secundar (al generatorului).

Există mai multe tipuri de multiplicatoare, cum ar fi:

Multiplicatorul cu una sau mai multe trepte de roți dințate, care permite transformarea mișcării mecanice de la 19-30 rot/min la 1500 rot/min. Axele de rotație ale roților dințate sunt fixe în raport cu carcasa.

Multiplicatorul cu sistem planetar, care permite obținerea unor rapoarte de transmisie mari, într-un volum mic. în cazul acestora, axele roților numite sateliți nu sunt fixe fată de carcasă, ci se rotesc fată de celelalte roti.

Există și posibilitatea antrenării directe a generatorului, fără utilizarea unui multiplicator.

Arborele generatorului sau arborele secundar antrenează generatorul electric, sincron sau asincron, ce are una sau două perechi de poli. El este echipat cu o frână mecanică cu disc (dispozitiv de securitate), care limitează viteza de rotație în cazul unui vânt violent. Pot exista și alte dispozitive de securitate.

Dispozitivele de măsurare a vântului sunt de două tipuri: o giruetă pentru evaluarea direcției și un anemometru pentru măsurare vitezei. Informațiile sunt transmise sistemului numeric de comandă, care realizează reglajele în mod automat.

Generatorul electric asigură producerea energiei electrice. Puterea sa atinge 4,5 MW pentru cele mai mari eoliene. în prezent se desfășoară cercetări pentru realizarea unor eoliene de putere mai mare (5 MW). Generatorul poate fi de curent continuu sau de curent alternativ. Datorită prețului și randamentului, se utilizează, aproape în totalitate, generatoare de curent alternativ. Generatoarele de curent alternativ pot fi sincrone sau asincrone, funcționând la viteză fixă sau variabilă.

Conectarea directă la rețea este realizată prin conectarea directă la rețeaua de curent alternativ trifazat.

Conectarea indirectă se realizează prin trecerea curentului de la turbină printr-o serie de componente electrice care îl ajustează astfel încât să îndeplinească cerințele rețelei electrice la care este conectat. Cu un generator asincron, această cerință este îndeplinită automat

Generatorul asincron sau mașina asincronă (MAS) este frecvent utilizată, deoarece ea poate suporta ușoare variații de viteză, ceea ce constituie un avantaj major pentru aplicațiile eoliene, în cazul cărora viteza vântului poate evolua rapid, mai ales pe durata rafalelor. Acestea determină solicitări mecanice importante, care sunt mai reduse în cazul utilizării unui generator asincron, decât în cazul generatorului sincron, care funcționează în mod normal, la viteză fixă. Mașina asincronă este însă puțin utilizată pentru eoliene izolate, deoarece necesită baterii de condensatoare care să asigure energia reactivă necesară magnetizării. Aceasta poate fi:

-Cu rotor bobinat. înfășurările rotorice, conectate în stea, sunt legate la un sistem de inele și, perii ce asigură accesul la înfășurări, pentru conectarea unui convertor static în cazul comenzii prin rotor (mașina asincronă dublu alimentată – MADA).

-În scurt-circuit. Rotorul este construit din bare ce sunt scurtcircuitate la capete prin intermdiul unor inele. înfășurările rotorice nu sunt accesibile.

Sistemul electronic de control a funcționării generale a eolienei și a mecanismului de orientare. El asigură pornirea eolienei, reglarea înclinării palelor, frânarea, ca și orientarea nacelei în raport cu vântul.

Sistemul de orientare a nacelei este constituit dintr-o coroană dințată (cremalieră) echipată cu un motor. El asigură orientare eolienei și "blocarea" acesteia pe axa vântului, cu ajutorul unei frâne.

Pilonul este, în general, un tub de oțel și un turn metalic. El susține turbina eoliană și nacela. Alegerea înălțimi este importantă, deoarece trebuie realizat un bun compromis între prețul de construcție și expunerea dorită la vânt. în consecință, odată cu creșterea înălțimii, crește viteza vântului, dar și prețul. în general, înălțimea pilonului este puțin mai mare decât diametrul palelor. înălțimea eolienelor este cuprinsă între 40 și 80 de metri. Prin interiorul pilonului trec cablurile care asigură conectarea la rețeaua electrică.

Capitolul II: Proiectarea centralei eoliene

Partea mecanică

Centrala eoliană este amplasată într-o zonă deluroasă unde vântul bate cam 4000 de ore pe an și viteza medie anuală este de 5-6 m/s. Astfel la aceasta viteza a vântului, o turbină eoliană va avea o turație cuprinsă între 25-35 de rotații pe secundă.

Pentru a determina ce putere electrica trebuie să producă turbina este recomandata inlocuirea tuturor consumatorilor traditionali, cu altii identici dar mult mai eficienti din punct de vedere al consumului de energie. Primul pas trebuie facut prin determinarea consumului și a consumatorilor.

Tabel Consumatori Casnici

Schema de principiu a Centralei Eoliene

2.1. Predimensionarea arborelui de intrare

2.1.1 Calculul puterii electrice necesare la ieșirea din turbină

2.1.2 Calculul mometului de torsiune

nt- turația turbinei nt=30 [rot/min]

2.1.3 Predimensionarea arborelui de intrare din condiția de rezistență la răsucire

Arborele este confecționat din Otel Aliat marca 40Cr11 cu τc=520 [Mpa]

2.2. Proiectarea multiplicatorului armonic

2.2.1 Predimensionarea elementului elastic din condiția de rezistență la oboseală

1. Numerul de dinți al roții elsatice, respectiv al roții rigide ze, zr

2. Coeficientul diferentei numerelor de dinti:

3. Numarul undelor de deformatie

4. Diametrul interior al cilindrului elementului elastic

5. Rezistența la oboseală a materialului roții elastice (34MoCr11) σ-1=520 [Mpa]

6. Modulul de elasticitate longitudinal al materialului roții elastice E=2·105 [Mpa]

7. Coeficienții de lățime, de grosime ai roții elastice:

8. Coeficientul de influență a dintelui, Yz=1,5;

9. Coeficentul de siguranță la oboseală, respectiv de concentrare a tensiunilor cσ=1,7; kσ=2

10. Grosimea obadei roții elastice

11. Modulul roții dințate,

2.2.2 Calculul elementelor geometrice ale roții elastice

1. Diametrul de picior al roții elastice

2. Numarul de dinți ai sculei cuțit roata cu care se prelucrează roata elastică, z0=144

3. Diametrul de cap al sculei cuțit roată, da0=41,25mm

4. Distanța tehnologică între axe la prelucrarea roții elastice,

5. Unghiul de antrenare al angrenajului tehnologic la prelucrarea roții dintațe elastice,

6. Coeficienții de deplasare ai profilului roții sculă, respectiv ai roții elastice x01,xe

2.3 Determinarea mărimii deformației inițiale, wn0

1. Diametrul interior al rulmentului, d=40-0,012mm

Diametrul exterior al rulmentului, D=52-0,013mm

Diametrul bilei rulmentului, Dw=3,969mm

Diametrul caii de rulare a inelului exterior, dce

Diametrul caii de rulare a inelului interior, dci

Raza plan transversal a căii de rulare a inelului exterior

Raza plan transversal a căii de rulare a inelului interior

2. Jocul radial în rulment, δ1=0,02mm

3. Jocul maxim la montaj al deformatorului cu roată elastică

4. Forța pe cea mai încărcată bilă a rulmentului

5. Diametrul de divizare al roții elastice

6. Unghiurile de contact ale căilor de rulare ale rulemntului,

7. Deformațiile elastice (apropierea) ale inelului exterior, respectiv interior:

8. Deformația totală (apropierea inelelor rulmentului)

9. Deformator camă cu două forțe concentrate

2.2.4 Verificarea grosimii obadei roții elastice, s1, din condiția de rezistență la oboseală

1. Grosimea dintelui roții elastice pe cercul de picior

2. Unghiul de presiune pe cercul de picior

3. Tensiunile de încovoiere, pe directia tangențiala, în roata elastică, corespunzător unghiurilor φ=0° (σi1)φ=0° și φ=90° (σi1)φ=90°

4. Tensiunea de încovoiere în secțiunea roții elastice

5. Tensiunea de tracțiune în elementul elastic

6. Tensiunea de încovoiere a dintelui roții elastice

7. Coeficientul de influență a dintelui echivalent

8. Grosimea totală a elementului elastic în dreptul danturii incluzând și înaltimea dintelui echivalent

9. Tensiunea tangențiala de torsiunea elementului elastic

10. Amplitudinea tensiunilor

11. Valoarea medie a tensiunilor

12. Amplitudinea tensiunilor totale

13. Tensiunea medie totală

14. Coeficientul de siguranță la oboseală

2.2.5 Verificarea roții la suprasarcină

1. Suprasarcina de scurtă durată

2. Deformația radială a roții elastice la suprasarcină

3. Tensiunile de încovoiere pe direcțe tangențială în roata elastică, la suprasarcină

4. Tensiunea maximă de încovoiere în sectiunea roții elastice de grosime s1

5. Tensiunea maxima de tractiune în elementul elasitc

6. Tensiunea maximă de încovoiere

7. Tensiunea maximă de torsiune

8. Tensiunea maximă statică totală

9. Tensiunea echivalentă

10. Coeficientul de siguranță la suprasarcină

2.2.6 Determinarea elementelor geometrice ale roții dintate rigide

1. Coeficienții de deplasare ai profilului roții sculă, respectiv ai roții rigide

2. Coeficientul capului dintelui cuțitului roată, ha0*=1,5

3. Coeficientul strângerii la asamblare, Δx=0,08

4. Unghiul de angrenare al angrenajului tehnologic, la prelucrarea roții rigide

5. Distanta tehnologică între axe, la prelucrarea roții rigide

6. Diametrul de picior al roții rigide

7. Diametrul de cap al roții rigide

8. Înalțimea activă a dintelui, hd=m=0,28mm

2.2.7 Verificarea lipsei interferenței

1. Unghiul de presiune la capul dintelui cuțitului roată, la prelucrarea roții elastice

2. Unghiul de presiune pe cercul inceputurilor evolventice, pentru roata elastică

3. Unghiul de presiune pe cercul începuturilor evolventice, pentru roata rigidă

4. Diametrul cercului începuturilor evolventice pentru roata elastică

5. Diametrul cercului începuturilor evolventice pentru roata rigidă

6. Condițiile lipsei interferenței

2.2.8 Calculul jocurilor în angrenare

1. Unghiul de intrare în angrenare sub sarcină

2. Deformația radială sub sarcină la unghiul φ=φa

3. Deformația tangențială și unghiulară sub sarcină

4. Unghiul de rotire relativă a roții rigide, la rotația deformatorului cu unghiul φa, φr

5. Deplasarea tangențială a capului dintelui roții elastice

6. Deformația totala (apropierea inelelor) tinând seama de suprasarcină Mtmax

7. Deformația tangentială la întinderea roții elastice luând în consideratie suprasarcina Mtmax

8. Grosimea dintelui roții elastice pe cercul de cap

9. Grosimea dintelui roții rigide pe cercul de cap

10. Diametrul cercului de bază al roții elastice

11. Diametrul cercului de bază al roții rigide

12. Unghiul de presiune la capul dintelui roții elastice

13. Unghiul de presiune la capul dintelui roții rigide

14. Jocul la capul dinților roții elastice

15. Jocul frontal anterior și jocul frontal posterior

16. Deformația radială a roții elastice la intrarea în angrenare sub sarcină

17. Deformația tangentială a roții elastice la intrarea în angrenare sub sarcină

18. Jocul datorat rotirii relative a elementului elastic în zona frontală anterioară a dintelui

19. Jocul datorat rotirii relative a elementului elastic în zona frontală posterioară a dintelui

20. Jocul global anterior la varful dintelui și jocul posterior la varful dintelui

2.2.9 Determinarea profilului deformatorului camă

1. Raza curenta a razei camei

2. Cresterea curentă a razei camei

3. Valoarea maximă a creșterii deplăsării radiale a unui punct de pe suprafața deformatorului

4. Valoarea deplasării radiale curente

Capitolul III: Proiectarea centralei eoliene

Partea electrică

3.1 Lanțul de conversie electrica va cuprinde:

generatorul

convertorul static de tensiune și frecvență, compus din:

-convertor c.a.-c.c. (redresor) (1) (se utilizează redresoare necomandate, cu diode, în cazul generatoarelor sincrone. Acestea sunt convertoare unidirecționale. În cazul generatoarelor asincrone, se utilizează redresoare cu comandă în durată. Acestea pot furniza și energia reactivă necesară magnetizării.)

-convertor c.c.-c.a. (invertor) (2) (prin comanda acestuia, se poate regla frecvența și valoarea eficace a energiei, astfel încât să se poată realiza conectarea la rețea. Se preferă utilizarea invertoarelor cu modulație în durată, deoarece calitatea energiei furnizate este mai bună)

Turbina eoliană fiind cu viteză variabilă, pentru optimizarea puterii debitate în rețea, în funcție de viteza vântului, este de dorit ca să se poată regla viteza de rotație a eolienei. Ideea de bază este de a realiza un generator cu frecvență fixă, dar cu viteză variabilă. Generatorul cu viteză variabilă ar permite funcționarea pentru o gamă mult mai largă a vitezei vântului, deci recuperarea unei cantități mai mari din energia vântului, reducând în același timp zgomotul pe durata intervalelor cu vânt slab. în cazul eolienelor cu viteză variabilă, sistemul este reglat astfel încât, pentru fiecare viteză a vântului, eoliana să funcționeze la puterea maximă. Este ceea ce se numește Maximum Power Point Tracking (MPPT). Pentru o anumită viteză de rotație a eolienei, puterea maximă se obține în concordanță cu caracteristica eolienei P(Q).

Viteza de rotație se poate modifica în limite largi (într-un domeniu de până la 3), prin modificarea frecvenței de alimentae a mașinii.

Sistemele eoliene cu viteză variabilă ce funcționează conectate la rețea, utilizează convertoare statice de tensiune și frecvență (CSTF).

Convertorul static de tensiune și frecvență (CSTF)

Prin modificarea vitezei, frecvența și amplitudinea tensiunii la ieșirea generatorului sunt varibile. Pentru conectarea la rețea, energia electrică trebuie transformată și adusă la parametrii constanți ai rețelei. în acest scop se utilizează convertoare statice de tensiune și frecvență , interpuse între generator (sincron sau asincron) și rețea. Acesta transformă energia de curent alternativ în curent continuu, generează energie de curent alternativ, ce este filtrată pentru asigura conectarea cu rețeaua de distribuție, fără a produce perturbarea acesteia. Generatoarele astfel echipate pot suporta rafale ale vântului, reducând solicitările mecanice.

Comanda acestor convertoare se realizează cu plăci de comandă numerice specializate, implantate în PC.

Controlul transferului de putere între redresorul cu modulație în durată și invertor se realizează prin controlul circuitului intermediar de curent continuu Acesta conține un condensator de valoare importantă, ce asigură atât filtrarea tensiunii, cât și caracterul de sursă de tensiune al circuitului intermediar.

Generatorul

În cazul generatoarelor asincrone, datorită alunecării, există posibilitatea funcționării acestora cu ușoare variații de viteză vom folosi o mașină asincronă (MAS) cu rotor în scurtcircuit asociată cu un convertor static de tensiune și frecvență (CSTF) indirect.

În principiu, viteza se reglează prin intermediul frecvenței de alimentare a înfășurărilor statorice.

Bidirecționalitatea CSTF asigură funcționarea atăt în zona hiposincronă (sub caracteristica mecanică naturală), cât și în cea hipersincronă (deasupra caracteristicii mecanice naturale) și controlul energiei reactive vehiculate cu rețeaua de distribuție.

3.2 Stocarea energiei unei eoliene

Situația actuală de pe piața energiei electrice oferă oportunități pentru sistemele de stocare a energiei (SSE) în care se poate stoca o anumita cantitate de energie cu scopul de a fi restituită ulterior.

Stocarea energiei joacă un rol esențial în rețeaua de alimentare cu energie electrică, pentru asigurarea unui management mai eficient al resurselor de care se dispune. în combinație cu sistemele de producere a energiei electrice prin conversia energiilor regenerabile, SSE pot crește valoarea energiei electrice generată de centralele eoliene, furnizând energie în momentele de vârf și acumulând energie în momentele când cererea de energie este redusă.

Strategic plasate, SSE pot crește gradul și eficiența de utilizare a sistemului existent de transmisie și distribuție a energiei electrice. SSE pot fi utilizate pentru a reduce vârfurile de sarcină dintr-o stație de alimentare cu energie electrică, ceea ce duce la eliminarea centralelor „de vârf și o mai bună utilizare a centralelor de regim permanent. De asemenea, SSE servesc la asigurarea calității energiei electrice, în cazul, fluctuațiilor de frecvență, a supratensiunilor, a scăderilor de tensiune și chiar a întreruperii totale a alimentării cu energie de la centrală sau de la stația de alimentare.

În ultimii ani, nevoia de a găsi soluții cât mai eficiente de stocare a energiei a renăscut interesul pentru acumularea energiei în volanți de inerție. Prin urmare, au apărut sistemele inerțiale de stocare a energiei (SISE), formate dintr-un volant de inerție cuplat la o mașină electrică. Volanții de inerție sunt elemente de stocare a energiei sub forma de energie cinetică. Dacă mașina electrică funcționează în regim de motor, volantul este accelerat și acumulează energie cinetică. Când mașina electrică funcționează în regim de generator, aceasta frânează volantul transformându-i energia cinetică în energie electrică.

Astăzi, este posibil să se construiască volanți capabili să înmagazineze energia la densități de 4 – 5 ori mai mari decât bateriile electrochimice. De asemenea, densitatea de putere este de peste 30 de ori mai mare la volanți. Alte avantaje ale SISE sunt rata mare de transfer a energiei, posibilitatea de a funcționa în regimuri dinamice rapide, numărul ridicat de cicluri încărcare / descărcare, durata mare de viată, fiabilitate ridicată, lipsa poluării, etc. în concluzie, este posibil să se construiască „baterii electromecanice", bazate pe stocarea energiei în volaori de inerție, mai eficiente decât bateriile electrochiinice convenționale.

Bateriile de condensatoare. Pentru ameliorarea factorului de putere al instalației, se conectează baterii de condensatoare, ce sunt constituite din trei baterii de condensatoare monofazate, conectate în triunghi. Bateriile de condensatoare asigură și compensarea puterii reactive consumate (ca o medie, ținând cont de neregularitățile vântului). Energia reactivă este necesară mașinilor asincrone pentru magnetizare. Astfel, bateriile de condensatoare (surse de energie reactivă) asigură local energia necesară magnetizării, ameliorând astfel factorul de putere global al eolienei. în cazul funcționării autonome a eolienelor, bateriile de condensatoare sunt indispensabile pentru asigurarea energiei reactive necesare magnetizării mașinii.

Capitolul IV: Caracteristici generale ale

centralelor eoliene moderne

În Germania, energia eoliană este în plină ascensiune și pe câmpurile din polderul de la Wybelsum, "măturat" de vânturile Mării Nordului, într-o zona industrială departe de orice localitate, funcționează cea mai mare centrală eoliană din lume, "E-112". Având o înălțime de aproape 180 metri, cea a unui imobil cu 40 de etaje, pentru întreținerea centralei "E-112" a trebuit instalat un ascensor interior. Din beton și oțel, sute de tone, cu o înălțime demnă de un zgârie nori, construirea celei mai mari centrale eoliene din lume a reprezentat o muncă de precizie. în prezent, alături se află în construcție o soră geamănă. Șantierul este încă la fundație, etapa-cheie, într-o groapă imensă fiind instalată o cocă metalică, acolo unde se va ridica turnul, iar în jur, în cerc, o serie de piloni de oțel înfipți până la 22 de metri sub pământ. Totul este măsurat în sute de tone și la înălțimea la care se lucrează, dacă o piesă se mișcă cu câțiva centimetri, are grave repercusiuni. Cele trei pale, a căror lungime o depășește pe cea a unei piscine olimpice, au fiecare o greutate de 20 tone.

În Olanda proiectul unei astfel de centrale a fost foarte bine primit de public deoarece a fost amplasată pe apă. Scopul acestui proiect a fost bine ales și s-a dovedit un mare succes. Centrala eoliană are 4 turbine cu 2 pale și produce o cantitate anuală de 3.5 MWh.

In anul 1989 guvernul olandez a stabilit acest proiect. Pe țărm construirea unei centrale eoliene nu era posibilă datorită neîncrederii populației. în larg viteza vânturilor este mai mare și mai constantă pe tot timpul anului. Compania ENW a pus în aplicare acest proiect construind o centrală de 2 MW în doi ani de zile( 1992-1994) în Ijsselmer la 2,6 km nord de orașul Medemblik. Turbine au fost construite de firma NedWind și sunt în număr de 4 având o înălțime de 40 de metri dispuse la o distanță de 200 de metri unul de celălalt.

Centrala eoliană a fost pusă în funcțiune în anul 1994 și proiectată să producă 3.5 Mwh pe an. în anul 1996 au fost obținuți 3.95 MWh ceea ce reprezintă echivalentul a 900 000 de metri cubi de gaze naturale având o eficiență de 40%.

Din punct de vedere economic investiția a costat 10 milioane de guldeni din care turbinele au costat 800 000, iar prețul unui kilowat este de 0.15 guldeni. Durata de funcționare a centralei este prevăzută a fi de 19 ani.

Centrala eoliană de la Vikna este construită pe o colină a unei insule la 65 grade latitudinea nordică. Turnul centralei are înălțimea de 100 de metri față de nivelul Mării Norvegiei într-o zonă în care bate permanent.

Centrala are 5 turbine cu pas reglabil produse de firma daneză Vestas fiecare turbină având o putere de 2.2 MW. Viteza medie anuală a vântului este de 7.2 m/s la o înălțime de 30 de metri.

In anul 1989 firma Norwegian Water Resources and Energy Administration a demarat la cererea guvernului norvegian un proiect de cercetare a zonelor în care ar putea fi amplasată o centrală eoliană. A fost aleasă această zonă deoarece îndeplinea toate condițiile (creasta dealului este paralelă cu direcția vitezei vântului, zona este liberă). în septembrie 1991 firma Nord Trondelag Elvek a început construcția centralei montând 3 turbine de 400 kW fiecare, dar în august 1993 au mai fost montate încă 2 de 500kW.

“Performantele" sistemului sunt: puterea instalată este de 2.2 MW, producția anuală de energie este de 5,5 GWh, factorul de capacitate 0.30, costul investiției 25 de milioane de-NOK(coroane norvegiene)(1993), costul unui kilowat este de 0,47 NOK/Wh.

Guvernul norvegian a investit 50% din această sumă. La început se preconiza obținerea de 5.8GW cu o disponibilitate de 97 %. în primi 2 ani de funcționare s-au obținut 6.56 GWh în special datorită condițiilor favorabile (viteze mari ale vânturilor) în 1995 cu o disponibilitate de 93.5%.

Au fost și probleme însă. în această zonă au loc frecvente descărcări electrice care influențau negativ rețeaua de comunicații dintre turbină și sistemul de comandă. Palele turbinelor au fost realizate din aluminiu iar nacela avea o „împământare" din cupru ceea cea dus la eliminarea acestui neajuns.

Din punct de vedere economic investiția s-a dovedit a fi rentabilă. Inițial s-au investit 13 milioane de coroane pentru cumpărarea celor 3 turbine de 400 KW. Aceste turbine au o viață de funcționare de20 de ani și pot produce 3.1 GWh pe an. Costurile de întreținere și reparație sunt de 0.07 coroane, prețul unui KW fiind de 0.47coroane.în a doua etapă s-au mai investit 12 milioane pentru cele 2 turbine de 500MW dar prețul KW a rămas același.

Centrala eoliană de la Vikna este conectată la sistemul energetic și lucrează la capacitatea maximă. Deși a fost primul proiect de acest fel din Norvegia a fost bine primit atât de guvern cât și de public.

Centrala eoliană de la Haverigg a fost construită în nord-vestul Angliei în anul 1992 și are 5 turbine de 225 kW și o putere totală de 1.125 kW. în 5 ani de zile a produs 16 MWh. Ea a fost concepută ca un sistem energetic independent pentru alimentarea cu electricitate a 500 de case și a consumatorilor industriali din această zonă. Proiectul a fost bine primit și a beneficiat de sprijinul autorităților locale.

În Marea Britanie în 1997-capacitatea de producție era de 6.5MW și erau instalate 700 de turbine eoliene.

Proiectul aeestei centrale eoliene a fost conceput de companiile Windcluster Ltd. și PowerGen care au studiat zona și au găsit soluția cea mai optimă datorită potențialului energetic al vântului.

Centrala eoliană a fost amplasată pe țărm și are 5 turbine la o distanță de 200 de metri unul de celălalt. Turnurile au înălțimea de 30 de metri și sunt situate la 10 metri de nivelul mării. Turbinele sunt fabricate de firma Vestas din Danemarca și au axul orizontal cu 3 pale cu pas reglabil având un diametru de 27 de metri. Centrala dispune de un transformator care ridică tensiunea la 11KV pentru a fi distribuită în rețeaua locală de electricitate.

Turbinele încep să lucreze când viteza vântului este mai mare de 3.5 m/s și se opresc când aceasta ajunge la 25 m/s.Fiecare turbină este controlată de un computer care supraveghează viteza și direcția vântului și orientează rotorul în mod corespunzător și ajustează automat unghiul pasului elicei.

Din punct de vedere economic investiția a costat 1 milion de lire sterline iar prețul unui kilowat este de 0.11 lire sterline.

Sistemul este fiabil în exploatare și alimentează zona fără întrerupere, are un factor de capacitate de 30% și o disponibilitate de 98% având o durată de viață de 15 ani.

Capitolul V: Dificultăți legate de valorificarea energiei eoliene

Problemele actuale pe care un investitor în energetica surselor regenerabile de energie le întâmpină se împart în două mari categorii, potrivit perioadei de timp care caracterizează activitatea în proiect, așa cum se poate vedea în fig. 1:

Deși există un cadru legislativ generos (Legea Energiei, Legea eficienței energiei, HG 443/2003), efortul de investigare și promovare a unor investiții întâlnește în practică numeroase bariere.

5.1. Probleme tehnice întâlnite:

Lipsa sau limitarea dotărilor necesare operațiilor de construcții-montaj specifice instalațiilor eoliene de puteri mari, în speță macarale, trolii, etc.

Lipsa unor servicii calificate de întreținere și reparații în exploatare, care poate determina diminuarea disponibilității și compromiterea succesului investițiilor. Partea electronică a erogeneratoarelor este deosebit de complexă, iar asigurarea pieselor de schimb pentru un număr redus de unități se poate face doar de la uzina mamă, rezervarea fiecărei piese in-situ fiind prohibitivă.

5.2. Probleme administrative și de practică comună:

Lipsa de informare a potențialilor parteneri locali asupra posibilităților și oportunităților de valorificare a resurselor regenerabile de energie.

Prețuri neadecvate și nerealiste cerate pentru lucrările de construcții-montaj.

Lipsa de cooperare și uneori dezinteresul unor autorități locale cu atribuții de autorizare în realizarea proiectului.

Greutăți în procurarea informațiilor utile (de exemplu hărțile de detaliu ale teritoriului și a celor de cadastru imobiliar). Informațiile și autorizațiile trebuie obținute din mai multe surse, dispersate și necorelate.

Lipsa unei singure autorități pentru primirea și prelucrarea avizelor (biroul unic).

– Coordonarea între responsabilii care dau avize, de exemplu: organul coordonator de avize (primăria/prefectura, consiliul județean/local) ar trebui să ceară avizele de la celelalte organe (pompieri, mediu, sanitar, etc.)

Nespecificarea unei liste concrete a avizelor necesare, unică pe țară (număr de avize, de la ce autorități trebuie să provină, pe baza căror documente se face eliberarea, etc).

Nu se cunosc costurile necesare pentru eliberarea acestor avize.

Termen nespecificat în care avizele trebuie date (nefuncționarea legii aprobării tacite).

Nu există o registru centralizat al zonelor în care nu este permisă construcția obiectivelor energetice (rezervații naturale, zone de atracție turistică, zone de protecție sanitară, etc.)

Impedimentul de a construi pe teren extravilan (pe care nu este permisă construirea).

Taxele de schimbare a destinației terenului din teren agricol sunt diferite de la zonă la zonă și, în unele cazuri, sunt necunoscute.

Lipsa normelor care să precizeze distanța față de alte clădiri la care se pot construi instalațiile eoliene.

5.3. Racordarea la rețea

Problema construirii conexiunii de legătură cu sistemul energetic național.

Problema punctului de racordare (proprietatea asupra acestuia, obligația exploatării și întreținerii acestuia).

5.4. Cadrul de reglementare

– Lipsa unor norme care să prevadă obligația autorităților competente și a antreprenorilor implicați de a încheia contracte pe o perioadă lungă de timp, de peste 20 ani.

– Inexistența obligativității operatorului de rețea de a achiziționa întreaga cantitate provenită din surse regenerabile, nu numai a cantității reglementate.

– Clarificarea / armonizarea ordinului ANRE 37/2002, cu privire la aprobarea Metodologiei pentru stabilirea prețurilor / tarifelor de achiziție a
energiei electrice de la producători independenți și autoproducători.

– Intrarea în vigoare a unor norme și armonizarea normelor existente în privința accesului și a racordării la rețea a producătorului independent.

La realizarea proiectelor de investiții în construcția de centrale energetice eoliene pot apărea următoarele riscuri, care ar diminua efectul economic prognozat. în mod general, instituțiile financiare examinează patru tipuri de riscuri: politice, valutare, de creditare și riscurile realizării proiectului.

Riscul politic corespunde grupului de riscuri controlat de conducerea țării. Un astfel de risc poate apărea, de exemplu, la modificarea legislației în vigoare a țării, a tipului de proprietate etc.

Riscul valutar ar putea deriva din cel politic și din factori economici, în urma devalorizării monedei naționale etc.

5.5 Riscul de credit survine ca urmare a incapacității cumpărătorului de a plăti pentru marfa procurată, sau a diminuării cererii, în cazul dat, la energie electrică.

Riscul realizării proiectului survine în urma unor evenimente sau cauze care ar împiedica executarea proiectului, inclusiv a cazurilor de forță majoră. Primele trei tipuri de risc vor fi minime în cazul unei stabilități politice în țară, având în vedere interesul deosebit manifestat de factorii de conducere, reflectat în legislația în vigoare, referitor la implementarea surselor de energie regenerabilă. Riscul realizării proiectului trebuie examinat în detaliu, făcând comparație cu proiectele analoge desfășurate în energetica tradițională (de exemplu, construcția unei centrale termoelectrice).

Pe lângă riscurile de bază, ar putea surveni și alte riscuri, precum ar fi:

Riscul ecologic, care presupune creșterea cheltuielilor legate de protecția mediului. Acest risc este exclus, dat fiind faptul că centrala eoliană este o sursă de energie "curată" în regim reglementat, precum și în caz de avarie.

Riscul social. în acest caz, centrala electrică eoliană este examinată ca sursă potențială de accidente în producție. La centrala electrică eoliană există foarte puține locuri de contact al personalului cu elementele rotitoare, electrice, cu temperatură înaltă sau altele care ar putea fi cauza traumatisme. Urmând regulile prescrise de protecție, riscul accidentării la centrala electrică eoliană se reduce la minim, fiind de zeci de ori mai mic în comparație cu cel existent la centralele termoelectrice.

Riscul tehnologic și riscul de transport este examinat ca risc al reducerii producției de energie din cauza lipsei de combustibil, apă și a altor consumabile. Acest risc este minim în comparație cu cel de la CTE-uri, fiindcă la centralele electrice eoliene nu există consum de combustibili sau apă tehnologică. Nu apare nici riscul transportului în lipsa căruia centrala nu ar putea fi asigurată cu combustibil.

Riscul de producție este legat de reducerea volumului de produs finit (energie electrica) din cauza ieșirii din funcțiune a agregatelor sau a infrastructurii electrice. Agregatele eoliene fabricate actualmente au depășit de regulă toate situațiile de rodaj specifice prototipurilor. Firmele producătoare de agregate eoliene dau garanții pentru producția lor, identice cu cele ale utilajului pentru termocentrale.

Riscul energetic eolian, în cazul centralei electrice eoliene are cea mal mare pondere. O reducere substanțială a producerii de energie este posibilă la aprecierea incorectă a vitezei medii a vântului sau a repartizării acestuia pe gradații. Reducerile pot fi cauzate și de schimbările considerabile ale condițiilor de vânt care au loc în unele perioade de timp. Acest risc poate fi redus punând la baza calculelor energetice date sigure multianuale despre viteza și roza vânturilor, inclusiv date obținute prin măsurători de lungă durată pe locul de amplasare a centralei.

– Riscul de forță majoră poate apărea în cazul unor circumstanțe
neobișnuite de tipul înghețurilor cu lapoviță, dar care pot cauza
deteriorarea rețelelor electrice.

Concluzia finală este că, în România există interes și disponibilități foarte mari pentru investiții în proiecte energetice din resurse regenerabile, dar, totodată, dacă se doresc aceste investiții, trebuie ca autoritățile să definească, simplifice și pregătească cadrul și procedurile administrative și de reglementare.

Capitolul VI: Concluzii

Avantaje

În contextul actual, caracterizat de creșterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce 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 producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformuleaza și modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliana în special este printre formele de energie regenerabila care se preteaza aplicatiilor la scara redusa.

Tipuri de sisteme eoliene de mici capacitati: Sisteme eoliene autonome

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 considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici.

În 2004, prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcțiuni tot mai multe unități eoliene cu putere instalată de mai mulți megawați.

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 mare decât costurile 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 energie 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 kilowatt 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 ecosistemele 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 turbinele 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 această cauză energia eoliană nu este viabilă în orice locație.

Bibliografie

www.lpelectric.ro

www.ewea.org/ – European Wind Energy Association

www.wwindea.org/ – World Wind Energy Association

ro.wikipedia.org/

Univers ingineresc, revistă, Asociația generală a inginerilor din România,16-30 noiembrie 2006

Dimensiuni contemporane ale dezvoltarii durabile și competitive Prof.univ.dr. Dumitrache CARACOTA, Ec.drd.Constantin Razvan CARACOTA

www.enereco.go.ro

Energia vântului, Vlad Ilie,1982

Zestrea energetica a lumii, Nestor Lupei, Ed.Albatros, 1986

Reductoare Armonice – Liviu Palaghian, Iulian-Gabriel Birsan, 1996

“Studiu preliminar de impact asupra mediului.Parc de turbine eoliene în Judetul Tulcea” – SC IBCOENERG SRL

European Commision-Directorat General XII “Externalities of Energy. Vol 6: WIND&HYDRO”, 1995.

European Commision” Wind Energy – the facts. Vol 4 :The Environment”,1999.

European Wind Energy Association – Revista “WIND DIRECTIONS” , 2000-2006.

Energia-problema globala. – Wolf, H. Ed Tehnica, Bucuresti,1997