Energia Eoliana (1) [629231]

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

1

Energia Eoliana

Student: [anonimizat] : 123A

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

2

Cuprins

Introducere ………………………………………………………….3
Avantajele energiei eoliene ………………………………………. 4
Dezavantajele energiei eoliene …………………………………….. 5
Caracteristica fizico -matematica ………………………………… .6
Tipuri de turbine ………………………………………………… 7
Turbine cu ax vertical ……………………………………………7
Turbine cu ax orizontal ………………………………………… 9
Modul de producere a energiei eoliene ……………………………10
Parti component a unei eoliene……………………………………10
Concluzii………………………………………………………… 13
Referinte………………………………………………………… 13
Bibliografie……………………………………………………… 14

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

3
Introducere:

Energia exprima capacitatea unui sistem de a interactiona cu mediul inconjurător.
Energia eoliană implică transformarea energiei generate de vant în energie
electrică prin utilizarea turbinelor eoliene.
Cererea rapidă de energie electrică; constrângeri asupra nivelurilor de poluare ,
limitarea combustibililor fosili și aprovizionarea au dus la un interes în
creștere,cercetare și utilizare a surselor de energie regenerabile și
tehnologii.Sursele de energie regenerabile pot fi definite ca "energie obținută di n
curenții continuu sau alternativ pe energie recurente în mediul natural "[2]. Vânt ul,
o for ma indirecta de energie solară cauzată de încălzirea inegală a sup rafetei
pământului, este o sursă ecologică prietenoasă și are să devină un factor major în
generarea de energie pe uscat și off-shore. Cantitatea de energie eoliană instalată
crește si asigură securitatea energetică națională datorită scăderii combustibili
fosili care amenință economia globala pe termen lung[3]. Pentru a depăși acest
lucru, cercetarea și dezvoltarea sunt în curs de desfășurare pe diverse sisteme de
conversie a energiei eoli ene (WECS)variind de la câteva kilowați până la
megawați.
Aceaste specificatii de iesire depind de diametrul turbinei și de lungimea lamelor
care afectează s uprafața curbată a rotorului.Pentru a asigura o investigare completa
privind tehnologia eoliană , studiile ne duc catre cele două tipuri principale de
WECS care se bazează pe axa de orientare de rotație, și anume turbine eoliene cu
axă orizontală (HAWT) și veturbine eoliene cu axă turistică(VAWT).

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

4
Energia eoliană oferă putere variabilă, care este foar te consistentă de la an la an,
dar are o variație semnificativă pe scări de timp mai scurte. Prin urmare, este
utilizat împreună cu alte surse de energie electrică pentru a furniza o alimentare .
Din punct de vedere istoric, vântul era folosit în mod tradi țional pentru
transport(bărci de navigație) și supraviețuirea omului (măcinarea cerealelor,
pompare apă, etc) [4]. Mai întâi, morile de vânt au fost VAWT, dar HAWT -urile
au fost dezvoltate în continuare în Evul Mediu și au devenit dominante [5]. În
1888, prima încercare de generare energi e în Statele Unite (SUA) a fost realizat
de către Charles Brush [4]. În timpul secolului 20, HAWT au continuat să
progreseze, ceea ce a dus la creșterea și mai mult or turbine avansate. Între timp,
VAWT -urile au evoluat, dar la o rată mai lentă din cauza lipsei de interes și sprijin
financiar.WECS, indiferent dacă sunt orizontale sau verticale, depind de platforma
aerodinamică [6] folosind lamele pentru a interacționa cu vântul.

Avantajele energiei eoliene

Energia eoliană este o tehnologie curată și regenerabilă care nu eliberează
poluanți, emisii sau produse secundare în atmosferă în timpul funcționării,
deoarece nu există procese chimice implicate în generarea sa electrică.
Turbinele moderne produc zgo mot mecanic foarte mic în timpul funcționării, cu
excepția unui sunet redus "whooshing".
Energia eoliană, care este de fapt o componentă secundară a energiei solare, este
o "energie regenerabilă", în sensul că va exista întotdeauna vântul atât timp cât
soarele continuă să încălzească pământul neuniform, iar pământul continuă să se
rotească.
Deși puterea vântului variază de la o zi la alta, puterea totală a energiei într -o
anumită perioadă de timp variază cu doar un mic procent, pe măsură ce turbinel e
eoliene sunt proiectate să funcționeze într -o fereastră de viteză a vântului care este
de obicei între 10 mph și 60 mph sau de la 4m / s la 25m / s.
Deși turbinele eoliene și în special fermele eoliene ocupă mult spațiu, pământul
de pe o parc eolian poate fi utilizat simultan pentru generarea de vânt, cultivarea
culturilor, pășunatul animalelor sau orice altceva sub fantele turbinelor.
Generarea de vânt se poate realiza în zone îndepărtate și la orice scară, de la o

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

5
utilizare personală și de uz ca snic, la ferme eoliene de dimensiuni mari, ceea ce
înseamnă că și locurile de munte îndepărtate care altfel ar putea fi considerate "off –
grid" pot genera energie.

Dezavantaje ale energiei eoliene

Impactul asupra mediului al energiei eoliene, deoa rece multe persoane consideră
că eolianele sunt inestetice și ca structuri create de om, turbinele pot avea un
impact vizual negativ sau pot fi văzute ca o formă de poluare vizuală.
Fermele eoliene necesită suprafețe mari de teren sau trebuie să fie am plasate în
zone sensibile din punct de vedere ecologic, cum ar fi deșerturile, deasupra
dealurilor și creastelor montane sau în largul mării, dacă forța vânturilor este mai
puternică și mai constantă.
Turbina eoliană este ca o elice uriașă și ca atare trebuie să se rotească forța
cinetică a vântului, ceea ce înseamnă că la viteze mici ale vântului sau la niveluri
prelungite de vânt (vreme caldă), turbina nu generează nicio energie utilă.
Fermele eoliene lezează, distrug și perturbă modelele de zbor ale păsărilor
migratoare și ale păsărilor ruinare. Unele păsări și chiar liliecii au fost ucise prin
zborul în lamele de turbine eoliene atunci când se rotesc, dar aceste numere sunt
foarte mici.
Turbinele eoliene provoacă poluarea sonoră, deoarece pro duc un "sunet ciudat"
de frecvență joasă, pe măsură ce lamele se rotesc, care în sine este mascată în mare
măsură de zgomotul vântului.
Investiția inițială în turbine, transport și lucrări la sol face ca costurile energiei
eoliene să fie mai mari decât pentru generatoarele convenționale de combustibili
fosili.
Cele mai bune locații pentru transformarea energiei eoliene în energie electrică
sunt departe de zonele urbane populate, ceea ce înseamnă adesea că energia

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

6
electrică trebuie stocată și / sau t ransportată pe distanțe lungi de cablu.
Deși vânturile anuale și puterea de ieșire dintr -o turbină eoliană sunt relativ
previzibile, nivelele de ieșire a energiei eoliene pe oră și zilnică nu sunt așa cum
viteza vântului nu rămâne constantă, oferind o putere redusă în vânturile mici.

Caracteristica fizico -matematica:
Energia eoliană este energia cinetică a aerului în mișcare. Energia eoliană totală
care curge printr -o suprafață imaginară cu suprafața A în timpul t este:

ρ= este densitatea aerului;
v= viteza vântului;
Avt= volumul de aer care trece prin A (care este considerat perpendicular pe
direcția vântului)

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

7
Tipuri de turbine :

Turbine cu ax vertical (Vertical axis wind turbine)
Acest tip de turbină a fost inițial inventat de Darrieus, Inginer francez care a
specificat în brevetul său inițial doua posibilele opțiuni: curbate simetric (a) și roți
drepte (b)[12].
fig.1

Această tehnologie prezintă un avantaj major față de alte tehn ologii din cauza
simplicitatii fiecărui structură cu direcția vântului fără nici un impact asupra
acestora. Avantajeleși dezavantajele acesteiaVAWT sunt rezumate mai jos:

Avantaje:
•omni -directional, prin urmare, nici o pierdere de putere în timpul rafale lor.
•deoarece unghiul contactului lamei eoliene nu este important în acest sistem

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

8
înainte de a putea fi plasat înlocații turbulente și vânt variate
•nu este nevoie de controlpentru a direcționa rotorul
•mai puțin zgomotoasă – foarte potrivită pentr u aplicarea acoperișului înzone
rezidențiale
• nu este foarte greu din cauza structurii
•H-rotor mai ușor de fabricație
•H-rotor datorită lamelor drepte sunt capabile de masăproducție = costuri de
producție scăzute
•cablurile de ghidare pot fi utilizate pe ntru suportul axului structural
prin urmare, reducerea cerințelor de pe exterior
sprijinirea turnului
•Darrieus necesită doar fundații simple pentru sistem
•considerate mai potrivite pentrur offshore la cerere, dar momentan disponibil e
numai pentru consum redus de energie
•H-rotor mai puțin dăunător pentru animale și oameni – o lamă lentă de
rotație [14]
• tehnologia este robusta

Dezavantaje
•provocările în stagnare, cum ar fi începutul sărac in
cuplul la unghiuri înalte de atac al vântului [15]
•intrări intrinseci ale cuplului care afectează durata de viață a oboselii
precum și calitatea puterii de ieșire [13]
•H-zona rotorului lamă este mai mare, deci este mai mult material
folosit [13]
•Lamele rotorului H sunt supuse momentelor de încovoiere ca re la scăderea bataii
vântului
creșterea turbinei de lacentrifugal de accelerare diminish cu augmentingturbină
pentru o viteză
constantă [16,17]
•Controlul pitch -ului Darrieus nu este posibil [18]
•Lamele Darrieus sunt complexe pentru fabricare și
relocare [15]

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

9
Turbine cu ax orizontal (Horizontal axis wind turbine )

În prezent, tehnologia turbine cu ax orizontal domină
piața de aplicații energetice, cu toate acestea au multe probleme .
Avantaje
•mai puține lame (două sau trei) decât cele utilizate în VAWT
•lamele sunt auto -susținute deoarece sunt atașate numaila partea superioară a
rădăcinii, determinând o reducere a costuluia structurii
•pornind de la o viteză mică a vântului
•este posibil să se folosească controlul pitch pentru a controlacând e n evoie
•cost redus datorită producției de masă actuale
Dezavantaje
•probleme cum ar fi zgomotul, cost mare , interferența turnului cauzata de umbra .
•o structură complicatăconține un mecanism de retragere și o reglementare activă a
standului
• mai expuse la sarcini periodice care ar putea reduce durata lor de viață
•limitarea producției maxime de energie datorată constrângerilor de sistem (corp,
lame, înălțimea
butucului)
•întreținerea este solicitantă

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

10

Mod de functionare (producerea energiei eoliene)
O turbină eoliană simplă are în componență trei părți importante: palele rotorului
(ele captează energia vântului și o transmit rotorului), axa rotorului (face legătura
dintre rotor și generator) și generatorul (dispozitiv simplu care folosește
proprietățile inducției electromagnetice pentru a produce curent electric).
Turbina eoliană dispune de un rotor cu pale orientate pe un ax orizontal sau
vertical, care antrenat de puterea vântului pune în mișcare un generator electric.
Vântul pune în mișcare palele tur binei care la rândul lor acționează generatorul
electric. Sistemul mecanic are în componență și un multiplicator de viteză care
acționează direct axul central al generatorului electric. Curentul electric obținut
este, fie transmis spre imagazinare în bate rii și folosit apoi cu ajutorul unui
invertor în cazul turbinelor de mică capacitate, fie livrat direct rețelei de curent
alternativ spre distribuitori.
Turnul metalic sau pilonul are rolul de a susține turbina eoliană și de a permite
accesul în vederea ex ploatării și executării operațiilor de întreținere și reparații. De
asemenea, este cel care asigură strucura de susținere și rezistență a ansamblului
superior. Are un rol deosebit de important deoarece trebuie să reziste vânturilor
extrem de puternice. În interiorul pilonilor sunt montate atât rețeaua de distribuție a
energiei electrice produse de turbina eoliană, cât și scările de acces spre nacelă.
Nacela are rolul de a proteja componentele turbinei eoliene. Este carcasa în care se
montează arborele princ ipal, multiplicatorul de turație, dispozitivul de frânare,
arborele de turație ridicată, generatorul electric, sistemul de răcire al generatorului
electric și sistemul de pivotare.

Parti componente ale unei eoliene :
Nacela – Este carcasa care ține:
 cutie de viteze – crește viteza de rotație dintre rotor și generator.
 generator – generează energia electrică
 mecanism de ajustare a poziției – turbinele cu axa orizontală au nevoie de a
fi aliniate cu direcția vântului, din acest motiv au nevoie de un mecanism
automat de ajustare a poziției. Acest mecanism este în general alcătuit din
motoare electrice care rotesc întregul rotor spre stânga sau spre dreapta.
 senzori și controlere electronice – sisteme de control ale mecanismului de
ajustare a poziției, senzori d e viteză, sisteme de siguranță și de monotorizare
 frâna mecanică – în momentele când vântul are viteza foarte mare, se poate
defecta generatorul sau energia produsă poate supraîncărca echipamentele,
din acest motiv se folosește un sistem de frânare, pentru menținerea rotorului

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

11
la viteza sigură. Frâna mai este folosită și în cazul defectării unui
echipament.
 Turn – Cu ajutorul unui turn, componențele turbinei sunt poziționate la o
înălțime optimă pentru viteza vântului. Spațiul ocupat este mic în acest caz,
majoritatea componentelor fiind așezate deasupra turnului.
Palele turbinei eoliene
Palele reprezintă unele dintre cele mai importante componente ale turbinelor
eoliene și împreună cu butucul alcătuiesc rotorul turbinei. Cel mai adesea, paletele
sunt realiz ate cu aceleași tehnologii utilizate și în industria aeronautică, din
materiale compozite, care să asigure simultan rezistență mecanică, flexibilitate,
elasticitate și greutate redusă. Uneori se utilizează la construcția paletelor și
materiale metalice sau chiar lemnul. Ele au o formă esențială pentru a asigura forța
de rotație necesară. Diametrul sau numărul palelor unei turbine eoliene diferă în
funcție de puterea dorită. Sistemul cu trei pale este cel mai utilizat, deoarece
asigură limitarea vibrațiilor, a zgomotului și a oboselii rotorului, față de sistemele
cu o pală sau două. Coeficientul de putere este cu 10 % mai mare pentru sistemul
bi-pal față de cel mono -pal, iar creșterea este de 3% între sistemul cu trei pale față
de două pale.
Rotorul
Butucul rotorului are rolul de a permite montarea paletelor turbinei și este montat
pe arborele principal al turbinei eoliene. Acesta este prevăzut cu un sistem pasiv
(aerodinamic), activ (hidraulic) sau mixt (active stall) care permite orientarea
palelor pentru c ontrolul vitezei de rotație a turbinei eoliene(priza de vânt).
Generatorul
Generatorul electric asigură producerea energiei electrice. Generatorul poate fi de
curent continuu sau de curent alternativ. Totuși, datorită prețului și randamentului,
se utilize ază, aproape în totalitate, generatoare de curent alternativ.

Invertorul
Un invertor solar sau invertor eolian este un echipament electronic, de putere,
capabil să transforme curentul electric continuu produs de panouri fotovoltaice în
curent electric al ternativ, monofazat sau trifazat.

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

12
Bateriile de stocare
Majoritatea turbinelor produc energie peste 25 % din timp. Pe timpul iernii, când
vânturile sunt mai puternice, acest procent crește simțitor. Pentru a ne permite
utilizarea permanentă a electricități i de la turbinele eoliene trebuie folosit un
acumulator ce ne va permite numeroase cicluri de încărcare -descărcare.
Acumulatorii eolieni sunt construiți din materiale de înaltă densitate care le oferă o
durată de viață foarte mare. Bateriile ne vor ajuta s ă folosim energia stocată și în
zilele în care turbina nu va produce energie din cauza lipsei vântului.

Fig. 3

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

13

Concluzii:
Creșterea cererii de energie datorată tehnologiei și expansiunii demografice a dus
la o mai mare poluare rezultand încălzirea globală asociată cu multe dezastre
naturale la nivel mondial. Pentru a depăși aceste problem, energia eoliană s -a
dovedit a fi o surs ă verde care furnizează energie curată.

Referinte:
[1]A.B. Abrahensen, N. Mijatovic, E. Seiler, T. Zirngibl , C. Traeholt, P.B. Nogard,
N.P. Pederson, N.H. Andersen and J. Ostergard, “ Superconducting Wind Turbine
Generators”, Superconductor Science and Technology, vol. 23, 2010.
[2]J. Twidell and A. Weir, Renewable Energy Resources, London, E&FN Spon,
1986
[3]GM Joselin Herbert et al, “A Review of Wind Energy Technologies”,
Renewable and Sustainable Energy Review, vol. 11, 2007, pp. 1117 -1145.
[4]JF Manwell, JG McGowan, AL
Rogers, Wind Energy Explained, 1sted., Amherst, Wiley, 2002, USA.
[5]H. Riegler, “HA WT versus VAWT: small VAWTs find a clear niche”, Refocus,
vol. 4, no. 4, 2003, pp.44 -46.
[6]AD. Sahin, “Progress and Recent Trends in Wind Energy”, Progress in Energy
Combustion Science, vol. 30, 2004, pp. 501 -543.
[7]Wind Force, EWEA Report, 12; 2002
[8]Danish Institute of Technology (DTI), Wind Turbine Survey 1986 -1996,
Denmark: Taastrup; 1992
[9]P. Gipe, Wind energy comes of age, New York, Wiley; 1995.
[10]L. Neij, “Cost dynamics of wind power, Energy, vol. 24, 1999, pp. 375 -389.
[11]BG. Thomas and J. Urquhart, “Wind Energy for the 1990’s and
Beyond”, Journal of Energy Conversion Management, vol. 37, no. 12, 1996, pp.
1741
[12]GJM . Darrieus, Turbine having its rotating shaft transverse to the flow of the
current, US Patent no. 1.835.018, 1931.
[13]C. Brothers, “Vertical Axis Wind Turbines for Cold Climate Applications”,
Renewable Energy Technologies in Cold Climate, Montreal 1998, private
communication, 2005 -04-13
[14]V.A. Tucker, “Using a collision model to design safer wind turbine rotor for
birds ”, Journal of Solar Engineering, vol. 118, 1996, pp.263 -9

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea de Inginerie Electrica

14
[15]PN. Shankar, “Development of Vertical Axis Wind Turbines”, Rural
Technology Indian Academy for Science, 1980, pp. 145 -62.
[16]K. Seki, Y. Simizu and T. Matsumoto, “ A Study of Straight B lade VAWT and
its application, Proceeding of European Wind Energy Conference, Hamburg, FRG,
1984, 436 -442.
[17]I. Paraschivoiu, Wind Turbine Design with Emphasis on Darrieus Concept,
1sted, Canada, Polytechnic International Press, 2002.
[18]D. Vandenberg he and E. Dick, “A free vortex simulation method for the
straight bladed vertical axis wind
turbine”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 26, 1987,
pp.307 -24
[19]Ackerman and L. Soder, “Wind Energy Technology and Current Status: A
Review”, Renewable and Sustai
nable Energy Review, 2000, vol. 4, no. 4, pp. 315 -374.
[20]WT. Robert and MD. Darrell, “Trends in the Evolution of Wind Turbine
Generator Configurations and Systems”, Wind Energy, 1998, vol. 1, no. 1, pp. 70 –
85.
[21]S. Pe ace, “Another approach to wind (cover story)”, Mechanical Engineering,
vol. 126, no. 6, 2004, pp.28 -31

Bibliografie:
 Wind Energy Technology – Industrial Update L. El Chaar, Senior Member,
IEEE, L. A. Lamont, Member, IEEE, and N. Elzein, Member, IEE E.
 http://blog.romstal.md/2017/09/13/ce -sunt-turbinele -eolienesi -cum-
functioneaza/

https://cleangreenenergyzone.com/wind -turbine -working -principle/
https://mrec.org/files/2014/03/HowDoWindTur bines.pdf
 Curs SE