In contextul actual, caracterizat de cresterea alarmanta a poluarii cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili , devine din ce… [308935]

1.1 [anonimizat] a [anonimizat]. Energia eoliana s-a adovedit deja a fi o solutie foarte buna la problema energetica globala. [anonimizat], prin descentralizarea surselor.

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită pentru a [anonimizat] a genera electricitate. [anonimizat], fapt care creează mișcări de aer.

Utilizarea vântului pentru a genera energie electrică a fost o tehnică mult folosită în vechime.

[anonimizat] o turbina în interiorul unui mic generator pentru a [anonimizat] o uzină electrică pe cărbune.
O moară de vânt la o fermă poate face doar o [anonimizat] a alimenta câteva utilaje de la fermă. Pentru a produce suficientă electricitate pentru o [anonimizat] "ferme eoliene" cu zeci de turbine eoliene uriașe.
[anonimizat], unde vântul suflă cu cel puțin 14 mile pe oră.

La sfârșitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73 904 MW, acestea producând ceva mai mult de 1 % din necesarul mondial de energie electrică.

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) [anonimizat] 6 turbine mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătățirea randamentului turbinelor și a soluțiilor tehnice utilizate.

Deși încă o [anonimizat] a crescut practic de câteva ori între 1999 și 2010, ajungându-[anonimizat], ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

[anonimizat] a consemnat un progres deosebit. Astfel, intre 1995 – 2005, rata anuala de crestere a fost de cca 30%, conducand la o putere instalata totala noua de 32.000 MW, adica dublu decat in domeniul energiei nucleare din aceeasi perioada.
In ultimii 25 [anonimizat] s-a dublat, iar costul unui kWh produs a coborat de la 0,7 euro la circa 0,32 euro in prezent.

Potrivit studiului realizat de Asociatia Europeana a [anonimizat] 25.777 MW instalati in 2009, fiind urmata de Spania cu 19.149 MW si de Italia cu 4.850 MW. Polonia avea anul trecut 725 [anonimizat]- 201 MW, Bulgaria- 177 MW.

1.2 Potențialul eolian

Viteza vântului este luată la 80 m, deoarece aceasta este înălțimea turbinelor moderne de 1500 kW, cu un diametru de 77m.

[anonimizat] 13% din toate stațiile meteorologice raportează viteze medii anuale ale vântului la 80m ≥ 6.9 m / s (puterea vântului fiind de clasa 3 sau mai mare). Zonele respective, prin urmare, pot fi considerate potrivite pentru producerea de energie eoliană cu cost redus. Această estimare este considerată a fi conservatoare.

De pe toate continentele, America de Nord are cel mai mare număr de stații din clasa ≥ 3 (453) și Antarctica are cel mai mare procent (60%). Zonele cu potențial mare se regăsesc în Europa de Nord de-a lungul Mării Nordului, vârful de sud a continentului sud-american, insula Tasmania în Australia, regiunea Marilor Lacuri, precum și coastelor de nord-est și nord-vest a Americii de Nord.

Harta potențialului eolian mondial, cu vânturile la 80 m

Harta potențialului eolian cu vânturile medii la 80 m pentru Europa

Harta potențialului eolian din România, cu vânturile la 50 m

Harta potențialului eolian din România elaborată pentru diferite condiții topografice este ambiguă, poate chiar voit ambiguă. De exemplu sunt reprezentate cu aceiași culoare zone care au un potențial eolian diferit. Astfel, în zona litoralului, reprezentată cu violet, puterea vântului este > 8,5m/s iar în Munții Făgăraș, reprezentați tot cu violet, puterea vântului este > 11,5m/s.

1.3 Tehnologia producerii energiei eoliene

O turbina eoliana lucreaza într-un mod opus celui al unui ventilator. În loc de a folosi energie electrică pentru a face vânt, o turbina eoliana folosește vântul pentru a produce electricitate.
Vântul întoarce paletele, care acționează un arbore, care se conectează la un generator de energie electrică și produce electricitate. Energia electrică este trimisă prin linii de transport și distribuție la o stație.

Diagrama de mai jos arată o parte din piesele și componente din interiorul unei turbine eoliene:

palete

2- rotor

3- instalatie de acordare a unghiului paletelor cu vântul (pitch)

4- frână

5- ax cu viteză mică

6- cutie de viteze

7- generator

8- unitate de control

9- anemometru

10- palete de vant

11- nacela

12- ax cu viteză mare

13- unitate girație

14- motor girație

15- turn

Imbinarea armonioasa a progreselor tehnice cu cele informatice a condus la cresterea spectaculoasa a utilizarii energiei eoliene.

Un asemenea progres a fost posibil atat prin inbunatatirile tehnologice aduse instalatiilor, cat si printr-o mai buna cunoastere a comportarii si caracteristicilor curentilor de aer utilizati ca sursa de actionare.

Implantarea unei instalatii eoliene de mare putere necesita raspunsuri la intrebari legate de directia, viteza si regularitatea curentilor de aer in locul respectiv, dar si de distributia pe verticala a temperaturilor aerului si de vegetatia locala (generatoare de turbulente) s. a. Toate aceste probleme isi gasesc astazi un raspuns sigur multumita unor programe informative puse la punct de cadrele Universitatii daneze RISCE in modelul fizic WASP. Metodele cuprinse in acest program de calculator au devenit elemente-cheie in standardul international pentru evaluarea unui potential eolian. In scopul analizarii mai fine a previziunilor eoliene s-a utilizat si un sondor acustic denumit “sodar“, care poate cartografia in 3D vantul pe o retea locala distribuita vertical de la 5m la 300m inaltime. La randul sau, societatea franco-germana EOLE RES a dezvoltat un program de calculator care simuleaza cresterea arborilor. Aceasta problema este legata atat de durata de viata a unei instalatii eoliene, apreciata la minimum 25 de ani, cat si de faptul ca in acest interval de timp arborii plantati la sol isi pot dubla, prin crestere, atat inaltimea cat si volumul, influentand, prin perturbatiile produse, curentii de aer din zona

Progresele tehnologice în domeniile aerodinamic, chimic și mecanic

O lege specifica energiei eoliene spune că puterea instalata a unei surse eoliene este proportionala cu patratul razei elicei. Aceasta înseamnă că prin multiplicarea cu doi a lungimii palei elicei, puterea obtinuta creste de patru ori.

Ecuatia este simpla si cunoscuta de mult timp, însă nu a putut fi aplicata cu succes decat in ultima perioada. Pentru aceasta s-a apelat la cunostinte si materiale folosite curent in aeronautica. In acest fel, metalul utilizat initial la confectionarea elicelor a fost inlocuit cu materiale compozite usoare precum fibra de sticla si, mai nou, fibra de carbon. In acest fel castigul in greutate si in rigiditate a permis construirea de pale din ce in ce mai lungi si mai rezistente.

Un alt factor important de progres a fost acela al adaptarii sistemului “cu pas variabil”. Instalatiile vechi aveau elicea fixata pe un ax orizontal care, in functie de viteza vantului, cupla ansamblul la viteza minima utilizabila si il decupla cand vantul, devenind prea puternic, periclita stabilitatea instalatiei. Acest sistem, cu decuplare aerodinamica (denumit si Stall ) era un sistem robust, sigur, dar cu o eficienta redusa, mai ales in zonele unde vanturile nu aveau o buna regularitate.
Si in acest caz inginerii au gasit o solutie mai buna apeland tot la tehnicile folosite in aeronautica. Astfel, cu ajutorul unui surub special conceput si judicios amplasat (“pitch“ in engleza, de unde si numele procedeului), o pala este orientata optim fata de directia si forta vantului, prin schimbarea unghiului de atac. La un vant foarte slab, pala este dispusa aproape perpendicular pe directia curentului de aer, iar la un vant foarte puternic, pala pivoteaza in lagar oferind o suprafata de impact din ce in ce mai mica, pana la pozitia paralela (in cazul furtunilor foarte puternice ).

In sistemul Stall, cu cativa ani in urma, plaja de functionare a unei instalatii eoliene se situa la viteze ale vantului cuprinse intre 14 si 79 km/h. Astazi, folosind sistemul “cu pas variabil“, rotorul unei instaltii eoliene incepe sa se roteasca la 8 km/h si functioneaza eficace pana la viteze ale vantului de 120 km/h.
Acest progres tehnic a permis amplasarea instalatiilor eoliene in locuri dintre cele mai diferite, asigurand functionari eficiente de peste 2400 ore/an, fata de maximum 1600 ore/an in urma cu 15 ani. Mai mult, instalatii foarte recente si foarte moderne depasesc in prezent o functionare eficienta de peste 3000 ore/an, cu un factor de sarcina mai mare de 40%. Se mentioneaza ca prin factor de sarcina se intelege perioada de-a lungul careia energia este produsa intr-o centrala.

Progresele tehnologice în domeniile electrotehnic și electronic

Progresele tehnologice realizate in ultimii ani nu au fost doar de ordin aerodinamic, chimic si mecanic, pentru că și electrotehnica si electronica, ajutate de calculator, au venit si ele cu o serie de contributii importante. Astfel, generatoarele de curent electric situate in nacela instalatiei eoliene au fost trecute de la 4 la 50 de poli (cu electromagneti), fapt ce a marit foarte mult eficienta transformarii energiei mecanice de rotatie in energie electrica, mult mai usor de stabilizat ca fercventa si intensitate. De asemenea, inginerii grupului german Enercon au reusit o cuplare directa a celor doua agregate, evitandu-se astfel instalatiile greoaie si nefiabile necesare pentru demultiplicare (folosite pana de curand), care aveau ca scop convertirea vitezei de rotatie clasice de 40 ture/minut ale rotorului la mai mult de 1000 de ture/minut ale generatorului in turatie minima, pentru inducerea curentului electric. Aceasta rezolvare tehnologica elimina mecanismele intermediare (un fel de cutie de viteza automata) care necesitau operatii dese si dificile de intretinere (schimbarea periodica a lichidului de racire, eliminarea deselor defecte mecanice s. a.).
Electronica, la randul ei, a contribuit si ea din plin la progresul tehnologic global prezentat in ultimii ani de instalatiile eoliene, printr-un control al comenzilor mai rapid, cu o reactie mult mai scurta la variatiile de viteze ale vantului si, implicit, o calitate superioara a curentului electric produs. Se pot evita astfel in prezent cu usurinta perturbatiile din retelele electrice comerciale.

1.4 Avantajele și dezavantajele utilizării energiei eoliene

Avantaje

– Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substante poluante si gaze cu efect de sera, datorita faptului ca nu se ard combustibili.

– Nu se produc deseuri. Producerea de energie eoliana nu implica producerea nici a unui fel de deseuri.
– Costuri reduse pe unitate de energie produsa. Costul energiei electrice produse in centralele eoliene moderne a scazut substantial in ultimii ani, ajungand in S.U.A. sa fie chiar mai mici decat in cazul energiei generate din combustibili, chiar daca nu se iau in considerare externalitatile negative inerente utilizarii combustibililor clasici
In 2004, pretul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime fata de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scaderii acestora, deoarece se pun in functiuni tot mai multe unitati eoliene cu putere instalata de mai multi megawati.
– Costuri reduse de scoatere din functiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din functiune pot fi de cateva ori mai mare decat costurile centralei, in cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din functiune, la capatul perioadei normale de functionare, sunt minime, acestea putand fi integral reciclate.

Dezavantaje

– Principalele dezavantaje sunt resursa energetica relativ limitata, inconstanta datorita variatiei vitezei vantului si numarului redus de amplasamente posibile. Putine locuri pe Pamant ofera posibilitatea producerii a suficienta electricitate folosind energia vantului.
– La inceput, un important dezavantaj al productiei de energie eoliana a fost pretul destul de mare de producere a energiei si fiabilitatea relativ redusa a turbinelor. In ultimii ani, insa, pretul de productie pe unitate de energie electrica a scazut drastic, ajungand, prin imbunatatirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenti pe kilowatt ora.
– Un alt dezavantaj este si “poluarea vizuala” – adica, au o aparitie neplacuta – si de asemenea produc “poluare sonora” (sunt prea galagioase). De asemenea, se afirma ca turbinele afecteaza mediul si ecosistemele din imprejurimi, omorand pasari si necesitand terenuri mari virane pentru instalarea lor. Argumente impotriva acestora sunt ca turbinele moderne de vant au o aparitie atractiva stilizata, si ca alte surse de energie, precum generarea de electricitate folosind carbunele, sunt cu mult mai daunatoare pentru mediu, deoarece creeaza poluare si duc la efectul de sera.
– Un alt dezavantaj este riscul mare de distrugere in cazul furtunilor, daca viteza vantului depaseste limitele admise la proiectare

CAPITOLUL 2

ELEMENTELE TURBINEI EOLIENE

Pilon

Are rolul de a susține turbina eoliană și de a permite accesul în vederea exploatării și executării operațiilor de întreținere, respectiv reparații. În interiorul pilonilor sunt montate atât rețeaua de distribuție a energiei electrice produse de turbina eoliană, cât și scările de acces spre nacelă.

Trebuie sa aiba înălțime suficient de mare pentru a evita curenții de aer turbionari din zona solului sau a suprafetei marine

Nacela

Amplasată în vârful pilonului care conține echipamente de transformare a energiei eoliene în energie electrică și echipamente de măsură, control și automatizare;

Echipamentele amplasate în nacelă asigură conversia energiei mecanice transmisă de rotor în energie electrică, asigură orientarea pe direcția vântului și funcționarea turbinei în condiții de siguranță.

Are rolul de a proteja componentele turbinei eoliene, care se montează în interiorul acesteia și anume: arborele principal, multiplicatorul de turație, dispozitivul de frânare, arborele de turație ridicată, generatorul electric, sistemul de răcire al generatorului electric și sistemul de pivotare.

Arborele principal al turbinelor eoliene are turație redusă și transmite mișcarea de rotație, de la butucul turbinei la multiplicatorul de turație cu roți dințate. În funcție de tipul turbinei eoliene, turația arborelui principal poate să varieze între 20 – 400 rot/min.

Multiplicatorul de turație cu roți dințate are rolul de a mări turația de la valoarea redusă a arborelui principal, la valoarea ridicată de care are nevoie generatorul de curent electric.

Dispozitivul de frânare este un dispozitiv de siguranță și se montează pe arborele de turație ridicată, între multiplicatorul de turație și generatorul electric. Viteza de rotație a turbinei este menținută constantă prin reglarea unghiului de înclinare a paletelor în funcție de viteza vântului și nu prin frânarea arborelui secundar al turbinei. Dispozitivul de frânare (cel mai adesea hidraulic, iar uneori mecanic) este utilizat numai în cazul în care mecanismul de reglare a unghiului de înclinare a palelor nu funcționează corect, sau pentru frânarea completă a turbinei în cazul în care se efectuează operații de întreținere sau reparații.

Arborele de turație ridicată denumit și arbore secundar sau cuplaj, are rolul de a transmite mișcarea de la multiplicatorul de turație la generatorul electric. Turația acestui arbore, ca și cea a generatorului electric, are valori între 1200 -1800 rot/min.

Rotor (Palele)

Datorită formei aerodinamice, rotorul, amplasat în fața nacelei, se rotește sub acțiunea vântului, transformând energia eoliană (mișcarea aerului) în energie mecanică de rotație.

Rotorul este realizat din 3 pale de fibră de sticlă armată cu rășină și fibre de carbon, fixate pe un butuc metalic. Un sistem hidraulic amplasat în interiorul butucului permite modificarea automată a unghiului de atac al palei cu până la 95ș, în funcție de condițiile meteorologice specifice.

Palele sunt proiectate și realizate astfel încât să asigure maximizarea randamentului de transformare a energiei eoliene în energie mecanică și minimizarea zgomotului și a fenomenului de reflexie a luminii.

Reprezintă unele dintre cele mai importante componente ale turbinelor eoliene și împreună cu butucul alcătuiesc rotorul turbinei. Cel mai adesea, palele sunt realizate cu aceleași tehnologii utilizate și în industria aeronautică, din materiale compozite, care să asigure simultan rezistență mecanică, flexibilitate, elasticitate și greutate redusă

Succesiunea etapelor în generarea si transmiterea energiei eoliene poate fi rezumata dupa cum urmeaza:

1. Pe masura ce vântul interactioneaza cu rotorul se produce un cuplu;

2. Frecventa rotationala relativ scazuta a rotorului este intensificata prin intermediul angrenajului de transmisie;

3. Axul de iesire al angrenajului de transmisie roteste generatorul;

4. Energia electrica produsa de generator trece prin regulatorul turbinei si prin disjunctoare si este ridicata la o tensiune intermediara de transformatorul turbinei;

5. Prin sistemul de cabluri se transmite energia electrica transformatorului;

6. Transformatorul instalatiei creste tensiunea pâna la valoarea minima a retelei;

7. Sistemul de retele interconectate transmite energia electrica pâna la punctul ultim de utilizare;

8 Substatiile transformatorului reduc tensiunea la valori de utilizare pe o scara restrânsa sau la valori industriale

CLASIFICAREA TURBINELOR EOLIENE

2.1 Dupa puterea electrica furnizata

– Turbine de putere redusă (sub 100kW) utilizate în principal pentru uz casnic, agricol, etc.;

– Turbine de putere mare (peste 100kW) utilizate pentru furnizarea energiei electrice în

sistemele energetice naționale.

Turbină eoliană de putere redusă

Turbină eoliană de putere mare

2.2 După direcția de orientare a axei

– Turbine cu axă orizontală (cele mai răspândite) având axa paralelă cu direcția vântului; HAWT – Horizontal Axis Wind Turbines

Turbinele cu ax orizontal au axul rotorului principal și generator electric la partea de sus a unui turn, și trebuie să se poziționeze în vânt. Turbinele mici sunt poziționate printr-o simplă paletă de vânt, în timp ce turbinele mari, în general, utilizează un senzor de vânt cuplat cu un motor servo. Cele mai multe au o cutie de viteze, care transformă rotația lentă a paletelor într-o rotație mai rapidă care este mai potrivit pentru un generator electric.

Turbine cu ax orizontal pe uscat

Deoarece un turn produce turbulențe în spatele lui, turbina este de obicei poziționată în direcția opusă vântului față de turnul său de sprijin. Palete de turbine sunt rigide pentru a preveni ca ele să fie împinse în turn de vânturile puternice. În plus, paletele sunt amplasate la o distanță considerabilă în fața turnului și, uneori, sunt înclinate ușor spre înainte în vânt.
au fost construite și turbine în direcția vântului, în ciuda problemelor de turbulență, deoarece ele nu au nevoie de un mecanism suplimentar pentru păstrarea lor în linie cu vântul, și deoarece, în vânturile puternice paletor li se poate permite să fie îndoite, ceea ce reduce zona pe care o mătură și, astfel, rezistența lor la vânt. Întrucât turbulențele ciclice pot duce la oboseala structurilor, cele mai multe turbine orizontale sunt proiectate în direcția opusă vântului.

Turbinele cu ax orizontal marine

Turbine utilizate în ferme eoliene pentru producerea comercială a energiei electrice sunt, de obicei, cu trei palete și sunt poziționate în vânt de motoare controlate de computer. Acestea au viteze mari de peste 320 de kilometri pe oră (200 mph), au înaltă eficiență, și riplul cuplului mic, care contribuie la buna fiabilitate. Paletele sunt colorate, de obicei, gri, și au o lungime de 20-40 de metri sau mai mult. Turnurile de susținere sunt din oțel tubular de 60 – 90 de metri înălțime. Paletele se rotesc cu 10 – 22 rotații pe minut. La 22 de rotații pe minut viteza de vârf este mai mare de 91 de metri pe secundă. O cutie de viteze este frecvent utilizată pentru accelerarea vitezei generatorului, deși se poate utiliza, de asemenea, o conducere directă a unui generator inelar. Unele modele funcționează la o viteză constantă, dar mai multă energie poate fi colectată de turbine cu viteză variabilă care utilizează un convertor de putere în stare solidă pentru interfața cu sistemul de transmisie. Toate turbinele sunt echipate cu caracteristici de protecție pentru a evita deteriorarea la viteze ale vântului ridicate, prin înclinarea paletelor în vânt care încetinește rotația lor, completate de frâne.

HAWT – Horizontal Axis Wind Turbines

Acest tip de generatoare eoliene sunt montate la inaltime (cu ajutorul unui catarg) si au palele elicei indreptate spre vant cu ajutorul unei aripi. Generatoarele de putere mare, insa, sunt rotite cu ajutorul unui motor comandat de un senzor de vant.

Din cauza vitezei vantului variabile, majoritatea generatoarele folosesc o cutie de viteze pentru a amplifica turatia palelor elicei, deoarece generatorul electric lucreaza la turatii mari.

Avantaje

pasul variabil al palelor permite eficienta in obtinerea energiei

cum vantul are viteze mai mari la inaltime, puterea unui generator poate sa creasca cu pana la 30% in functie de inaltimea la care este montat

randament mare deoarece palele angreneaza direct rotorul generatorului.

Dezavantaje

transportul catargului este dificil => pret mai mare

montarea generatorului la inaltime necesita macarale costisitoare

impactul in peisaj este mare deoarece sunt vizibile de la distante mari

catargul este supus unor forte mari, astfel intretinerea poate deveni costisitoare

Turbinele eoliene cu ax vertical / VAWT – Vertical Axis Wind Turbines

Asemenea instalatii sunt legate de constructii civile individuale inalte, blocuri etc. Ele pot fi montate pe partea superioara a unor asemenea cladiri, reusind sa acopere in buna masura consumul de energie electrica al acesteia.

Turbinele eoliene cu ax vertical sunt un tip de turbine eoliene unde arborele rotorului principal este așezat pe verticală. Printre avantajele acestui aranjament, sunt că generatoare si cutiile de viteze poate fi plasat aproape de sol, și că turbinele nu trebuie să se poziționeze în vânt.

Avantaje

nu necesita catarg, deci transportul este mai putin dificil

axul fiind vertical nu necesita repozitionare in functie de directia vantului (este mai ieftin si mai robust)

intretinerea este facila deoarece toate componentele se monteaza la nivelul solului

viteza la care incep sa produca curent electric este mai mica decat la HAWT

impactul in peisaj este redus deoarece nu sunt structuri inalte

pot fi montate in vai, locuri usor accesibile unde viteza vantului este crescuta

sunt silentioase in comparatie cu HAWT

Dezavantaje

eficienta acestor turbine este redusa din cauza pozitionarii palelor (cam 50% din eficienta HAWT)

Inconveniente majore pentru modele timpurii (Savonius, Darrieus, giromill și cycloturbine) includ cuplul pulsator care poate fi produs în timpul fiecărei revoluții și momentele imense de flexiune pe palete. Proiecte mai recente au rezolvat problema folosind un cuplu de torsiune de lame elicoidale aproape similare cu turbinele de apă Gorlov.

turbină eoliană verticală de tip Darrierus, după numele celui care a realizat prima astfel de turbină. Asemenea modele se află deocamdată în stadiul de cercetare,nefiind încă disponibile pe piață.

Turbinele verticale oferă o serie de avantaje față de turbine eoliene tradiționale cu ax orizontal. Ele pot fi grupate împreună mai aproape în ferme eoliene, făcăndu-se economie de spațiu. Acest lucru nu se produce datorită faptului că aceste turbine sunt mai mici, ci mai degrabă din cauza efectului de încetinire a aerului pe care le au turbinele orizontale, forțând designerii să le separe cu de zece ori lățimea lor.

Turbinele verticale sunt robuste, liniștite, omni-directionale, și ele nu crează așa mult stres pe structura de sprijin. Ele nu au nevoie de așa mult vânt pentru a genera energie, astfel că se permite ca ele să fie mai aproape de sol.

Fiind mai aproape de sol sunt ușor de întreținut și pot fi instalate pe coșuri de fum și structuri similare înalte.

Daca pentru instalatiile eoliene cu ax orizontal industria germana si-a dovedit prioritatea, francezii se pot lauda cu realizari de varf in grupa eolienelor cu ax vertical. Astfel, firma Gual Industrie din Perpignan a dat in exploatare cateva turbine cu ax vertical care asigura o serie de caracteristici importante:
– randamente superioare cu aproape 30% fata de turbinele cu ax vertical cunoscute;
– viteza maxima a vantului pana la care sunt eficiente este de 150km/h;
– rotorul se prezinta ca o roata de moara prevazuta cu un numar determinat de cupe;
– la un ax vertical inalt de 3m, rotorul are un diametru maxim de 8m, putand asigura o putere instalata efectiva de pana la 55 kW.
Pentru alimentarea rotorului cu un flux de aer constant, acesta este canalizat intr-o coroana cu pale fixe, adica un stator, de unde si numele suplimentar de statoeoliana. Profilul palelor rotorului si ale statorului au fost definite in Laboratorul de modelare pentru mecanica fluidelor din Marsilia.

2.3 După modul de amplasare a paletelor

– În contra vântului (vântul întâlnește întâi paletele și apoi nacela) amonte – “upwind”;

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

– În direcția vântului (vântul întâlnește întâi nacela și apoi paletele) aval – “downwind”.

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

2.4 După numărul de palete

– Cu două palete;

Turbină “upwind” cu două palete

– Cu trei palete (cele mai răspândite).

2.5 După locul de amplasare

După locul de amplasare

– Amplasare terestră;

– Amplasare marină.

CAPITOLUL 3

TURBINE EOLIENE MARINE

Turbina eoliana marina este ansamblul format din rotor,nacela,pilon, structura si fundatie , fixat pe apa cunoscut sub numele de ”offshore wind turbine”

3.1 Turbine eoliene fixe

Turbina eoliana fixa cu structura pe picioare (jacket/lattice strcture)

Există mai multe variante ale structurii pe picioare / grilaj cu trei sau patru picioare de obicei, format din piloți colț interconectate cu contravântuiri cu diametre de până la 2m. Picioarele sunt conduse la adâncimea necesară pentru a obține o stabilitate adecvată pentru structura. Articulații tubulare sunt sudate.

Aceste tipuri de structuri sunt considerate foarte potrivit pentru site-uri cu o adâncime a apei de la 20-50m.

Turbina eoliana fixa cu structura monoax (monopile structure)

Structura de sprijin monoax este un design relativ simplu prin care turnul este susținut de un mono-ax, fie direct, fie printr-o piesă de tranziție. Mono-axul continuă în jos, în fundul mării. Structura este realizată dintr-un tub cilindric, din oțel.

Adâncimea de penetrare a solului marin este reglabila pentru a se potrivi condițiilor de mediu existente de pe fundul mării. O condiție de limitare de acest tip de structură de sprijin este deformarea totală (mișcare laterală de-a lungul mono-axului) și vibrații, și sunt supuse, sarcini laterale ciclice mari și momentele de încovoiere (din cauza curentului și a valurilor ).

Structurile mono-ax sunt în prezent cele mai frecvent utilizate în piața de energie eoliană offshore din cauza ușurința lor de instalare în mică adâncime pentru adâncimi de apă mijlocii. Acest tip de structură este potrivita pentru site-uri cu adâncime a apei de la 0-30m.

Diametrul mono-axului variază este până la 6m iar grosimea peretelui pana la 150mm. Greutatea unei structuri mono-ax monopiles este,de obicei până la 650 tone

Turbina eoliana fixa cu structura gravitationala ( gravity based structure)

Structura de sprijin de tip gravitational este în mod normal o structura de beton care poate fi construita din oțel sau fuste din beton. Balastul necesară pentru a obține gravitație suficientă format din nisip, minereu de fier sau piatră umplut în baza structurii cu ajustări în lățimea bazei conceput pentru a corespunde condițiilor de sol. Design-ul include un ax de oțel central sau arbore de beton pentru trecerea la turnul turbinei eoliene. Structura necesită o bază plată .

Structura este potrivita pentru adancimi de 20-55m si turbine de putere 3-10MW.

În general, fundațiile gravitaționale sunt concepute cu scopul de a evita sarcini de tracțiune (ridicare) între partea de jos a structurii de susținere și fundul mării. Acest lucru se realizează prin asigurarea încărcări permanente suficiente astfel încât structura să păstreze stabilitatea în toate condițiile de mediu exclusiv prin intermediul propriei gravitații. Fundații gravitaționale sunt, de obicei, competitive, atunci când conditiile marine de mediu sunt relativ normale fara furtuni peste gradul 7/8 Beaufort

Turbina eoliana fixa cu structura tripla / tripod ( triple structure)

Structura tripla este o structură formata din trei picioare în partea de jos, conectate la un mono ax în partea superioară a coloanei , toate realizate din tuburi din oțel cilindrice. Lățimea de bază și adâncimea de penetrare a solului marin pot fi ajustate pentru a se potrivi siturile condiții geologice

Structura tripod a fost dezvoltat de către compania Bard care a fost fprimul producător in utilizarea acestui tip de fundație. Prima instalare a fost în 2008, în turbina de la site-ul demonstrație Hooksiel. Fiecare picior conține 1.100 t oțel și cuprinde trei categorii tubulare din oțel individuale . Picioarele sunt fixate pe fundul mării, cu ajutorul unui cadru de ghidare special. Apoi, ele sunt unite de către piesa de tranziție, care este plasata în partea de sus și care are în centrul său, o flanșă de conectare pentru montarea turnul de oțel al turbinei eoliane. Picioarele și piesa de tranziție sunt apoi lipite permanent cu o conexiune de ciment si mortar. Lungimea picioarelor variază în funcție de adâncimea apei. Acestea variază de la 65-90m lungime și până la 3m în diametru.

Structura este potrivita pentru adâncimea apei de la 25 la 40 m.

Turbina eoliana fixa cu fundatie cupa (skirt/bucket foundaton)

Turbina este formata dintr-un tub cu cupa in partea inferioara care se fixeaza pe fundul marii.

The wind turbine tower is mounted directly on the monotower.Turnul turbinei eoliene este montat direct in interiorul tubului

In functie de adancimea apei se clasifica astfel :

TURBINE PE STRUCTURA FIXA

TURBINA PE AX TURBINA PE PICIOARE

Adancime 0 -30 m Adancime 25 -50 m

Putere 1-2 MW Putere 2-5 MW

TURBINE PE STRUCTURA FLOTABILA

Adancime >50 m Adancime > 120 m

Putere 5-10 MW Putere 5-10 MW

TLP = TENSION LEG PLATFORM –Structura cu picioare sub tensiune

SEMI-Sub – Structura semi-submersibila

SPAR – Structura tip scondru

3.2 Turbine eoliene flotabile

Structurile de sprijin flotabile pentru turbine eoliene, sunt cel mai puțin utilizate. In perioada prezenta, doar câteva turbine eoliene marine din lume, stau pe o structură de sprijin plutitoare. One is the Hywind in Norway, fitted with a turbine from Siemens. Una este Hywind în Norvegia, prevăzut cu o turbină de la Siemens. Another is the Windfloat, installed off the coast of Portugal, with a Vestas turbine. O alta turbina este Windfloat, instalată în largul coastei Portugaliei, cu o turbină Vestas. Moreover, a couple of scale models float in the oceans: the Blue H, near Italy, and Sway, a prototype in the waters of Norway. În plus, o serie de machete plutesc în oceane: Blue H, aproape de Italia, și Sway, un prototip în apele Norvegiei.

O turbina marina cu structură de susținere plutitore este recunoscuta prin faptul că suportul provine de la apa si nu de la sol. Generally, the contact to the seabed is through anchor lines, also called mooring cables. În general, contactul de pe fundul mării este prin liniile de ancorare, de asemenea, numit cabluri de ancorare

FLOTABILA BALASTATA ANCORATA

Turbine eoliene marine flotabile tip barja flotabila ( barge floater)

Sistemul se mentine pe o platforma plutitoare / barja care este fixata de solul marin cu cabluri metalice sau lanturi fixate de ancore

Sistemul este cunoscut in industria offshore ca ” semi – subvmersibil” – marele avantaj al acestui concept este instalarea foarte facila fata de celelalte sisteme flotabile folosite. Intregul sistem poate fi remorcat din port pana in pozitia exacta de fixare. Aceasta permite instalarea integii constructii in santier si remorcarea ei fara alte operatiuni.

Dezavantajul consta in faptul ca intregul sistem este supus miscarilor cauzate de valuri si deci supus unor forte hidrodinamice cu frcventa mare si dezordonate.

Turbine eoliene marine cu platforma cu picioare in tensiune (tension leg platform)

Principiul platformei tensiune picior este de a crea o platformă subacvatica cu flotabilitate lsi dotata cu o cantitatea mare de balast pentru a menține structura stabila. The buoyancy exceeds the weight of the platform and hence causes a pretension in the vertical cables which keep the platform on location. Flotabilitatea depășește greutatea platformei și, prin urmare trebuie mentinuta in pozitie de cabluri de ancorare / flotabilitatea provoacă o tensiune în cablurile verticale care păstrează pe platforma in locația stabilita.

Cablurile de ancorare pot fi fixate de fundul marii printr-un inel de beton,piloni individuali cu penetrare in sol sau prin ancore cu aspiratie

Turbine eoliene marine tip scondru (spar floater) / balastate

Structura de bază a plutitorul spar este un picior cilindric. Este un tub mare, care plutește datorită cantități mari de aer existenta în partea superioară a structurii, și rămâne în poziție verticală datorita unei cantitati mari de balast in partea inferioara

Sistemul este folosit la turbina eoliana HYWIND din Norvegia

Tubul de oțel ajunge la 45 de metri în jos sub linia de plutire, are un diametru de 8,3 metri (6 metri de la linia de apă), și este construit de la 1500 de tone de oțel. With ballast and turbine, the total weight is 5300 tonnes. Cu balast și turbină, greutatea totală este de 5300 tone. Hywind carries a Siemens 2.3 MW turbine. Hywind poartă o turbină Siemens 2.3 MW

CAPITOLUL 4

NAVA TIP ”WIND TURBINE INSTALLATION VESSEL ”

LISTA CU FERMELE EOLIENE OFFSHORE

CELE MAI MARI FERME EOLIENE

BIBLIOGRAFIE

1) Vestas V80 – 2, Technical Specification Sheet

http://www.vestas.com/en/media/brochures.aspx

2) Vestas V90 – 3, Technical Specification Sheet

http://www.vestas.com/en/media/brochures.aspx

3) Vestas V164 – 7, Technical Specification Sheet

http://www.vestas.com/en/media/brochures.aspx

4) Siemens 2.3 – 93, Technical Specification Sheet

http://www.energy.siemens.com/hq/en/power-generation/renewables/wind-power/wind-turbines/

5) Siemens 3.6 – 107, Technical Specification Sheet

http://www.energy.siemens.com/hq/en/power-generation/renewables/wind-power/wind-turbines

6) Areva Multibrid M5000, Technical Specification Sheet

http://www.areva-wind.com/fileadmin/infomaterial/AREVAwind_TechnischeDaten.pdf

7) RE Power 5MW, Technical Specification Sheet

8) RE Power 6MW

http://www.repower.de/produkte/windenergieanlagen/6M/?L=1

9) “The installation and servicing of offshore wind farms”, Kaj Lindvig, CSO, A2SEA,

Presentation: European Forum for Renewable Energy Sources

URL:http://www.eufores.org/fileadmin/eufores/Events/Parliamentary_Events/Offshore_September_2010/The installation and servicing_A2SEA.pdf