Marin Andrei Emanuel 124a Tema De Casa Surse De Energie [606463]

MARIN ANDREI -EMANUEL
GRUPA : 124A
ANUL: II
FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRIC Ă

ENERGIA EOLIANĂ

1

CUPRINS:
Vântul ca sursă de energie………………………………………… 2
Scurt istoric al folosirii vântului ca sursă de energie
Cauzele formării vânturilor. Clasificarea vânturilor

TURBINE EOLIENE ……………………………………………………………… 4
Clasificarea turbinelor eoliene

Structura unei centrale (turbine) eolienne ……………….. 7

Avantaje si dezavantaje ale sistemelor de producer a
energiei electrice eoliene ………………………………………… 11
Avantajele energieie eoliene
Dezavantajele energiei eoliene

Considerente economice ………………………………………….. 13

Potentialul energiei eoliene in Romania ………………….. 16

Concluzii ………………………………………………………………….. 19

Bibliografie ……………………………………………………………… 20

2

Vântul ca sursă de energie
Studierea m ișcării maselor de aer, în speță vânturile, prezintă importanță
atât din punct de vedere tehnic, în ceea ce privește abordarea tehnologică de
captare a energiei cinetice a vântului cât și din punct de vedere economic, ca
structură a costului per kilowatt de energie electrică obținută din exploatarea
acestei resurse.

Scurt istoric a l folosirii vântului ca sursă de energie
Energia eoliana sau energia vântului s-a folosit din vremuri imemoriale, de
când omul s -a aventurat pe mări pentru marile descoperiri geografice. Pânzele
corăbiilor erau umflate de forța vânturilor. Primele activitati de productie bazate
pe tehnologie au folosit forța vântu lui pentru antrenarea morilor folosite la
măcinarea semințelor sau pentru punerea in mișcare a mecanismelor de
prelucrare a lemnului, prese de ulei, prelucrarea lânei si pieilor etc.
Numele de energie eoliană vine de la zeul grec al antichității, Eol ,
stăpânul vânturilor.

Cauzele formării vânturilor. Clasificarea vânturilor

Dar cum se formează vântul ? Datorită încălzirii solare , se produce o
diferență de presiune atmosferică intre doua regiuni . Aerul încălzit într-o regiune

3

devine mai ușor și se ridică la inălțime formâ ndu-se un spațiu cu presiune mică ,
locul lui fiind preluat de mase de aer aflate in regiuni m ai reci , deci cu presiune
atmosferica mai mare. Această mișcare a maselor de aer continuă până la
echilibrarea presiunilor.
Există mai multe feluri de vânturi. O clasificare poate fi aceasta :
1. Vânturi permanente. Din categoria acestora fac parte alizeel e(bat de la
est, dinspre tropice spre ecuator), vânturile de vest, vânturile polare.

2. Vânturile periodice. Dintre acestea amintim musonii(de vară, de iarnă,
au periodicitate de 6 luni), brizele marine(se schimbă de la zi la zi), brizele
montane (de dimineață și de se ară).

3. Vânturi locale. În țara noastră, crivățul(bate iarna în zona bărăgan –
podișul moldovei), mâncătorul de zăpadă sau vântul mare(bate prim ăvara) .

De ce este utilă această clasificare ? Pent ru că ne face să ințelegem că
energia eoliană este o resursă cu acesibilitate quasipredictibilă sau chiar aleatoare.
Sunt perioade de timp când este disponibilă, dar și perioade in care este redusă
Formarea brizei marine Formarea brizei de munte(de zi, de noapte)

4

sau lipsește (când viteza vântului este insuficientă sau foarte mică, insuficientă
pentru antrenarea rotorului unei turbine eoliene ).

Turbine eoliene
O turbină este o mașină de forță care transf ormă energia primară a unui
fluid în energie mecanică, prin intermediul unui rotor prevăzut cu palete.
(https://ro.wikipedia.org/ )
O turbină eoliană , in accepțiunea definiției de mai sus, transformă energia
cinetică a aerului (fluidul), reprezentată de viteza vântului, în energie mecanică
disponibilă la cupla arborelui rotorului.

Clasificarea turbinelor eoliene
Turbinele eoliene pot fi clasificate după mai multe criterii, în continuare
fiind prezentate doar câteva dintre acestea:

1. După puterea electrică furnizată
– 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 de putere redusă Turbină de mare putere

5

2.După poziția axulu i de rotație
– Turbine cu ax orizontal (acestea sunt cele mai folosite )
– Turbine cu ax vertical

3. După modul de amplasare a paletelor
– În contra vântului (vântul întâlnește întâi pal etele și apoi nacela) ;
– În direcția vântului (vântul întâlnește întâi nacela și apoi palet ele).
4. După numărul de p ale
– Cu două pal e;
– Cu trei pal e;
– Rotor multipale .

Turbină cu ax orizontal Turbină cu ax vertical

6

4. După locul de amplasare
– Amplasare terestră;
– Amplasare marină.

5. Dup ă tipul tehnologiei folosite
– Clasică (rotor turbină cuplat prin ax
la generator electric)
– Tehnologie maglev (împrumutată
de la trenurile de mare viteză cu
levitație magnetică, aceasta va fi
tratată distinct, într -un capitol separat)

7

Structura unei centrale(turbine) eoliene
Pentru a înțelege modul de functionare a unei central eoliene trebuie să
plecăm de la structura acesteia, adică să identificăm și să definim elementele
componente, să explicăm rolul fiecăruia și să descoperim limitele tehnologice
care influențează costul de producție per Mwh obținut cu astfel de instalații.

Părțile component e ale centralei eoliene

– Fundatia are rolul de a ancora in sol intreaga structur ă fiind solicitată,
mai ales, la forțe laterale generate de către turnul metalic, supus , la
rândul său, la forța de încovoiere rezultată de acțiunea vântului.
– Turnul metalic, are o înăltime apreciabilă . Dacă luăm in considerație
că diametrul rotorului poate ajunge și chiar depăși 100m, turnul are
frecvent peste 100m inălțime. El este construit din mai multe
tronsoane cu dametre la bază de peste 4m -5m. TURNUL
METALICFUNDATIA NACELA
ROTORUL INVERTORUL*BATERIILE DE
STOCARE*
STATIA DE
DISTRIBUTIE

8

– Nacela, este o parte importantă a instalației pentru că ea adăpostește
elementele motrice cele mai importante : axul rotorului, cutia de viteze
și multiplicare a turației, frâna hidraulică, cutia de comandă control,
ventilatorul de răcire a echipamentelor, servomotoarele de pozitionare
in vânt și piesa cea mai importantă, generatorul electric propriu -zis.
– Rotorul (sau turbina) este, pentru centralel e eoliene de mare putere, in
proporție covârșitoare, cu ax orizontal și cu 3 pale. Palele sunt prinse
pe butuc și sunt prevăzute cu mecanisme de rotire axială pentru
schimbarea unghiului față de direcția vântului . Diametrele pot ajunge
la valori impresion ante.
– Invertorul și bateriile de stocare nu sunt prezente decât pe ntru
centralele autonome care alimentează entități fără alte surse de
energie. Ele sunt necesare pentru stocarea energiei consumul acesteia
in perioadele de lipsă a vântului sau nivel redus.
– Stația de distribuție este punctual din care se livrează consumatorilor
energia la parametrii standard pentru consummator.

Elementele componente, in detaliu, pentru o central ă eoliană, se pot vedea in
materialul animat de mai jos :

9

Armătură oțel
Beton
Amortizor
hidraulic
Secțiuni(3buc)
Servomotor
pentru comanda
ungiului de
înclinație a palei
Hub, conectează
palele
Pală

10

Mecanism inclinare
pală
Servomotor pală

Ax principal
Pală
Lagăr ax
Cutie viteze,
multiplicator de
turație
Ax ieșire cutie
Frână hidraulică
Cuplaj generator
Generator(trifazat)
Servomotor poziționare rotor in vânt
Ventilator
răcire
Unitate comandă control

11

Avantaje și dezavantaje ale sistemelor de producere
a energiei electrice eoliene

Avantajele energiei eoliene:
✓ Mișcarea permanentă a maselor de aer este un o sursă de energie practic
inepuizabilă. În acelaș timp poate fi considerată energie curată .
✓ Este disponibilă practic pe toată suprafața pământului. Undeva vântul este mai
slab, undeva este mai puternic, dar cert e faptul că el există peste tot.
✓ Energia eoliană poate fi destul de ieftină dacă la etapa inițială a producerii ei,
va fi susținută de autorități și dacă se va utiliza într -o cantitate mare. Potrivit
unor estimări, prețul pentru un KW/oră poate fi mai mic decât 4 -6 cenți (sub
un leu moldo venesc).
✓ Energia eoliană poate înlocui cu succes energia produsă de centralele termice,
reducând astfel emisiile de gaze cu efect de seră.
✓ Turbinele eoliene nu emit substanțe nocive în timpul funcționării.
✓ Generatoarele eoliene sunt amplasate pe stâlpi și ocupă un spațiu foarte mic.
Cele cu ax vertical, de puteri mici pot fi instalate pe acoperișurile clădirilor.
✓ Este o alternativă viabilă pentru comunitățile izolate, aflate la mari distanțe de
punctele de interconectare cu rețelele de distribuție naționale .
✓ Instalarea centralelor eoliene nu necesită modificări ale ecosistemelor (ca in
cazul energiei hidraulice care , prin amenajarea lacurilor de acumulare sau a
cursurilor apelor curgătoare afectează grav și iremediabil mediul.
✓ Centralele eoliene nu poluează decât in sensul in care zgomotul produs de
rotoare poate fi considerat poluare sonoră, sau prezența lor in peisaj, poluare
vizuală.
✓ Se pot integra (mai ales cele mi ci, deținute de persoane fizice) in sistemul
energetic național SEN , orice persoană, fizică sau juridică poate fi in acelaș
timp furnizor și consumator de energie electrică.
✓ Producerea și utilizarea turbinelor eoliene reprezintă noi locuri de muncă.

12

✓ Tehnologia Maglev este in expansiune datorită simplitătii constructive
(ax vertical de cele mai multe ori). Uzura, datorită lipsei frecării intre
piese este minimă. Cutia de multiplicare poate lipsi, construcția este
mult mai simplă, randament mult mai mare . O turbină maglev poate
dezvolta o putere până la 1GW spre deosebire de cele clasice de
dimensiuni mari care pot dezvolta o putere in jur de 5 MW. Sunt mult
mai silențioase și funcțtionează într -o plajă larga de viteze ale vântului
incepând de la 1,5 m/s până la 40 m/s (140Km/h).

13

Dezavantajele energiei eoliene
 Puterea vântului este destul de schimbătoare și adesea imprevizibilă. Din acest
motiv necesită utilizarea unui buffer suplimentar pentru a acumula excesul de
energie electrică. Această problemă poate fi rezolvată și prin introducerea
tehnologiei Smart Grid – un sistem inteligent de distribuție a energiei electrice
produse către consumatori, în funcție de nevoile acestora.
 În funcție de zona geografică , vântul suflă diferit. Di n acest motiv, atunci
când se va instala o turbină eoliană este necesar ca mai să se elaboreze o hartă
a vânturilor.
 Costurile de înființare a unei astfel de instalație sunt foarte mari. Pentru o
putere instalată de 1 MW învestiția se ridică la suma de 1 milion de dolari.
 Câmpurile (fermele) eoliene sunt destul de mari i ar reț elele de transport
proprii (de la fiecare turbină la consumatori adaugă costuri suplimentare .
 Paletele rotative ale turbinelor sunt o potențială amenințare pentru unele
specii de organisme vii. Potrivit statisticilor, ele provoacă moartea a cel puțin
4 specii de pă sări pe an.
 Deoarece componentele mecanice ale turbinelor sunt in mișcare și de mare
complexitate, uzura acestora precum și rata defectărilor sunt destul de ridicate
necesitând cheltuieli mari cu mentenanța.
 Pentru câmpurile de turbine eoliene marine, tran sportul energiei electrice până
la țărm este o problemă. Este compensat acest lucru prin faptul că puterea
eoliană disponibilă este mult mai mare și quasipermanentă.
Considerente economice

Un studiu recent a demonstrat că potențialul tehnic mondial al energiei
eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată
acum. Dacă s -ar folosi, la nivel planetar numai energie obținută din forța
vânturilor, ar fi necesară pentru fermele eoliene de 12,7% di n suprafața

14

Pământul ui (mai puțin mările și oceanele) . Dacă se ține seama de evoluția rapidă
a soluțiilor tehnice și de mărirea randamentelor, cifrele sunt mai îmbucurătoare.
Țările investesc din ce in ce mai mult in energia eoliană. În Europa
potențial ul energiei eoliene marine este mai mare decât ne -am aștepta: dacă s -ar
exploata eficient zonele de coastă ale Europei, s -ar putea produce de până la 7 ori
mai multă energie decât consumul actual al Uniunii Europene! Iată un motiv
serios pentru care acest domeniu a devenit atâ t de interesant în ultimii ani.
În ultimii 15 ani, investițiile în sectorul eolian au ajuns la mai mult de 100
miliarde USD, o sumă mare dar de 5 ori mai mică decât subvențiile primite de
industria combustib ililor fosili într -un singur an.

Evoluția capacității globale instalate intre anii 2000 -2015

Totuși, aceste cifre reprezintă numai 5% din cantitatea de energie necesară global.
În ce privește evoluția eolienelor marine lucrurile sunt explozive.
Iată ce spune GWEC (Global Wind Energy Council) :
“Evoluția domeniului turbinelor eoliene din largul mării este galopantă: în
ultimii 5 -6 ani capacitatea totală a crescut de 3 ori. Mai mult, dacă în 201 1
procentul acestui tip de instalații se cifra la circa 1,7% din totalul instalațiillor
eoliene, în 2015 acest procent a ajuns la 2,8%, promițând o evoluție
spectaculoasă, de 10% până în 2020. Deocamdată, Marea Britanie și Germania

15

sunt lideri în acest dom eniu, însă China anunță planuri extrem de ambițioase,
până în 2020 dorind să aibă cel puțin 30 GW capacitate instalată în largul
mării. “

Evoluția capacității globale instalate, ferme offshore (marine)
2014 -2015

Industria eolienelor marine are marea șansă de a pune capăt forajelor petroliere
marine. Conform unui studiu al organizației Oceana , ”fermele” eoliene din largul
mării pot duce în următorii 20 de ani la crearea unui număr de 91.000 de locuri de
muncă, dublu faț ă de ce pot ofe ri platformele petroliere marine .

16

Potențialul energiei eoliene in România

Conform unui studiu PHARE, potențialul eolian al Româ niei este de circa 14.000
MW putere instalată , respectiv 23.000 GWh, productie de energie electrica pe an.
Acesta este potenț ialul tot al. Considerând doar potențialul tehnic ș i economic
amenaj abil, de circa 2.500 MW, producția de energie electrică corespunzatoare ar
fi de aproximat iv 6.000 GWh pe an, ceea ce ar însemna 11% din producția totală
de energie electrică a ță rii noastre. Pentru a ințelege semnificaț ia cifrelor de mai
sus trebuie subliniate câ teva lucruri:
– 6.000 GWh se pot obține prin arderea a 6.500.000 tone de că rbune, 1,5miliarde
metri cubi de gaz sau 1.200.000 tone păcură ;
– 6.000 GWh = 1.200.000 tone păcură = 300.000.000 $ anual. Altfel spus o
reducere a importurilor de păcură cu peste 1,2 milioane tone ș i o economie anuala
de peste 300 milioane de dolari.
– 6.000 GWh energie electrică produsă in termocentrale pe carbune , duc la
eliminarea in atmosferă a pest e 7 milioane tone bioxid de carbon. Prin producerea
aceleiași cantități de energie î n centrale eoliene emisiile de bioxid carbon ar fi
zero.
– 6.000 GWh energie electrică produsă in centrale eoli ene ar duce la crearea unui
număr de peste 7.500 locuri de mu ncă permanente și cel puțin incă pe atâ t locuri
de mu nca temporare. In Germania, facând comparație intre numărul de locuri de
muncă din domeniul energiei eoliene ș i cel al energiei nucleare raportul este de
10 la 1 in f avoarea energiei eoliene. Aceeaș i unitate energetic a cre aza de 10 ori
mai multe locuri de munca.
Prin reducerea emisiilo r de bioxid de carbon se pot obț ine avantaje economice
consistente. In momentul de față, dată fiind importanța deosebită pe plan
european a mă surilor de protejare a mediului, există o piață pe care se

17

tranzacționeaza unităț i de emisii de CO2. [sursa: AMES – Agenția pentru
Managementul Energiei Sighișoara ]
În sectorul eolian din România au investit mai mulți distribuitori de energie
din Europa. CEZ a instalat 115 turbine la Fântânele, județul Constanța, 90 dintre
ele fiind deja legate la rețeaua națională de energie electrică. Eolienele au
aproximati v100 m înălțime.
Energias de Portugal, al treilea cel mai mare investitor în energie eoliană la nivel
mondial, a terminat construcția unui parc eolian de 69 MW la Cernavodă, în mai
2011. Energia poate alimenta 70 000 de gospodării și a costat 200 milioane de
dolari. La această dată în Dobrogea sunt construite deja parcuri eoliene care
însumează 600MW.
în 2009 erau instalați doar 14 MW. În 2010, în centralele eoliene erau instalați în
total 462 MW. România a ajuns, în 2011, la 850 MW instalați în total în eolian
(adică o putere mai mare decât cea a unui reactor nuclear de la Cernavodă). Un
MW instalat costă 1,6 milioane de euro.
La începutul anului 2012, în Dobrogea există peste 500 de turbine eoliene. Cehii
de la CEZ, portughezii de la EDP sau italienii de la Enel au investit în energie
eoliană în Dobrogea.La nivel național, la începutul an ului 2012, există peste 1000
de turbine eoliene care produc 3% din totalul de energie.
Potrivit hărții energiei “verzi”, potențialul României cuprinde 65% biomasă, 17%
energie eoliană, 12% energie solară, 4% microhidrocentrale, 1% voltaic + 1%
geotermal. În România, cu excepția zonelor montane, unde condițiile
meteorologice dificile fac greoaie instalarea și întreținerea agregatelor eoliene,
viteze egale sau superioare nivelului de 4 m/s se regăsesc în Podișul Central
Moldovenesc și în Dobrogea. Litoralul prezintă și el potențial energetic deoarece
în această parte a țării viteza medie anuală a vântului întrece pragul de 4 m/s. În
zona litoralului, pe termen scurt și mediu, potențialul energetic eolian amenajabil
este de circa 2.000 MW, cu o cantitate medie de energie electrică de 4.500
GWh/an. [sursa: https://blog.romstal.ro/ ]

18

Harta v ânturilor din România

19

CONCLUZII:
Mișcarea quasiregulată a maselor de aer, în speță
vânturile, reprezintă o sursă practic inepuizabilă de
energie ce poate fi transformată, relativ ușor în energie
electrică. Spre deosebire de energia hidraulică sau
hidroenergia care, prin amenajarea lacurilor de acumulare
sau a cursurilor râurilor pentru producerea de energie ,
afectează echilibrul ecologic al mediului, energia eoliană
poate fi considerată ca fiind cea mai “curată” sursă de
energie. Dacă centra lele eoliene sunt plasate in zone
deșertice unde terenul nu poate fi folosit altfel și unde
vânturile sunt mai tot timpul prezente sau de -a lungul
litoralului, costul energiei electrice obținute poate fi
extrem de scăzut. Dacă la sursa de energie eoliană
adăugăm și celelalte surse ecologice cum sunt energia
solară, energia geotermică, energia produsă din biomasă,
de ce nu,energia valurilor (inginerul român Iustin Capră a
brevetat o soluție de captare a energiei uriașe a valurilor),
și dacă corelăm cu efort urile de reducere consumului de
energie prin tehnologii neenergofage (un exemplu, casele
passive), viitorul arată promițător.

20

BIBLIOGRAFIE :

News

http://ames.ro/

http://add -energy.ro/

https://en.wikipedia.org/

http://energielive.ro/