Proiectarea unui sistem de producere a energiei electrice regenerabile alcătuit din panouri solare fotovoltaice și o miniturbină eoliană, în zona… [301590]

CUPRINS

Capitolul 1

Energia regenerabilă

Introducere ………………………………………………………………………………………………. 5

Investițiile în energie regenerabilă ………………………………………………………………. 5

Cadrul de investiții în energie regenerabilă ………………………………………… 5

Acordarea Certificatelor Verzi ………………………………………………………….. 5

Dezvoltarea durabilă ……………………………………………………………………….. 5

Situația sectorului de energie ……………………………………………………………………… 5

Situația sectorului de energie în Lume ……………………………………………… 5

Situația sectorului de energie în Europa …………………………………………….. 5

Situația sectorului de energie în România …………………………………………. 5

Situația sectorului de energie în Dobrogea ………………………………………… 5

Energie electrică produsă din resurse regenerabile ………………………………………….5

Energia eoliană

1.4.1. Producerea energiei electrice cu ajutorul energiei eoliene ………………………. 5

Transformarea forței vântului în energie electrică …………………………. 5

Influența numărului de pale a elicei turbinei …………………………………. 5

Dependența puterii turbinei de diametrul rotorului turbinei ……………. 5

Parametrii energetici ai turbinei eoliene ………………………………………. 5

Formarea vânturilor în admosfera terestră ………………………………………….. 5

Soarele, sursa de creare a vânturilor ……………………………………………. 5

Elemente de caracterizare ale vantului …………………………………………. 5

Tipurile vânturilor …………………………………………………………………….. 5

Dependența producției de energie electrică a turbinei eoliene …………. 5

Energia solară:

Soarele ca sursă de energie ………………………………………………………………. 5

Sistemul solar termic …………………………………………………………………. 5

Energia solară ca sursă inepuizabilă ……………………………………………. 5

Particularități ale energiei solare ……………………………………………………….. 5

Considerații privind radiația solară ……………………………………………… 5

Distribuția energiei solare pe teritoriu …………………………………………. 5

Captarea radiației solare …………………………………………………………….. 5

Capitolul 2

Tipuri constructive

Tipuri constructive de miniturbine eoliene …………………………………………………… 5

Tipuri de panouri solare …………………………………………………………………………….. 5

Tipuri de fundații pentru miniturbine eoliene ……………………………………………….. 5

Fundație radier rectangular ………………………………………………………………. 5

Fundație radier în circular ………………………………………………………………… 5

Fundație radier octogonal …………………………………………………………………. 5

Fundație radier simplu …………………………………………………………………….. 5

Fundație radier în trepte …………………………………………………………………… 5

Fundație radier tronconic …………………………………………………………………. 5

Fundație radier cu ancoraje ………………………………………………………………. 5

Fundație indirectă ……………………………………………………………………………. 5

Fundație pe pilot solid ……………………………………………………………………… 5

Fundație pe pilot tubular ………………………………………………………………….. 5

Tipuri de fundații pentru panouri solare ……………………………………………………….. 5

Capitolul 3

Memoriu Tehnic ……………………………………………………………………………………………. 5

Scopul proiectului …………………………………………………………………………………….. 5

Date generale ale proiectului ………………………………………………………………………. 5

Amplasament …………………………………………………………………………………………… 5

Iinformații geotehnice și geologice ……………………………………………………………… 5

Zona seismică …………………………………………………………………………………………… 5

Informații climatice …………………………………………………………………………………… 5

Descrierea proiectului ……………………………………………………………………………….. 5

Soluție constructivă …………………………………………………………………………. 5

Funcționalitate ………………………………………………………………………………… 5

Materiale folosite ……………………………………………………………………………. 5

Tehnologii propuse pentru execuție …………………………………………………… 5

Tehnologia de execuție a infrastructurii ……………………………………….. 5

Tehnologia de execuție a suprastructurii ………………………………………. 5

Organizarea lucrărilor de construcții ………………………………………………….. 5

Evaluarea economică ………………………………………………………………… 5

CAPITOLUL I

Energia regenerabilă

1.1. Introducere

Energia regenerabilă este energia care provine din resursele naturale. Un exemplu ar fi:

lumina soarelui

vântul

ploaia

mareele

căldura geotermală

Energia regenerabilă este numită totodată și energie alternativă, adică poate fi utilizată din surse care sunt capabile de a se reface, și anume:

soarele (energia solară)

vântul (energia eoliană)

râurile (energie hidroelectrică)

izvoarele termale (energie geotermală)

mareele (energia mareelor)

biomasa (bicombustibili)

1.2. Investițiile în energie regenerabilă

Resursele regenerabile fac parte dintr-un număr de măsuri ce se referă la modificarea climatului, fiind determinată de creșterea emisiilor de gaze cu efect de seră. Prioritatea Comisiei Europene și a statelor din Uniunea Europeană este lupta împotriva climatului.

Pentru limitarea emisiilor de gaze cu efect de seră, în special dioxidul de carbon, Comisia Europeană a implementat o serie de măsuri pentru limitarea acestora. Conform prognozei Comisiei Europene pentru energie și transport, Europa va trebui să acopere un consum de energie electrică în creștere cu până la 60% până în anul 2030.

Producerea energiei electrice din surse nepoluante și totodată utilizarea rațională a energiei sunt în scopul limitării emisiei de CO2 .

Obiectivele cu privire la dezvoltarea tehnologiilor energetice în cadrul planului european strategic pentru tehnologii energetice sunt următoarele:

Utilizarea eficientă a energiei

Micșorarea costurilor actuale ale energiilor regenerabile

Poziționarea industriei europene pe primul loc pentru tehnologiile cu emisii reduse de carbon

Utilizarea eficientă a resurselor în vederea beneficierii generațiilor viitoare reprezintă elementul primordial în analiza problemelor ce țin de utilizarea surselor de energie regenerabilă.

Parcurgerea acestor surse necesită analiza detaliată a aspectelor tehnice și a problemelor ce țin de implementarea și operarea lor.

Protocolul Kyoto, în anul 1995 a dus la semnarea unui acord în vederea atingerii obiectivelor ce țin de limitarea poluării mediului ambiant. Prin acest protocol țările industrializate sunt obligate să micșoreze gradul emisiilor de gaze cu efect de seră. Rezultatul a fost drept urmare micșorarea emisiilor de gaze cu aproximativ 5 % în comparație cu anul 1990.

Celelalte țări în curs de dezvoltare nu au avut fixate limite pentru reducerea emisiilor de gaze.

1.2.1. Cadrul de investiții în energie regenerabilă

În cadrul Parlamentului European prin directiva numărul. 28 din 2009 și consiliul privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile pentru îndeplinirea cerințelor naționale și comunitare în vederea extinderii utilizării energiei electrice provenite din surse regenerabile de energie este necesară aplicarea unor scheme de promovare.

Pentru țara noastră s-a stabilit un procent de 24 % ponderea SRE pentru consumul național final de energie în perioada 2020.

Tabelul nr. 1

Conform tabelului:

S2005 reprezintă ponderea pentru statul membru în anul 2005

S2020 reprezintă ponderea pentru statul membru în anul 2020

1.2.2. Acordarea Certificatelor Verzi

Certificatele Verzi sunt acele titluri prin care este atestată tranzacționarea energiei provenite din surse regenerabile. La fiecare MWh de electricitate verde antrenată intr-o rețea se va acorda unul sau mai multe certificate verzi conform prevederilor legislative în vigoare.Toate aceste lucruri sunt pentru încurajarea producțiilor de energie din surse regenerabile.

În continuare este prezentată schema de acordare a certificatelor verzi:

Schema de acordare a certificatelor Verzi – Schema nr.1

1.2.3. Dezvoltarea Durabilă

Utilizarea energiilor regenerabile ca surse alternative de energie fac parte din conceptul de dezvoltare durabilă.

Definiția dezvoltării durabile este dată de Comisia Mondială pentru Mediu și Dezvoltare ca fiind ‘dezvoltarea ce urmărește satisfacerea, nevoile prezentului, fără a compromite posibilitatea generațiilor viitoare de a-și satisface propriile nevoi’.

Dezvoltarea durabilă urmărește în principal 2 părți și anume:

calitatea mediului care este o componentă a calității vieții

dezvoltarea socio-economică

Investiția propusă clarifică aspecte cu privire la valorificarea energiei vântului din zona estică a Dobrogei prin montarea a unei miniturbine eoliene, durata de funcționare va fi estimată în intervalul 20 – 25 ani și valorificarea interacțiunii radiației solare cu admosfera terestră prin montarea panourilor solare pe același amplasament.

Funcționalitatea programului de investiție pentru miniturbina eoliană și pentru panourile solare fotovoltaice se va realiza împreună cu prevederile obligatorii de protecție a mediului.

Situația sectorului de energie

1.3.1. Situația sectorului de energie în lume

Energie eoliană

Când vorbim despre sectorul energiei eoliene trebuie să remarcăm faptul că sectorul înregistrează o dezvoltare dinamică la nivel mondial. În ultimii ani în anumite țări energia eoliană a devenit o sursă importantă de electricitate în scopul îmbunătățirii independenței energetice precum și limitarea emisiilor poluante. Datorită perioadei economice dificile, în ultimul an piața de energie eoliană a fost capabilă să-și revină.

În multe țări au fost realizate proiecte pe termen scurt ca consecință de supravețuire generând astfel discuții cu referire la conversia sistemelor de energie.

În cadrul unui raport în anul 2015, datele furnizate de către Consiliul Global al Energiei Eoliene ne arată că la nivel modial sunt înregistrate creșteri de 14 % reprezentând o putere instalată de 44 GW în comparație cu anul precedent 2014, atingându-se un nivel pentru investiții de aproximativ 89 de miliarde de dolari, iar la nivel modial capacitatea totală a sectorului de energie eoliană ajunge astfel la 442,492 MW.

Ca lider mondial în energie eoliană este Danemarca. Energia eoliană reprezintă aproximativ 42 de procente din totalul consumului de energie din această țară.

Energia eoliană este reprezentată ca un substitut ecologic în ceea ce privește combustibilii fosili, asigurând o independență ergetică mai mare a țărilor, realizând astfel o limitare a combustibililor fosili .

Energie solară

Celulele solare folosesc de obicei materiale cristaline, mai exact materiale semiconductoare de siliciu, cu ajutorul cărora lumina soarelui este convertită în energie electrică.

La nivel mondial energia solară este în plină dezvoltare. Ca lider în producția de energie solară fotovoltaică este China. Intre anii 2010 și 2012 , China avea o capacitate de putere voltaică de aproape nouă ori mai mare cu aproximativ 7.000 de megawți. În 2013 China deținea cea mai mare cantitate de energie solară într-un singur an, adăugand față de anii precedenți încă 11.300 de megawați.

La nivel mondial sunt derulate proiecte mari spre deosebire de China care este interesată în creșterea numărului de sisteme mici, realizându-se transportul de energie electrică pe distanțe mari. Până în anul 2017 China urmărește o țintă în care puterea voltaică va ajunge până la 70.000 de megawați.

Pe locul 2 în ceea ce privește capacitățile solare este Japonia care în 2013 a adăugat 6.900 de megawați necesari atingerii țintei de 13.600 de megawați de energie solară, generând astfel o creștere substanțială de putere foltaică.

Pe parcursul timpului energia solară se dezvoltă rapid în întreaga lume, totodată puterea voltaică rămâne tehnologia de energie cu cea mai rapidă creștere pe scară largă. Între timp problemele legate de schimbările climatice vor crește, iar energia solară va juca un rol important în tranziția de la combustibili fosili obișnuiți la energie curată.

1.3.2. Situația sectorului de energie în Europa

Energie eoliană

În rândul investitorilor europeni în anul 2012 s-a produs o schimbare după atingerea recordului de 100 de Gigawați capacitate totală eoliană.

În ceea ce privește piața eolienelor onshore (pe uscat) pe teritoriul Europei a scăzut cu aproximativ 12 procente, în comparație cu piața centralelor eoliene offshore (pe apă) ce a avut o creștere importantă cu aproximativ 34 de procente.

Chiar dacă există interes pentru ambele fome de producție , instalările ce au loc de pe piața energiei eoliene onshoreau scăzut față de anul 2012 cu aproximativ 8 procente.

În Europa investițiile în noi proiecte importante de energie regenrabilă au scăzut cu aproximativ 44 de procente, ajungând astfel la o valoare totală de aproximativ 37 de miliarde de euro.

Țara europeană cu cea mai mare capacitate de energie instalată este Germania cu o capacitate de 34 de Gigawați, urmată fiind de Marea Britanie, Italia și Spania.

Pentru Uniunea Europeană în anul 2015 investițiile în energie eoliană au fost de circa 20 de miliarde de Euro din care:

Offshore – aproximativ 5 miliarde

Onshore – aproximativ 15 miliarde

Un aspect foarte important este acela că Uniunea Europeană și-a atins obiectivul cu privire la directiva 77/202/EC pentru anul 2010, în care cu ajutorul energiei regenerabile s-a generat între 660 și 700 de TWh.

Energie solară:

Uniunea Europeană a instituit dialoguri permanente pe probleme energetice cu țările care sunt mari furnizori cum ar fi: Rusia, Norvegia precum și țări din alte regiuni cu sunt Statele Unite, Africa, China, Japonia lansând numeroase programe de cooperare .

În continuare este prezentată harta de iradiere orizontală la nivelul Europei:

Harta de iradiere orizontală la nivelul Euopei – Harta nr.1

Situația ponderii energiei provenite din surse regenrabile este diferită pentru fiecare stat membru a Uniunii Europene, pe primul loc se află Suedia cu pondere de 52 de procente din consumul final brut de energie:

Ponderea energiei pentru fiecare stat membru la % din consumul final brut de energie – Graficul Nr.1

1.3.3. Situația sectorului de energie în România

Energie eoliană

În România energia eoliană reprezintă doar 10 procente din producția energetică națională în ciuda resurselor de vânt pe care le are. Totodată făcând comparație cu anul 2009 , acest procent este scenariu pozitiv, când energia eoliană reprezenta doar 0.1 procente din consumul total. În continuare țara noastră este alimentată cu combustibili fosili cu o proporție de aproximativ 48%, energie nucleară 19% și energie hidroelectrică 24%.

Energia eoliană a preluat conducerea în rândul surselor de energie alternativă în România .

Capacitatea totală a parcurilor eoliene în uz conform Autorității Naționale de Reglementare în domeniul Energiei urcă la aproximativ 3.800 de Megawați la sfârșitul anului 2014 și aproximativ 4.000 de Megawați în luna februarie 2015.

Cel mai mare parc de eoliene din România se află în Dobrogea, aproximativ 97% din totalul de mai sus este produs în această zonă, pe coasta Mării Negre, unde avem viteza medie a vântului la 100 de metri altitudine de aproximativ 7.0 m/s.

Ca caracteristică primordială în dezvoltarea parcurilor eoliene o reprezintă terenurile din zona Dobrogei, unde avem zone cu pante reduse și slab populate.

Zone sau regiuni cu potențial de dezvoltare în domeniul energiei eoliene sunt în Banat și Moldova, unde în viitor sunt posibile investiții importante.

În continuare este prezentată harta vânturilor în România:

Harta vitezei medie a vântului la 50 de metri deasupra solului – Harta Nr.2

Energie solară:

În România capacitatea totală instalată la sfârșitul anului 2015 a fost de aproximativ 2 Megawați, dintre care 41 de Megawați au fost instalați în decursul anilor precedenți, și atingând astfel 2,5 procente din capacitatea EU28 într-un an.

Prima cauză care limitează România în vederea creșterii pieței este reducerea majoră a certificatelor verzi .

Conform Institutului Național de Cercetare – Dezvoltare Pentru Energie – ICEMENERG București în vederea studiului privind radiația solară , ecartul lunar al valorilor de pe teritoriul României atinge valori semnificative în luna Iunie de aproximativ 1,49 kWh/mp/zi și valori mai mici în luna Februarie de aproximativ 0,34 kWh/mp/zi.

Distribuția fluxurilor medii anuale ale energiei solare conform ICEMENERG-București, pe teritoriul României au fost descoperite cinci zone incidente pe suprafață.

Dobrogea are cel mai potențial și o parte din Câmpia Română , Subcarpați, Muntenia ,Oltenia și Podișul Getic, unde intensitatea radiației solare este cuprinsă între 1.300 și 1.400 MJ/mp.

În continuare este prezentată harta centraleleor electrice fotovoltaice:

Harta centralelor electrice fotovoltaice – Harta Nr.3

Legenda fotovoltaică:

Centrale electrice fotovoltaice puse în funcțiune conform datelor DEN

Centrale electrice fotovoltaice puse în funcțiune dar care nu sunt în lista

societăților autorizate.

Centrale electrice fotovoltaice aflate în diferite faze cu aviz tehnic de racordare

sau cu contract de racordare

1.3.4. Situația sectorului de energie în Dobrogea

Energie eoliană

Din punct de vedere energetic Dobrogea este o zonă favorabilă sectorului de energie eoliană, pentru că în această zonă vântul bate cu putere, fără încetare timp de aproximativ 11 luni pe an. Cercetătorii au afirmat că în cazul în care potențialul eolian în Dobrogea s-ar fi ridicat la întreaga sa capacitate, s-ar fi putut obține o cantitate de energie mult mai mare decât centrala nucleară de la Cernavodă.

În ultimii ani potențialul eolian din Dobrogea s-a dezvoltat considerabil prin punerea în operă a unor parcuri eoliene de mare capacitate. Acestea sunt racordate la rețeaua națională de transport a energiei electrice.

În județul Constanța sunt numai puțin de 92 de parcuri eoliene aflate în faza de avizare sau în faza de exploatare. În condiții de exploatare simultană aceste construcții pot genera în jur de 5000 de Megawați în rețeaua electrică națională.

O investiție în domeniul energiei regenerabile luând în considerare evaluarea potențialului acestea, se realizează considerând selectarea suprafeței respectând un set de criterii și de restricții: tehnice, economice etc.

Principalele criterii de selecție conform Ministerului Economiei, Comerțului și Mediului de Afaceri sunt:

Existența căilor de acces și starea lor

Apropierea de așezări umane

Existența unor potențiali autoproducători în zonă

Rezervații naturale , zone turistice, arheologice, istorice etc.

Condițiile din teren (rugozitatea, natura terenului, morfologia terenului)

Condițiile de folosire a terenului(concesionare/cupărare, regim juridic)

Posibilitatea de conecatre la rețeaua electrică

Existența unui consumator în zonă

Posibilitatea unui eventual partener public/privat

Indicatorii tehnic-economici de performață favorabili abordării investiției în amplasamentul slectat

În continuare este reprezentată harta dezvoltării energiei eoliene în Dobrogea:

Harta dezvoltării energiei eoliene Dobrogea – Harta Nr. 4

Energie solară

Spre deosebire de alte regiuni Dobrogea are un potențial energetic solar bine clasificat. Astfel pentru determinarea valorii potențialului energetic solar în Dobrogea trebuiesc stabilite prin observații și măsurători următoarele date:

Numărul de zile cu soare dintr-un an; în zona Dobrogea se înregistrează zile însorite peste 200 de zile cu soare/an,

Numărul de zile cu ceață, nori și nebulozitate ridicată, într-un an;

Intensitatea fluxului luminos a radiației solare;

Valoarea temperaturii aerului atmosferic la locul de amplasare a captatorului

În continuare avem prezentată harta de iradiere solară în Dobrogea:

Harta de iradiere solară în Dobrogea – Harta Nr.5

Se observă ca pe teritoriul sudic al României respectiv estic, este cel mai potrivit pentru amplasarea instalațiilor de captare a energiei solare cu scopul de a fi transformată în energie electrică sau termică , în funcție de felul de energie necesar consumului pe o perioadă lungă de timp. Cea mai mare capacitate energetică solară se află în partea central-estică pe teritoriile județelor: Tulcea, Constanța, Galați,Brăila, Ialomița.

Energie electrică produsă din resurse regenerabile

Principiul convențional bazat pe arderea combustibililor fosili sunt de cele mai multe ori poluante și limitate în timp, de aceea se pune mult accent exploatarea surselor regenerabile nepoluante.

La nivel mondial și european în vederea utilizării surselor regenerabile se acordă o deosebită atenție prin implementarea diverselor proiecte în scopul satisfacerii necesarului energetic, de la utilizarea combustibililor fosili la utilizarea energiilor ce provin din surse regenerabile nepoluante.

Energia eoliană

1.4.1. Producerea energiei electrice cu ajutorul energiei eoliene

Energia eoliană este produsă de mișcarea curenților de aer din locuri cu presiune mare spre locuri cu depresiune. Particulele de aer au în componența lor energie mecanică și în deplasarea lor lineară exercită o presiune lovind palele elicei unei turbine eoliene.

Cu ajutorul elicei turbinei , energia mecanică a vântului de formă lineară este transformată în energie mecanică rotativă.

Datorită formei pe care o au paletele elicei turbine, forța vântului poate fi descompusă în două componente:

componentă axială având ca orientare direcția axului rotorului fiind anulată de rezistența acestuia

componentă paralelă cu axul rotorului cu ajutorul căreia se formează mișcarea de rotire a axului elicei.

În continuare este prezentat un desen ce semnifică modul de acțiune ca direcție și de descompunere forțelor produse de vânt necesară la crearea mișcării de rotație a axului turbinei. Această mișcare este necesară la producerea energiei electrice în cadrul bornelor generatorului electric antrenat de axul turbinei eoliene.

Descompunerea forței de direcție lamelară a vântului pe direcția axială și transformarea în mișcare de rotație a elicei turbine eoliene – Schema Nr. 2

1.4.1.1. Transformarea forței vântului în energie electrică

În general vântul este deplasarea particulelor de aer și a particulelor de impurități conținute în aer, acest fapt se datorează diferenței de presiune dintre două zone geografice. Datorită forței vântului, aerul lovește paletele unei elice.

Secțiune prin paleta elicei – Schema Nr. 3

Vectorul forță al vântului se descompune în mai multe componente datorită formei pe care o are profilul special al paletei elicei:

direcția tangențială care este perpendiculară pe direcția vântului și are un efect de rotire a paletei în jurul axei

direcția axială și totodată efectul de împingere a butucului elicei în direcția opusă de bătaie a vântului

În ceea ce privește componenta care imprimă mișcarea de rotație a elicei, aceasta generează anumite rezistențe față de sensul normal de rotire a elicei:

datorită frecării paletelor cu aerul forța rezistă

datorită frecării din butucul lagărului forța rezistă

datorită frecării dintre roțile dințate din interiorul multiplicatorului de turație în caz că aceasta rezistă

Forțele care imprimă mișcarea de rotație a elicei și care se opun componentei utile, toate acestea duc la generarea curentului electric prin modificarea unui flux magnetic din interiorul statorului generatorului și să aibe valoarea cât mai mică.

1.4.1.2. Influența numărului de pale a elicei turbinei

Conversia energiei fluxului de aer transmisă turbinei poate avea o eficiență maximă dacă viteza de rotație a rotorului turbinei va fi corelată cu viteza vântului.

Conversia în energie mecanică a energiei fluxului de aer este eficientă dacă:

rotorul turbinei are un număr de pale mare sau rotorul se rotește cu o viteză foarte mare și fiecare pală se mișcă intr-un flux de aer distorsionat de către pala din față

rotorul turbinei are un număr mic de pale sau rotorul turbinei se rotește cu viteză foarte mică și fluxul de aer traversează suprafața rotorului fără a interacționa cu aceasta

Cu cât numărul de pale este mai mic, cu atât rapiditatea optimă este mai mare totodată factorul de putere sau eficiența conversiei energiei este maximă.

În prezentul proiect este prezentat o miniturbină cu trei pale. Turbina cu trei pale din analizele care s-au realizat rezultă faptul că această turbina are cel mai mare factor de rezistență.

Diferențele care apar dintre factorii de eficiență maximi ai turbinelor cu două până la cinci pale nu este semnificativă. Avantajele turbinelor cu o pală sau cu două pale constau în posibilitatea funcționării intr-o zonă mai largă de variație a rapidității.

1.4.1.3. Dependența puterii turbinei de diametrul rotorului turbinei

În general turbinele de putere mică au amplasamentul în vârfurile turnurilor cu înălțimi mai mari spre deosebire de turbinele cu putere mai mare.

În vederea proiectării unei turbine eoliene de mică putere, majorarea diametrului rotorului elicei eoliene va conduce la creșterea puterii extrase din elice din vânt. În cazul în care aerogeneratorul eolian are puterea nominală constantă, atunci poate fi luată în calcul o valoare mai mică a vitezei vântului.

În cazul aerogeneratoarelor eoliene care au puterea nominală cuprinsă între 0,6 și 5,0 Megawați, viteza liniară va varia între valoarea 43,00 și 90,00 m/s. În această privință datorită acestei viteze se va impune o proiectare riguroasă a profilului aerodinamic, iar în ceea ce privește suprafața palei se va avea în vedere asigurarea unei bune calități și o centrare dinamică perfectă a rotorului. Aceste măsuri vor conduce la diminuarea zgomotului aerodinamic generat de rotirea palelor elicei în frecarea cu aerul și care permit amplasarea turbinelor respectiv miniturbinelor moderne în vecinătatea comunităților locuite.

1.4.1.4. Parametrii energiei eoliene

Pentru determinarea parametrilor energiei eoliene sunt necesare următoarele:

formula de dimensionare pentru un aerogenerator

densitatea aerului

suprafața de contact a elicei cu aerul

viteza vântului

forma reliefului din jurul locului de amplasare a turbinei eoliene

Pentru stabilirea formulei de dimensionare a unui aerogenerator se va ține cont ca alegerea generatorului electric să satisfacă cererea de consum pentru care aceasta este destinată. La dimensionarea unui aerogenerator care alimentează un grup de consumatori trebuie cunoscute datele tehnice despre durata prezenței, intensitatea vântului de la locul de montare a aerogeneratorului.

Dacă vorbim de densitatea aerului, elicele turbinelor eoliene se rotesc datorită maselor de aer dintr-un loc în altul, iar cu cât masa aerului este mai mare , cu atât elicele se rotesc mai repede, producând astfel o cantitate de energie electrică semnificativă.

Pe suprafețele amplasate mai sus de nivelul mării, de exemplu în munți, acolo presiunea admosferică este mai mică și totodată este mică și densitatea aerului, astfel se produce o cantitate mică de energie cu aceiași suprafață a elicei turbinei eoliene, comparativ cu turbinele amplasate la nivelul mării.

Suprafața de contact a elicei cu aerul are în esență faptul că elicea turbinei eoliene transformă energia curentului vântului care trece prin secțiunea ei. S-a constat faptul că cu cât suprafața descrisă de elice în rotire este mai mare cu atât cantitatea energiei electrice produse este mai mare.

Viteza vântului apare ca fiind cel mai important factor de influență asupra cantității de energie captate de turbină, ulterior convertite în energie mecanică de rotație, energie necesară pentru producerea energiei electrice. Cu cât viteza vântului este mai mare cu atât se mărește volumul maselor de aer cu mărimea vitezei vântului crescânt cantitatea energiei electrice produse.

Forma reliefului din jurul locului de amplasare a turbinei eoliene este importantă deoarece pe suprafața pământului este vegetație, obstacole naturale de orice fel, iar construcțiile aflate pe ea pot influența mișcarea vitezei și formei vântului.

1.4.2. Formarea vânturilor în admosfera terestră

1.4.2.1. Soarele sursa de creare a vânturilor

Generatorul surselor purtătoare de energie este soarele, care prin fenomene meteorologice naturale produc diferite forme de energie naturală.

Energia eoliană este puternic legată de acțiunea soarelui pe pământ în zona admosferei terestre. Formarea vânturilor sunt datorate soarelui deoarece acesta nu încălzește pământul uniform generându-se astfel mișcări de aer, în zonele în care presiunea este mare și aerul este cald, ridicându-se în zonele superioare ale admosferei, spre zonele cu aer mai rece unde sunt depresiuni.

Formarea vântului – Schema Nr. 4

Pe suprafața pământului temperatura și presiunea admosferică prezintă în general variații rezultându-se astfel zone de presiune ridicată și de presiune coborâtă.

Deplasarea unor mase de aer dintr-o zonă de presiune ridicată spre o zonă cu presiune joasă se numește vânt.

1.4.2.2. Elemente de caracterizare a vântului

În general vântul se caracterizează prin două elemente:

direcție

viteză

Ca structură avem:

vânturi laminare – vântul se deplasează cu o viteză uniformă și relativ mică

vânt turbulent – apar schimbări fregvente de direcție, viteză și putere

vânt în rafale- apar oscilații bruște ale direcției și vitezei

Din punct de vedere energetic cele mai importante amplasamente sunt cele unde vânturile sunt laminare fiind acele tipuri de vânt care sunt cele mai potrivite ca formă și constană de intensitate și respectiv viteză de deplasare, în vederea utilizării în industria energetică eoliană.

1.4.2.3. Tipurile de vânturi

vânturi periodice

vânturi regulate

vânturi locale

Sunt acele vânturi care la un interval de timp își schimbă direcția. Aceste vânturi i-au naștere în Oceanul Indian din existența diferențelor de temperatură și presiunea care există dintre uscat și ocean.

Sunt acele vânturi care tot timpul anului își păstrează direcția de bătaie. Aceste tipuri de vânturi sunt cele mai favorizate deoarece pot fi utilizate în industria energetică eoliană.

Sunt acele vânturi de scurtă durată care încep cu întunecarea deosebită a cerului având viteze deosebite și o scădere bruscă a temperaturii.

1.4.2.4. Dependența producției de energie electrică a turbinei eoliene

Pentru funcționarea turbinelor eoliene se i-au în calcul parametrii fizico-chimici ai aerului atmosferic cum ar fi temperatura admosferică, presiunea și compoziția standard al aerului format din particule străine cum ar fi: particule solide fine, praf, fum , vapori de apă, emisii de gaze provenite din industrie, transporturi etc.

Energia solară

1.4.3. Soarele ca sursă de energie

1.4.3.1. Sistemul solar termic

Sursa de energie necesară pe Pământ care ajută la desfășurarea tuturor activităților importante este asigurată de soare fiind steaua sistemului nostru solar.

Soarele reprezintă o sursă inepuizabilă de energie cu o durată a existenței radiației solare de aproximativ 5 miliarde de ani. Datorită acestei durate mari, soarele este considerat sursă de energie inepuizabilă și regenerabilă.

În consecință soarele trimite energia sa spre Pământ sub formă de unde considerate de noi lumină și căldură.

Cu timpul omul a încercat de-a lungul timpului să folosească această energie în folosul său.

1.4.3.2. Energia solară ca sursă inepuizabilă

În soare sunt îndeplinite anumite condiții simultan cum ar fi:

O temeratură ridicată și o presiune foarte mare

Existența unui aport de energie din exterior

O instabilitate energetică la nivelul atomilor destul de ridicată

Ionizarea mediului

O densitate mare a materiei

Toate aceste condiții duc la declanșarea unei reacții termonucleare în lanț necesare pentru ca soarele să fie considerat datorită existenei sale cu îndeplinirea condițiilor de rigoare sursă inepuizabilă de energie.

1.4.4. Particularități ale energiei solare

1.4.4.1. Considerații privind radiația solară

Sunt câteva mărimi importante care ajută la realizarea unui studiu privind radiația solară și avem:

Constanta solară

Radiația globală

Prin termenul de constantă solară înțelegem fluxul de energie termică unitară primită de la soare fiind măsurată în straturile superioare ale admosferei terestre perpendicular pe direcția razelor solare.

Tipuri constructive de turbine eoliene

Turbina eoliană de putere mică se construiește astăzi în variante foarte diverse, putând avea axa rotorului în plan orizontal cu rotorul în amonte sau în aval față de direcția de bătaie a vântului cu 2, 3 sau mai multe palete, sau cu axa rotorului în plan vertical, cu sisteme de siguranță mecanice sau electronice la supra-vânt, pentru plaje ale vitezei vântului foarte diferite.

Modelul de turbină eoliană cel mai răspândit este cel cu axa rotorului în plan orizontal cu rotorul în amonte față de vânt, cu 3 palete și coadă de direcționare pe direcția de bătaie a vântului cu dispozitiv de blocare la viteze periculoase ale bătăii vântului.

Turbinele eoliene pot fi clasificate în patru grupe mari, în funcție de puterea dezvoltată la viteza de calcul a vântului, care este cuprinsă între 11 și 15 m/s. Microturbinele acoperă puterile cuprinse între 0,05 și 3,0 kW. Turbinele de putere mică au puteri cuprinse între 3 și 30 kW, iar de putere medie — 30 — 1 000 kW. Atât microturbinele, cât și turbinele de putere mică sunt proiectate pentru a funcționa în regim autonom și alimentează cu energie electrică consumatorii dispersați teritorial și neconectați la rețelele electrice publice de alimentare și distribuție a energiei electrice. în acest scop, instalațiile eoliene sunt dotate cu acumulatoare de energie electrică și dispozitive de condiționare a energiei: regulatoare și convertoare de frecvență. In a patra grupă sunt incluse turbinele cu puterea mai mare de 1 000 kW, numite turbine de mare putere sau turbine cu puteri de câțiva MW. Tendința actuală este de majorare a puterii/unitate, majoritatea absolută a turbinelor funcționează în paralel cu rețeaua electrică publică, dându-se prioritate turbinelor cu puterea mai mare de 1 MW. Toate parcurile eoliene sunt dotate cu turbine cuprinse în gama de putere unitară de 2- 6 MW.

Pe parcursul anilor au fost propuse și patentate sute de scheme constructive ale turbinelor eoliene, însă doar câteva zeci au fost testate, din care doar câteva au penetrat piața comercială a turbinelor eoliene.

Turbine cu paleți cu ax orizontal

Majoritatea absolută a turbinelor comercializate sunt cu axa de rotație orizontală. Axa de rotație a turbinei coincide cu direcția vântului și este paralelă cu suprafața solului.

a). cu o pală b). cu două pale c). cu trei pale d). cu mai multe pale

Cu cât turbina are mai multe pale, cu atât este mai mare aria solidă a suprafeței baleiate (măturată) de rotor. In teoria turbinelor eoliene numărul de pale este considerat cu factorul de soliditate, care reprezintă raportul dintre aria tuturor palelor și aria baleiată de rotor. Este evident că turbinele cu 1-3 pale au un factor de soliditate mai mic decât turbinele cu 12 sau 18 pale. Cu cât este mai mare factorul de soliditate (rotor cu multe pale), cu atât este mai mică viteza de rotație a turbinei, iar cuplul dezvoltat va fi mai mare și invers. Din această cauză, turbinele cu puține pale sunt utilizate pentru generarea energiei electrice, iar cele cu pale multe, pentru pomparea apei, acționarea ferăstraielor, concasoarelor, valțurilor de măcinat etc., altfel spus, a mașinilor, care necesită viteze mici de rotație și cupluri mari la pornire.

în cele ce urmeaza se va face o analiză din punct de vedere calitativ a regimului de fiuicționare a turbinei ș, a influenței numărului de palete ale elicei turbinei sau al factorului de soliditate asupra valorii factorului de putere. Eficiența conversiei energiei fluxului de aer în energie mecanică va fi mai mică decât valoarea optimă dacă:

Rotorul turbinei are un număr de pale mare (factorul de soliditate este mare) sau rotorul rotește cu o viteză foarte mare și fiecare pală se mișcă intr-un flux de aer distorsionat (turbulent) de către pala din față.

Rotorul turbinei are un număr mic de pale (factorul de soliditate este mic) sau rotorul turbine se rotește cu o viteză foarte mică și fluxul de aer traversează suprafața rotorului fără a interacționa cu acesta.

Pentru a obține o eficiență maximă de conversie a energiei fluxului de aer transmisă turbinei trebuie ca viteza de rotație a rotorului turbine să fie corelată cu viteza vântului. Pentru a caracteriza turbinele eoliene cu diferite caracteristici aerodinamice se utilizează un parametru adimensional, numit “coeficient de viteză ” al turbinei sau rapiditatea turbinei A (în engleză tip speed ratio). Analiza acestor caracteristici ne permite să tragem următoarele concluzii:

Cu cât numărul de pale este mai mic, cu atât mai mare este rapiditatea optima pentru care factorul de putere sau eficiența conversiei energiei este maximă.

Două turbine cu puteri egale, dar cu număr diferit de pale se deosebesc prin aceea că turbina cu multe pale va dezvolta un moment mai mare și va avea viteza de rotație mai mică și invers – turbina cu puține pale va dezvolta un moment mic, dar va avea o viteză de rotație mai mare.

Turbina cu trei pale are cel mai mare factor de eficiență. Eficiența se referă atât la captarea energiei eoliene disponibile la un moment dat cat și la transformarea energiei liniare a vântului în mișcare de rotație a axului elicei. Diferențele dintre factorii de eficiență maximi ai turbinelor cu 2-5 pale nu este semnificativă. Avantajele turbinelor cu două sau cu o singură pală constau în posibilitatea funcționării într-o zonă mai largă de variație a rapidității, în care factorul de eficiență are valoare maximă sau aproape de cea maximă.

Factorul maxim de eficiență (Betz) al turbinei cu 12 – 18 pale este mai mic decât al turbinei cu 3 pale și nu depășește 0,35.

Factorul maxim de eficiență (Betz

Astfel se poate determina exact în funcție de mărimea elicei turbinei eoliene alese, a vitezei vântului și a densității aerului din fluxul de aer care se mișcă puterea maximă pe care o poate dezvolta aerogeneratorul ales.

In figura 10.5. sunt prezentate diverse tipuri constructive de turbine cu axa de rotație orizontală, cu mai multe rotoare (e și f) și eu un singur rotor și dispozitive de autoreglare pe direcția vântului. Turbinele cu mai multe rotoare au avantajul că toate folosesc aceiași construcție metalică de susținere și amplasare la înălțimea la care trebuie amplasate pentru a dispune de o putere a vântului cât mai mare posibil. La modelul din fîg. (e) apare o turbulență creată de elicele vecine amplasate pe același cadru de susținere care reduce puterea vântului prin formarea de turbioni în jurul zonei în care se rotesc. La modelul (f) elicea a doua este bătută de un vânt care dispune de o forță mai mică decât vântul care lovește prima elice de pe ax. Modelele (g, h) au posibi

litatea de autoreglare după direcția de bătaie a vântului: modelul (g) datorită paletei amplasat în coada ansamblului, iar modelul (h) datorită orientării date direct de bătaia vântului în paletele elicei. Particularitatea constructivă a modelului (h) este că atât profilul paletei este diferit față de cel al paletei modelului (g) și unghiul format de planul paletelor și butucul axului elicei este mai mare decât la modelul (g), mai mare de 90°.

e). cu trei rotoare f). cu doua rotoare g). cu rotor în fața turnului h). cu rotor în

ce se rotesc în și giretă (up-wind) spatele turnu lui

direcții diferite cu autoreglare

Turbine cu paleți cu ax vertical

În cazul turbinelor cu axă verticală, direcția vântului este perpendiculară pe axa de rotație și, respectiv, perpendiculară pe suprafața solului

i). Savonius j). Darrieus k). Evence l). Combinată

Darrieus – Savonius

Deși turbinele cu axa verticală au pierdut competiția, inginerii revin iarăși și iarăși la această schemă constructivă, cauza principală fiind următoarele două avantaje indiscutabile comparative cu turbinele eoliene cu axa de rotație orizontală:

Generatorul, multiplicatorul și alte componente funcționale pot fi amplasate pe suprafața solului, nu sunt necesare gondola – consola și tumul masiv care să suporte întreaga greutate a componentelor.

Turbina nu necesită un mecanism special de urmărire a direcției vântului, rotirea elicei nefiind influențată de direcția de bătaie a vântului.

Din nefericire, dezavantajele acestor turbine prevalează în comparație cu avantajele:

Viteza vântului în stratul limitrof cu suprafața solului este mică. Astfel, se fac economii la construcția turnului, dar pierdem în puterea dezvoltată de turbină.

Factorul de conversie a energiei vântului în energie mecanică este mai mic.

Unele tipuri, ca de exemplu turbina Dameus sau Evence, nu asigură demararea.

Este necesar un motor auxiliar care pornește turbina sau o turbină mică tip Savonius pentru ai da un impuls inițial pentru pornire.

Turbinele de mare putere necesită cabluri de suport pentru ancorare, care măresc considerabil suprafața la sol ocupată de ancore.

înlocuirea rulmentului axial principal necesită demontarea completă a turbinei

Modelul (j) prezentat al turbinei Dameus este cu o turbină cu două pale; există și turbine cu trei pale decalate la 120° una de alta. Puterea captată de rotorul elicei de la vânt depinde de suprafața elicei turbinei. Cu cât suprafața elicei crește cu atât greutatea ei proprie crește și frecarea din lagărul inferior al axului vertical crește. De aceea proiectanți tehnologici trebuie să găsească un optim între puterea captată de turbină din puterea disponibilă a vântului și greutatea

10.3. Turbina eoliană fără palete rotitoare

Rotirea paletelor elicilor turbinelor eoliene are dezavantajul de a lovi obiecte sau ființe aflate în raza lor de rotire. Multe păsări migratoare au murit datorită loviturilor primite în timpul zborului spre locuri mai calde pentru iernat. De aceea s-a studiat rutele păsărilor migratoare și s-a evitat amplasarea parcurilor eoliene pe traseele acestora. Astfel s-a înlăturat uciderea multor păsări migratoare. O altă măsură de preîntâmpinare a uciderii păsărilor sau a distrugerii paletelor elicei cu ocazia lovirii de corpuri sau obiecte mari a fost proiectarea turbinei eoliene fără palete rotitoare. Turbina proiectată fără palete este inspirată din tehnica navigației.

……captare și conversie a energiei vântului în energie electrică a unei turbine clasice care captează numai energia mecanică de care dispune vântul la un moment dat, neutilând energia termică înmagazinată în masa de aer care se deplasează datorită diferenței de presiune între două puncte geografice de temperaturi diferite. Conform limitei Belz « nici o turbină eoliană de construcție clasică nu poate depăși limita de 59,3% din energia cinetică a vântului». Tehnologia numită "* « Saphon Zero Blade» este propunerea unei companii tunisiene. Noul concept propune o turbină mai eficientă și mai prietenoasă cu mediul și viețuitoarele. După mai multe modernizări și îmbunătățiri succesive, toate având ro u e a crește eficiența energetică a noului model și siguranța în funcționare in con ițu vi ege e secetă,

Turbina se auto-orientează după direcția de bătaie a vântului. Turbina din figură produce electricitate prin mișcarea « farfuriei» turbinei în orice direcție, mișcare produsă de bătaia turbionară a vântului. Rotorul turbinei are mai multe grade de libertate, se orientează singur după direcția de bătaie a vântului, are mobilitate de rotire în plan orizontal, vertical, oblic, în diferite unghiuri de înclinare. La acest tip de turbină fără paleți nu este o condiție de funcționare ca forma liniilor de bătaie a vântului să fie lamelară ca la celelalte tipuri de turbine cu paleți care nici nu pornesc în aceste condiții.

Producerea electricității în acest tip de turbină se face în urma mișcării relative dintre partea fixă a turbinei și partea mobilă, solidar

Spre deosebire de forma clasică cilindrică a rotorului turbinei clasice, la această turbină forma rotorului este cilindric-sferică, astfel că orice mișcare din orice plan se traduce în generarea de energie electrică prin deplasarea unui conductor amplasat pe rotorul sferic în câmpul magnetic produs de magneții permanenți amplasați în statorul turbinei. Turbina este eficientă energetic chiar dacă este amplasată printre obstacole create de stânci, văi adânci străbătute de curenți de aer puternici, specifice reliefului întâlnit în zonele deșertice din Sahara.

Paralel, mai multe companii din diferite țări au efectuat cercetări pentru

Un prototip-model din Statele Unite ale Americii din figura 10.10. a turbinei are forma unui trunchi de con care are pe suprafața laterală orificii care la trecerea vântului produc depresiune în interiorul corpului turbinei, lucru ce mărește diferența de presiune din exteriorul corpului turbinei și depresiunea din interiorul trunchiului de con și implicit viteza și puterea curentului de aer care lovesc palele elicei amplasate în interiorul trunchiului de con, în partea cu secțiune mică a trunchiului de con, la ieșire din acesta. Astfel prin această formă și amplasare a rotorului crește eficiența energetică a turbinei peste limita de 59,3, « limita Belz », folosind parte din totalul energiei eoliene acumulate.

Un prototip propus de cercetătorul olandez Giesbert Nijhuis folosește « efectul Coanda » la conceperea turbinei eoliene de acest tip. Curentul de aer care părăsește profilul unei pale ia forma profilului părăsit, creând un suflaj de aer puternic care antrenează un rotor. Rotorul în mișcare la rândul său antrenează rotorul unui generator electric care produce electricitate.

Mai sunt modele de turbină care propun amplasarea unui tor electromagnetic la intrarea curentului de aer în corpul cilindric de forma trunchiului de con al turbinei. Câmpul electromagnetic creat de torul circular la intrarea curentului de aer în corpul turbinei are rolul de accelerare a particulelor de aer care vor lovi cu putere și viteză mai mare palele rotorului turbinei, mod prin care se dezvoltă o putere activă mai mare la axul turbinei.

Prin amplasarea interioară a elicei turbinei în interiorul acesteia se evită lovirea corpurilor străine care nu au posibilitatea să pătrundă în interior datorită unei plase amplasată în zona de intrare a curentului de aer în turbină.

Modele simple de turbine fără palete rotitoare de elice sunt formate din panouri înrămate care au în interiorul ramelor, amplasate pe rânduri orizontale și coloane verticale, plăcuțe care au axul de rotire amplasat la partea lor superioară.,

Prototipul propus de români poate funcționa la adieri mici ale vântului, nefiind necesare « praguri de pornire » ale vitezei vântului, ca la turbinele clasice cu pale sau la turbinele propuse de specialiști străini. Prin folosirea efectului levitației magnetice pentru rotorul turbinei în lagărele acestuia sunt eliminate aproape total forțele rezistente de frecare din lagărele rotorului care se opun mișcării rotorului. Rotorul este împins în sus de forțe magnetice, plutind practic în aer, forța de frecare din lagăre fiind eliminată total. Viteza necesară pentru pornirea și funcționarea turbinei pentru a produce electricitate este de două — trei ori mai mică decât la o turbină la care toată greutatea rotorului elicei se sprijină pe lagăre mecanice cu frecare. Energia electrică pentru alimentarea electromagneților care produc fenomenul de levitație este furnizată inițial, la pornirea turbinei de o sursă separată, autonomă, apoi când generatorul electric produce electricitate electro- magneții de pe axul rotorului turbinei sunt alimentați de la acesta. Amplasarea electromagneților din statorul axial al turbinei și rotorul acesteia se face astfel ca polaritățile lor sa fie în opoziție pentru a crea forțe de respingere care ridica rotorul elicei turbinei față de partea fixă pe care se sprijină când este în repaus.

Intre o turbină eoliană obișnuită, de construcție după principi clasice se deosebește de turbinele care sunt construite pe alte principii și au alte legi de funcționare. O turbină obișnuită folosită în industria energiei eoliene capturează cam 30 — 40% din energia totală pe care o dispune vântul, însă inventatorul turbinei fără paleți, Saphon promite că turbina sa va fi de 2,3 ori mai eficientă din punct de vedere energetic. Acest fapt face ca valoarea coeficientului Cp să devină:

Costurile de producție pe turbină ar fi cu cel puțin 45% mai mici decât în cazul turbinei tradiționale, cu pale (în special datorită renunțării la pale și la alte unități conexe). „Am dezvoltat mai multe prototipuri, suntem la a doua generație a acestora. Am realizat teste și turbina pe care am obținut-o acum se dovedește de două ori mai eficientă decât o turbină cu trei pale, iar ca și costuri de producție, a fost cu 50% mai ieftină”, a declarat Hassine Labaied, reprezentant al companiei tunisiene. Turbinele cu levitație magnetică au nevoie de o viteză a vântului mult mai mică, pentru pornire și funcționare, de cel puțin două – trei ori, decât turbinele pe lagăre mecanice de frecare, rulmenți, clasice.

10.4. Turbina combinată Darrieus cu levitație magnetică

Acest tip constructiv de turbină folosește avantajele turbinei tip Darrieus și a turbinei cu levitație magnetică. Astfel avantajele a două tipuri conceptual diferite sunt reunite într-un tip nou de turbină. Dintre avantajele acestui tip constructiv sunt:

Turbina nu necesită un mecanism special de urmărire a direcției vântului; , rotirea turbinei se produce indiferent din ce direcție bate vântul;

Frecarea în lagăre este anulată de forța de levitație care ridică rotorul turbinei de pe lagărul inferior;

Greutatea rotorului turbinei nu este mare deci forța de levitație care trebuie creată nu trebuie să fie mare, având în vedere că elicele sunt subțiri, confecționate dintr-un material ușor.

Proiectarea formei elicelor turbinei trebuie să fie foarte atent executată pentru a indica unghiul optim dintre planurile celor trei elici și forma lor aerodinamică.

10.5. Turbine MagLev (magnetic levitation)

Turbinele MagLev folosesc o tehnologie inventată de savantul Nikola Tesla, de origine croată, emigrat în America la sfârșitul secolului al XlX-lea. Nikola Tesla a păstrat secretul cercetărilor și descoperirilor sale referitoare la tipul propus de turbină, lăsând date privind detalii de construcție și principiul de funcționare al noii turbine, doar în documentație, documentație dispărută după moartea sa. Cercetările pentru această turbină au fost reluate și turbina a fost perfecționată de cercetătorii americani. Cercetările au fost reluate după circa 80 de ani de la inventarea ei, după ce a fost găsită documentația originală a inventatorului, ascunsă o mare perioadă de timp de unii interesați în păstrarea secretului, pentru ca produsele lor să nu fie înlocuite cu altele mai performante, respectiv noua turbină. Noutatea acestui tip de turbină constă în montarea unor magneți permanenți pentru rotirea paleților aerogeneratorului. Cercetătorii americani au precizat că, în principiu, este vorba de un sistem similar funcționării celebrelor “trenuri MagLev” care merg pe pernă magnetică. Este o tehnologie unică în lume care are foarte multe avantaje și aproape niciun dezavantaj. Acesta este și motivul din cauza căruia trenurile cu pernă magnetică s-au extins rapid în foarte multe țări. Eficiența funcționării turbinei este de 95%, aerogeneratorul produce energie electrică de la o viteză a vântului de 1,5 m/s până la viteze foarte mari de 40 m/s, fiind garantă o cantitate constantă de energie produsă lunar de turbina eoliană. Viteza vântului foarte mică care este viteza de pornire a turbinei la care poate produce energie electrică se datorește faptului că forța de frecare produsă de greutatea rotorului în lagărele sale este anulată de forța de levitație care are ca efect ridicarea rotorului de pe lagăre. Practic rotorul “plutește” deasupra lagărelor.

Din curba în care este prezentată dependența puterii produse în funcție de viteza vântului se vede că puterea produsă de turbine eoliană crește direct proporțional după o curbă parabolică cu viteza de creștere a vântului până la o valoare de cca 13 — 14 m/s, după care rămâne constantă indiferent de creșterea în continuare a vitezei vântului.

Producătorii acestui tip de turbină asigură o garanție de 25 de ani pentru instalație. Un MW instalat al turbinelor MagLev va costa aproximativ la fel ca un MW al unei turbine eoliene clasice, de circa 1,7 milioane de euro. Un prototip de 5 MW funcționează în statul New York. Mai există o centrală de 100 MW făcută pentru Pentagon, dar armata americană păstrează deocamdată secretul asupra rezultatelor funcționării ei. Potrivit estimărilor făcute de Autoritatea pentru Energie din SUA, în următorii 10 ani o cincime din energia electrică a Americii va fi produsă în centrale echipate cu turbine tip MagLev. Numărul de unități de producție a energiei electrice care folosesc energia eoliană va fi mai mic ca cel din prezent având m vedere eficiența acestui tip de turbină.

Principiul pe care se bazează funcționarea acest tip de turbină este levitația magnetică care face ca axul elicei agregatului eolian să plutească în aer, fără rulmenți sau lagăre de alunecare. în mod normal, dacă apropiem magnetul considerat mobil amplasat pe rotorul turbinei de magnetul fix de pe lagărul

Fig. 10.17. Piesa magnetică mică “plutește” în câmpul magnetic creat de cei doi magneți

Turbinele funcționează datorită fluxului magnetic permanent creat de magneții permanenți amplasați față în față, atât pe axul elicei cât și pe lagărul acestuia. Acești magneți permanenți sunt confecționați dintr-un metal rar denumit „neodimium”, („pământ rar”- Nd2Fe 14B), care nu-și pierde magnetismul permanent prin frecare, dacă crește temperatura, fiind utilizat pentru rezonanța magnetică de către NASA în anumite zboruri spațiale. Deocamdată principala problemă nerezolvată în totalitate în mod satisfăcător care să asigure o funcționare stabilă și sigură la acest tip de turbină este menținerea rotorului și autocentrarea în poziție perfect centrală, față de centrul statorului în regimurile tranzitorii de modificare a puterii, porniri, opriri ale turbinei, șocuri de putere produse de modificările din rețeaua pe care o alimentează turbina cu energie electrică produsă, în schema de jos a figurii 10.16 sunt prezentate modul de legare a generatorului turbinei prin convertorul de încărcare a bateriilor de acumulatori și din acestea prin invertor cum sunt alimentați consumatorii casnici de curent alternativ din gospodărie. Din modul de legare a bateriilor sistemul de acumulare a energiei produse de generator este de 24 V curent continuu. Controlerul are inclus în el și puntea redresoare a curentului alternativ generat de generatorul turbinei în curent continuu pentru bateriile de acumulatori.

China ar fi cam singura țară care ar putea fabrica astfel de turbine deoarece magneții permanenți pe care îi folosește sunt fabricați din neodymium, element foarte rar pe glob. în China acest element am putea spune că se găsește din belșug, comparativ cu alte zone ale lumii. O fabrica care costă 5 milioane de dolari este deja în China pentru a produce turbine MagLev. Actualul plan cincinal al Chinei prevede ca 11,4% din energia Chinei să fie produsă din resurse fără combustibili fosili. Acest fapt va permite ca la nivelul întregii țări să se reducă emisiile de gaze cu efect de seră pe unitate de PIB cu 17% din 2015. Construcția celei mai mari unități de producție pentru centrale eoliene MagLev a început pe 5 Noiembrie 2007 în centrul Chinei. Ministerul Energiei și Tehnologiei a investit 400 milioane de yuani (aprox. 54 milioane $)pentru a construi capacitățile de producție pentru turbine MagLev cu capacități cuprinse între 400 și 5000 W. în S.U.A., astfel de

de turbinele clasice:

pot funcționa la viteze ale vântului care variază între 1,5 și peste 40 m/s; vitezele periculoase pentru turbinele clasice un deranjează funcționarea acestui tip de turbină;

magneți care produc fenomenul de levitație sunt permanenți; deci un este nevoie de o sursă particulară, independentă de electricitate pentru alimentarea magneților pentru producerea câmpului;

dacă o turbină clasică produce numai 5 MWh, o turbina MagLev produce 1 GWh, suficient pentru a furniza energie electrică care să acopere necesarul de consum de electricitate pentru 750 000 de gospodări. Prin comparație o turbină MagLev poate alimenta 750 de case iar o turbină clasică poate alimenta 500 de case;

ocupă mai puțin spațiu; (pentru un parc eolian mobilat cu turbine MagLev ocupă mai puțin de 40 ha, față de un câmp de 26 000 ha pentru parcul ocupat cu turbine clasice;

o turbina MagLev crește randamentul cu 20% față de o turbină clasică;

la turbina Magi .ev scad cheltuielile de funcționare la 50% față de o turbină clasică;

pentru a fi convinși mai mult de avantajele lor, putem adăuga faptul că o turbina MagLev poate funcționa până la 500 de ani;

Prețurile actuale pentru turbinele eoliene MagLev sunt ceva mai mari per watt de capacitate generată față de turbinele convenționale. Turbinele convenționale se încadrează între 1 $ și 1,25 $ / W energie electrică produsă, în timp ce turbinele MagLev costă cu încă o treime mai mult. Este probabil ca acest preț să scadă pe măsură ce îmbunătățirile legate de tehnologia de fabricație, de captare și conversie a energiei vântului sunt puse în aplicare și, este de asemenea necesar, să luam în calcul costurile mai mici de întreținere ale tehnologiei MagLev (frecarea redusă reduce uzura), plus faptul că turbinele MagLev pot fi utilizate în condiții de vânt inadecvate pentru turbinele convenționale. Turbine MagLev pot asigura singura sursă de energie eoliană posibilă în mai multe zone unde nu există alte resurse energetice locale disponibile.

10.6. Evoluția formei și structurii elicelor și paletelor turbinelor eoliene

în perioadele^ de început, în comuna primitivă și sclavagism, transformarea energiei vântului în folosul omului se făcea cu materiale găsite în natură, neprelucrate ca formă, structură, rezistență.

Rezultatele transformării energiei vântului în energie folositoare omului erau foarte modeste, pe măsura inteligenței înmagazinate în confecționarea elicilor, a paletelor și a dispozitivelor primitive de captare a forței vântului și transformare în forma de energie utilă pentru consum .

Pe parcurs fie întâmplarea fie constatarea sau experiența dobândită a dus la prelucrarea formei și rezistenței paletelor folosite la morile de vânt. Tot întâmplarea a făcut ca la vânturi puternice paletele să fie luate cu totul de vijelie, unele să fie rupte, altele smulse din butucul primitiv în care erau fixate. Experiența folosirii elicelor a dus la constatări care au fost fructificate ulterior la realizarea de forme și structuri de elici mai rezistente în timp și care puteau pomi să se rotească la viteze tot mai mici ale vântului. Evoluția formelor și structurii la care s-au executat paletele și elicele a dus la creșterea rezistenței mecanice și a eficienței transformării energiei vântului în energie mecanică de rotație, formă de energie folosită în activități utile din gospodăria omului. Figura 10.18 prezintă aspectul morilor acționate de forța vântului, mori folosite la scoaterea apei din adâncimea solului într-o zonă secetoasă. Apa este foarte prețioasă în aceste zone unde nimic nu se face fără apa pompată de la adâncime.

Forma elicelor este circulară. Avantajul acestor mori este că sunt amplasate pe țărmul mării unde permanent bate briza, fie dinspre mare spre uscat fie invers.

încă un avantaj a acestor mori este că aerul fiind umed și sărat datorită evaporării puternice a apei mării este mai dens și forța care apasă pe elice este mai mare decât în cazul în care ar bate un aer uscat. De fapt diferența se vede în perioadele în care vântul bate dinspre uscat spre mare când aerul este mai uscat decât în perioadele în care bate dinspre mare spre uscat. îmbunătățirea adusă acestor tipuri de elici cu care sunt dotate morile de vânt este că toată suprafața lor este ca o pânză, care formează o suprafață mare care se opune fluxului de aer umed și sărat mult mai dens decât aerul uscat format de vântul care bate. Aceste mori se află amplasate pe țărmurile mării Egee, pe litoralul elen și în zonele litorale ale insulelor din Marea Egee, insula Creta, Rodos.

Aceleași avantaje enumerate mai sus se regăsesc la morile de vânt amplasate pe coastele Mării Nordului, în Olanda, Danemarca, Belgia. Dacă la construcția morilor din zona Mării Egee erau folosite materiale din zonă, ca lut, papură, la morile din Nordul Europei sunt folosite materiale oferite de o industrie mai dezvoltată. Drept este că morile din Grecia sunt executate din perioada anterioară cam cu două secole față de morile din Danemarca și Olanda. Specific mai este coloritul total diferit folosit pentru vopsirea construcțiilor din cele două zone descrise, una din sud cu mult soare, cealaltă din nord cu multă ceață și umezeală.

în Grecia unde soarele bate mai mult, fiind mai la sud decât în Olanda, culoarea preferată folosită este albul. La aceste mori din Olanda se vede o modificare a formei paletei pentru a prelua o cantitate energetică a vântului mai mare. Scheletul elicei este mai robust tocmai pentru a rezista vânturilor mai puternice din zona de nord a Europei.

După anul 1970 când industriei energetice eoliene a început să I se acorde mai mare importanță, s-au aprofundat studiile privind forma aerodinamică a paletei elicei turbine eoliene.

De asemenea s-a acordat o importanță tot mai mare materialelor folosite care au fost și sunt tot mai performante și răspund tot mai mult cerințelor impuse de industria energetică care are tot mai multe pretenții. La începuturi lemnul era materialul exclusiv utilizat la confecționarea paletelor și elicelor. De la lemn s-a trecut la pânză rezistentă, odată cu dezvoltarea industriei textile. Apoi scheletele de lemn ale elicelor erau îmbrăcate în pânză rezistentă pusă la dispoziție de industria textilă care luase un deosebit avânt la început de secol al XVIII-lea. Sunt renumite și memorabile imaginile din filmul inspirat după celebrul roman „Elingenioso hidalgo don Quijote de la Mancha” de celebrul romancier spaniol Miguel Cervantes, apărut în prima ediție în 16 ianuarie 1605, film intitulat „Don Quijote de la Mancha”, când un personaj comic este agățat de o paletă zdrențuită a unei mori de vânt care se rotea, din zona secetoasă din Spania secolului al XVII-lea. Era modernă a folosit table de fler, apoi aluminiu pentru confecționarea paletelor turbinelor. în prezent fibra de sticlă, fibra de carbon, kevlar, sunt folosite în exclusivitate. Armarea structurii de rezistență este un procedeu obligatoriu folosit la turbinele mari cu palete de zeci de m lungime. Dar aceste structuri confecționate din materiale relativ grele au dezavantajul că pe ansamblu atârnă greu, solicitând axul elicei, lagărele, consola, nacela, stâlpul de susținere. Studiile recente au propus o structură a paletei elicei turbine eoliene mai flexibilă confecționată din profile

ușoare.

Tipuri de instalații de captare a energiei solare

Centralele solare sunt instalații de încălzire cu ajutorul energiei solare. După mod de funcționare sunt de trei tipuri:

Centrale solare termice cu concentrarea radiației solare directe

Centrale solare cu câmpuri de colectoare

Centrale solare cu jgheaburi parabolice

Instalații solare de tip Fresnel

Centrale cu turn solar

Centrale cu oglinzi parabolice

Centrale solare termice fără concentrarea radiației solare

Centrale cu iaz solar

Centrale termice solare cu vânt ascensional

Centrale solare cu vânt descendent

Centrale solare pe bază de panouri solare fotovoltaice

Centrale termice solare cu vânt ascensional

Centralele termice solare utilizează așa numitul “efect de coș”, la care aerul cald datorită densității mici se ridică. Din punct de vedere constructiv, rolul colectorului solar îl are o suprafață de ordinul hectarelor prevăzută cu acoperiș transparent, sub care aerul, apa și solul se încălzesc sub efectul de seră. Aerul cald se mișcă spre turn prin care se ridică în sus. Vântul ascensional astfel creat acționează mai multe turbine cuplate cu generatoare de energie electrică. Cu toate că din punct de vedere tehnic realizarea este destul de simplă, dezavantajul constă în randamentul scăzut de cca. 1% în cel mai bun caz. Pentru a obține o putere comparabilă cu cea a unei centrale pe bază de cărbune este nevoie ca întreaga construcție să acopere o suprafață de mai mult de 100 km2 și înălțimea coșului să fie de 1 000 m sau mai mult.

O instalație pilot a fost construită în anii 1980 în Manzanares/Spania având un diametru de 244 m și un turn înalt de 194 m, cu diametru de 10 m, rezultând o putere de 50 kW

Actualmente se află în studiu un proiect de astfel de instalație în Windhoek/Namibia Suprafața acoperită ar fi de 38 km2, tumul înalt de 1 500 m. Puterea instalată ar atinge 400 MW. Pentru a mări eficiența economică, suprafața acoperită ar fi utilizată în parte pentru desalinizarea apei, iar în rest pentru producție agricolă cu suprafață irigată.

O dezvoltare a acestei idei este crearea de vârtejuri de aer artificiale alimentate de energia reziduală a unor centrale convenționale, mărind eficiența acestora.

Centrale termice solare cu vânt descendent

Acest tip de centrale există doar în stare de concept. Ele constau dintr-un turn înalt (1000 m) în vârful căruia se extrage energie termică din aerul

nconjurător prin pulverizare de ana n .

greutății apei aerul se va mișca d P Datorită răcIrn în urma evaporări^ § turnului. Acest tip de centrală eJt ^ M acționând binele situate i "ș și cu mari rezerve de apă începută pentru zonele cu climă caldă și 1

2.3.3. Panouri termice cu sisteme de înmagazinare a căldurii

Când este nevoie de energie electrică pe timp de noapte sau când soarejg radiază căldură se pot folosi instalații care acumulează căldura și o livreay| nevoie. Instalația se compune din sistemul de captare și acumulare a căldurii ra*'1 de soare și sistemul de conversie a energiei calorice acumulate de la Soaiț? energie electrică.

Suprafețe mari de panouri de sticlă reprezintă sistemul de captare a ene™ solare termice. Sub panourile de sticlă sunt amplasate pungi de plastic umplut^ apă. Căldura radiată de soare este acumulată în apa stocată în pungi din rnaȘ plastic. Pungile cu apă încălzită cedează căldura aerului din jur. Aerul încălzim jurul pungilor este antrenat de ventilatoare și canalizat prin tubulatură la turbi^ de aer amplasate la baza unui turn care asigură un tiraj natural puternic asi» Tubulatura, ventilatoarele de aer, turbinele, generatoarele electrice și tumuffl asigură depresiunea pentru circulația aerului cald reprezintă sistemul de co|H energiei calorice acumulate ui energie electrică. La trecerea aerului cald prin» turbinei acesta este antrenat într-o mișcare de rotație, ocazie cu care rotorul M de aer antrenează rotorul unui generator electric cuplat pe axul rotorului^» După ce aerul cald trece prin turbina de aer, acesta își continuă drumul spre j turnului datorită diferenței de presiune dintre baza și vârful turnului. Din se poate decide dacă viteza de ieșire a aerului cald din turn la vârful acestuúS suficient de mare pentru a asigura rotirea unui alt rotor al unei turbine dej suplimentare amplasată în vârful turnului. Astfel se poate folosi întreaga energie, aerului care traversează tumul de Ia bază la vârf. Energia electrică produsa generatoarele antrenate de turbinele de aer este dependentă de energia ||H acumulată în instalația de acumulare și de înălțimea turnului.

Eficiența energetică a transformării energiei calorice a soarelui în ejH electrică mai este dependentă, conform principiului al doilea al termodinamiB de diferența de temperatură dintre temperatura aerului cald încălzit de razele m aer care pătrunde pe la baza turnului și temperatura aerului care iese pe la vfl turnului. Această diferență de temperaturi creează un curent mai puternic sau j slab de aer care antrenează rotoarele turbinelor.

Pentru folosirea ultimei cantități de energie termică rămasă în aerul j din turn o tubulatură din vârful turnului poate prelua aerul trecut prin Această tubulatură dirijează aerul printr-un schimbător de căldură care u tuna cantitate de căldură pentru preîncălzirea apei reci care alimentează jw de plasUc din sistemul de acumulare a energiei termice.

Instalație de reflecție a radiației calorice solare. Centrale solare cu câmpuri de colectoare. Producerea energiei termice cu ajutorul oglinzilor reflectorizante

Energia solară care cade pe sol poate fi reflectată cu ajutorul unor oglinzi. Oglinzile trebuie să fie astfel amplasate încât să asigure direcționarea razelor reflectate să bată într-un singur punct. In acel punct de concentrare a energiei te

Centrale cu “receiver” central

în cazul centralelor cu turn solar este vorba de obicei de centrale pe aburi produși cu ajutorul energiei solare. Focarul (camera de combustie) până acum cu păcură, gaz natural sau cărbune, este înlocuit de un focar solar aj? în vârful unui turn. Radiația solară, a sute, chiar mii de oglinzi cu orientare amt după poziția soarelui este reflectată către o suprafață absorbantă centralăwK “receiver”. Datorită puternicei concentrări de radiație, în turn apar temperatul ordinul a mii de grade. Temperatura exploatabilă rațional este în jur de 1 3m Nivelele de temperaturi și prin acestea, randamentul termic posibil de atins,W mult mai mari decât la centralele solare cu câmpuri de colectoare. AgentupjSm utilizat sunt nitrați fluizi, aburi sau aer cald. Acest principiu este utilizat de fapt^ cuptorul de topire solar din Odeillo. în acest mod se pot genera temperaturi cț m adaptate necesităților proceselor tehnologice, sau cerințelor accelerării ptț^M chimice. De regulă însă, căldura generată este utilizată prim intermediul unei de gaz sau de aburi Ia generarea de curent electric. în receiver agentul termim încălzit până la 1000°C, în final utilizat Ia generarea de aburi.

Energia solară este pusă gratuit la dispoziția producătorului de de natură și mediul înconjurător, m cantități infinite,

Soluția de captare a energiei solare este simplă și nepoluantă;

Prima treaptă de conversie este simplă; energia primară solară caS cu ajutorul oglinzilor parabolice este transformata direct în etB termică, care este transferată apei din circuitul hidraulic termic; nu 8| piese în mișcare în instalația de captare și conversie;

A doua treaptă de conversie este tot simplă; energia primară te™ acumulată în vaporii de apă este transformată în energie mecamd| turbina cu abur;

A treia treaptă de conversie este la fel de simplă; energia mecanică acumulată în rotorul turbinei este transformată în enetți electrică în generatorul electric; există experiență suficientă în act domeniu fiind conversie clasică;

Procesul de captare a energiei primare solare și acumulare a enw termice, dintr-o formă în alta sunt nepoluante;

Toate transformările de energii dintr-o formă în alta sunt nepoluantei

Exploatare simplă a întregii instalații de captare, conversie și acumulare a energiei calorice;

Instalația în timpul exploatării nu produce nici un tip de deșeuri sau produse poluante care să afecteze mediul înconjurător;

Costurile de exploatare a întregii instalații sunt scăzute; personalul de supraveghere a procesului este mic numeric, chiar nul, dacă regimul de funcționare al instalației nu se modifică și se trece pe funcționare automată, asistat de calculator de proces; toate componentele instalației pot funcționa nesupravegheate de personalul de exploatare.

Costul energiei electrice produse este mic în special datorită faptului că procurarea energiei primare — solare, este nul, ea fiind utilizată așa cum este oferită de natură;

Costurile cu mentenanța întregii instalații, prevenția avariilor și întreținerea instalațiilor sunt mici;

Pentru că conversiile de energii dintr-o formă în alta sunt cu pierderi mici randamentul global al întregii instalații este satisfăcător.

Schema de principiu a instalației descrise este prezentată în fig. 2.30. Instalația prezentată în figură produce atât energie termică cât și energie electrică.

n sticlă de borosilicat rezistent la acțiuni mecanice și chimic» iS acoperit de un strat antireflectorizant. între cele două tuburi este creat vid peA reduce pierderile prin convecție. Energia radiației solare este transformai energie calorică și cedată agentului termic. Oglinzile parabolice sunt așezat regulă în rânduri una după alta pe direcția N-S, având un singur grad de liberi rotația în jurul axei focale.

încă din anul 1912 s-au utilizat colectoare cu jgheaburi parabolice deCk firma Shumann und Boys pentru generarea de aburi necesari acționării unei p^ji de 45 kW în Meadi/Egipt. Colectoarele aveau o lungime de 62 m și acopere^ suprafață de 1 200 m2 . «

între 1977 Si 1982 au fost puse în funcțiune în SUA mstahjțil pi, utilizând colectoare 'cu jgheaburi parabolice. In 1981 a fost pusâ m flux**! instalație pilot de producere energie electric* de putere 500 kW H» Centre for Solar Energy Applications drn Plataforma Solar de Almena srtuJ marginea deșertului Desierto de Tabernas

Exploatarea comercială a acestui tip de centrale a început în anul 1984 îi SUA în deșertul Mojave din California. Cele 9 centrale SEGS' = Solar Electric| Generation System au o putere instalată totală de 354 MW. în colectoarei^« jgheaburi parabolice cu o lățime de 6 m și o lungime de până la 180 m se poate atinge o temperatură de 400°C. Randamentul centralei este de 14% și asiguri energia necesară pentru cca 200 000 locuințe. în luna iunie 2007 s-a dat ll

uncțiune centrala Nevada Solar One de lângă Boulder City/Nevada cu o putere instalată de 64 MW cu posibilitatea de extensie până la 200 MW. Energia termică este produsă de 19 300 oglinzi de 4 m lungime înzestrate cu conducte absorbante (PTR70 Receiver) livrate de către firma SCHOTT AG. Se prevede construirea de centrale similare în Maroc, Algeria, Mexic și Egipt. Din anul 2006 se află în stadiu de construcție centrala Andasol 1 de 50 MW, în prezent cea mai mare din Europa, proiectată de firma Solar Millennium.

Instalații solare de tip Fresnel

O dezvoltare a tehnologiei cu jgheaburi parabolice o reprezintă așa numitele colectoare cu oglinzi Fresnel. în acest caz în locul unei oglinzi parabolice se utilizează mai multe fâșii de oglinzi plane situate toate la nivelul solului care se pot roti în jurul razei longitudinale pentru a putea fi orientate câte una astfel ca să reflecte radiația solară în direcția tubului absorbant, în spatele căruia se află o altă oglindă liniară cu rol de concentrare a fascicolelor primite de la oglinzi într-o linie cât mai subțire. Acest concept este în faza de testare. Acest mod de construcție îmbină principiul de funcționare al colectoarelor cu jgheaburi parabolice cu cu cel al centralelor cu turn, dar renunțând atât la oglinzile curbate cât și la dispozitivele de orientare cu mai multe grade de libertate rămânând doar construcția modulară. Utilizând oglinzi plate ușor de construit se scontează pe un preț scăzut. Utilizarea conductei absorbante este necesară în continuare. Rezultă posibilitatea utilizării de conducte mai lungi, fără coturi, ceea ce reduce pierderile datorită rezistenței hidraulice, în schimb apar pierderi de radiație solară datorită umbririi reciproce a oglinzilor. Din anul 2 004 o astfel de instalație este testată pe lângă o centrele termică pe bază de cărbune din Australia de către Universitatea din New South Wales și Sydney. După terminare instalația va produce cca 15 MW* energie termică pentru încălzirea apei de alimentare a centralei din Lidell/Hunter Valley și va contribui la economisirea de combustibil. Un modul format din 12 oglinzi acoperă o suprafață de cca 1 350 m2 și concentrează radiația solară pe o conductă absorbantă aflată la o distanță de 10 m deasupra lor. Se produce abur în mod direct la o temperatură de 285°C.

2.3.6. Cea mai mare instalație solară

Cea mai mare centrală termoelectrică solară din lume, cu putere de 400 MW, a fost dată în folosință cu puțin timp în urmă (anul 2013). Companiile energetice NRG Energy, BrightSource Energy și Google au pus în funcțiune cea mai mare instalație solară din lume care produce energie electrică cu ajutorul energiei solare, capabilă să alimenteze cu electricitate un oraș cu 140 000 case, considerând că fiecare casă consumă în medie 2,6 kW. Complexul aflat în deșertul Nevada — Statele Unite ale Americii la aproximativ 70 km de orașul american Las Vegas folosește nu mai puțin 350 000 oglinzi controlate de calculator, fiecare oglindă cu suprafața unei uși de garaj, egală cu aproximativ 2,68, m2, pentru a îndrepta razele soarelui spre cele 3 boilere

așa fél încât să asigure o recepție și reflexie a razelor solare permită atingerea unei eficiențe maxime energetice a captării și re*j| radiațiilor. In funcție de poziția Soarelui pe cer oglinda își modifică p3ț Astfel se asigură ca unghiul incident al razelor solare să fie permanji 90°, indiferent de ora din zi sau poziția Soarelui pe cer. Energii 5 concentrată cu ajutorul celor aproape 9 km2 de oglinzi, cât totalizează suprafață a tuturor oglinzilor este transferată rezervoarelor montate în vy a trei turnuri. Rezervoarele sunt străbătute de țevi umplute cu apă|| presiune. Apa din rezervoare este direct încălzită de razele calorice m tate de oglinzi din razele solare și reprezintă circuitul primar al instala# producere a energiei calorice. Transferul de căldură e a raze e Sqj calorice se face prin pereții rezervoarelor lichidului dm ele.

Câmpul de colectoare ale centralei este compus din mai multe parabolice sau colectoare Fresnel legate în paralel și numite concentratoare Construirea de câmpuri de colectoare paraboloide este deasemenea posit vizavi de concentratoarele liniare sunt foarte costisitoare. în ceea ce instalațiile cu jgheaburi parabolice acestea sunt deja în exploatare comercia® câmpul de colectoare a radiației calorice solare se produce încălzirea unui i termic care poate fi ulei mineral sau abur supraîncălzit. La instalațiile cu ulei poate atinge o temperatură de până la 390°C care într-un schimbător de călduri genera aburi. Dacă agentul termic este abur (instalații de tip DISS = Direct

Steam), atunci nu este nevoie de schimbător de căldură, aburul fiind generat direct în conductele de absorbție. în acest caz este posibilă atingerea de temperaturi de peste 500°C. Aburul astfel generat este colectat și alimentează o turbină cu aburi la care este cuplat un generator de energie electrică. Lichidul din rezervoare încălzit de energia solară reflectată și concentrată de toate oglinzile cedează căldura apei sub presiune din serpentinele de țevi. Apa sub presiune încălzită la o temperatură mare este transformată în abur în circuitul secundar al instalației termice. Aburul sub presiune este dirijat într-o turbină cu abur. Presiunea aburului care intră în turbină produce o mișcare de rotație a rotorului turbinei de abur care la rândul lui antrenează rotorul unui generator electric care produce energie electrică. Electricitatea este generată cu ajutorul unor turbine convenționale de abur alimentate cu aburul supraîncălzit generat de rezervoarele cu serpentinele de țevi. La baza fiecărui turn se află câte o turbină cu abur, câte un generator electric și un transformator electric care asigură transportul energiei produse prin cablu subteran la consumatori, cu pierderi minime. Avantajul acestui tip de centrale constă în faptul că utilizează în parte tehnologie convențională disponibilă, în care deja există multă experiență de exploatare.

Deși ideală pentru proiecte solare de energie regenerabilă, clima deșertică din Nevada nu este deloc favorabilă pentru exploatarea termocentralelor în sistem convențional, bazate pe turbine cu abur. Motivul este necesarul mare de apă, folosită pentru producerea de abur sub presiu

n<snoint#!nVeV*ia -U a& PUtea ? amortizată prea curând, din moment ce c0siA producerii de electricitate în sistem termo-solar ajung la 261 dol^H ^prC ***** ° centrală convențională pe cărbune poate lMWh de electricitate la un cost de numai 100 dolari. Această diferență de nr* regăsește în două cauze: i*

Prețul actual, scăzut al cărbunelui folosit în centrale clasice termo;

Eficiența scăzută a transformării energiei calorice a soarelui în căH^ necesară transformării apei în abur la centrala solară.

Dacă însă avem în vedere că centrala solară este total nepoluantă, efe^, asupra mediului sunt total inofensive, câștigul este incomparabil. Se știe c$ termocentrală care arde cărbune poluează mai multe zone, de la cea de unde! exploatează cărbunele, la cea în care se depozitează temporar pentru transportat, zonele prin care este transportat de la locul exploatării la locul ^ consum, zona în care se arde la termocentrală. Poluarea totală datorită exploatăj» depozitării, transportului și arderii cărbunelui în termocentrale este mult mai Dacă adăugăm costurile necesare construirii de instalații depoluante în toate zor^ afectate de prezența și mișcarea cărbunelui folosit pentru ardere, costul peMty^ electricitate produs este mult mai mare decât cel produs cu ajutorul energiei solaj și timpul de recuperare al investiției centralei termice solare scade foarte mult. 1 La Odeillo în Pyrenees (Franța) s-a dat în 2007 în funcțiune un furnal solar (sol* fiimace) care realizează temperatura de 3 000° C, folosit la incinerarea deșeuri!»

2.3.7. Centrale cu iaz solar sau gradient de temperatură și salinit^ diferit

La acest tip de centrale în iazuri cu apă sărată puțin adânci se crează| mod natural o combinație de colector solar și acumulator de energie. Fenomenul fost observat pentru prima dată la începutul secolului al XX-lea la lacurile sărate din Transilvania. Apa din straturile din adâncimea lacului este mult mai sărat! decât cea din straturile de la suprafață, deci mai densă decât cea de la suprafa| Prin absorbția energiei din razele solare de către stratul mai sărat din adâncii! acesta se încălzește până la o temperatură de 65-90°C. între stratul de la suprafap și cel din adânc există un gradient cu concentrație variabilă ce nu permite ridicare apei încălzite cu concentrație salină mai mare, rezultă că nu există convecțieS urmare căldura rămâne înmagazinată în stratul de jos.

Fenomenul este cunoscut sub denumirea de heliotermie. Sunt în stațiune» Ocna Sibiului, din județul Sibiu 9 lacuri sărate. Lacul Brâncoveanu are apa cea mi sărată apă, unde prin fenomenul heliotermie apa se încălzește până la temperat® de 65 C la adâncimi de peste 0,2 m. Căldura înmagazinată poate fi utilizată prinții altele pentru acționarea unei turbine cuplate cu un generator de energie electrici eoarece temperaturile atinse sunt destul de mici, este nevoie de utilizarea ui gen eraiic cu temperatură de fierbere mai mică decât cea a apei. Transformi

„ ,. * /• i v aDlu S1 Penoada de timp m care costul investit;

amortizează (se lungește). Problema coroziunii apei sărate asupra componem este un impediment major. Costul tantalului, material folosit în fabrfe^t schimbătoarelor de căldură este foarte mare, crescând costul investiției, preț^ producție al energiei produse și implicit timpul de recuperare a costurilor investi Diferențele de temperatură existente între cele 2 mase de lichid, din adâncime la suprafața mărilor, este o metodă prin care se poate obține energie elect^ nepoluantă. Se știe că temperatura apei mărilor și oceanelor de la suprafață djo de temperatura apei din adâncuri, fenomen pe care se bazează și de c beneficiază instalațiile de producere a energiei electrice. Acest tip de instalați. conversie nu produc emisii poluante în atmosferă, pe sol sau în apă. Proiectele C(, căror dispozitive de extracție a acestei "energii termice a marilor au la b » principiul de funcționare a mașinilor termodinamice Acestea funcționează pe b^ diferenței de temperatură dintre apa de suprafață (25 la 3 ) și apa ea ancj^

(4 – 5°C la 1000 m adâncime). Pentru ca această soluție sa fie practică trebui^| diferența de temperatură să fie mai mare, respectiv minimum 20 C, conversiei este de 2% deci este foarte slab. Pentru creșterea eficienței convers^ fac si în orezent cercetări eu toate că principiile de funcționare au fost desc0pei| ^¿1WMHM Dar avănd ta vedere suprafețe de apă una* ^ oferă această resursă energetică, este important de luat m seama. ț

Ciclurile succesiv? de transformări de stări de agregare pe care le sup0| fluidele

Pe acest principiu funcționează pompa de căldură. Principiul de funcționare a sistemului este prezentat în figura 2.45: apa caldă a mării se introduce într-un schimbător de căldură. Principalele echipamente ale dispozitivului sunt:

un compresor care asigură circulația fluidului în circuitul închis; fluidul sub forma de vapori este preluat la temperatură și presiune scăzută, prin compresie în compresor, îi crește temperatura și presiunea;

un condensator, schimbător de temperatură în care fluidul din stare de vapori este transformat în lichid cu temperatura și presiunea ridicată;

o valvă de expansiune în care intră lichid cu temperatura și presiunea ridicată și prin destindere iese tot lichid dar cu temperatură și presiune scăzută;

lichid cu temperatură și presiune scăzută intră într-un evatorator în care are loc trecerea din lichid în vapori la temperatură și presiune scăzută; la ieșirea din evaporator vaporii sunt preluați de compresor și ciclul descris se reia.

Fazele de transformare a stărilor de agregare lichid – vapori de la presiuni și temperaturi scăzute și ridicate sunt însoțite de absorbție de căldură din mediul înconjurător și respectiv cedare de căldură în mediul înconjurător.

Cu un aport de energie apa este transformată în abur, care produce mișcare de rotație în turbina de abur. Aburul se destinde apoi în condensator, transformându-se din nou în apă. Este răcită prin amestec cu apă rece provenită din râu sau de la suprafața mării; energia electrică este produsă de un generator electric cuplat cu turbina cu abur. Distribuția de apă caldă și rece se face cu ajutorul unui distribuitor.

Avantaje și dezavantajele sistemului descris. Eficacitatea acestor sisteme nu e ridicată (în jur de 5%) dar având in vedere cantitatea ridicată de energie termică acumulată în ocean, prin aceste sisteme este posibilă obținerea de cantități enorme de electricitate. Costurile de funcționare a instalației sunt mici, mai ales că poate funcționa automat, toate fazele fiind supravegheate de un calculator. Energia produsă este curată, nepoluantă. Existând permanent straturi de apă caldă și rece, resursa energetică folosită este disponibilă tot timpul anului, în zone cu ape calde de suprafață. în zonele temperate și reci perioada de folosire a acestei resurse este limitată la anotimpul călduros, când apa de suprafață este încălzită de Soare. Pentru a realiza o eficiență energetică a procesului de conversie cât mai mare se urmărește ca diferența dintre temperatura apei calde de suprafață și temperatura apei reci din adâncuri, să fie cât mai mare.

2.4. Tehnologie, randament

Celulele solare utilizează straturi de materiale semiconductoare doar câțiva microni grosime. Saltul de tehnologie a făcut posibil ca aceste să poată fi integrate perfect în fațade, pe acoperișuri, etc. Unele celule solare sunt proiectate pentru a funcționa cu lumină de soare concentrată. Aceste celule sunt construite bazându-se pe concentrare a luminii folosind o lentilă corespunzător poziționată. Această abordare are atât avantaje cât și dezavantaje în comparație cu panourile plate.

TIPURI DE FUNDAȚII DE MINITURBINE APLICATE ÎN PRACTICĂ

Fundația este partea componentă a structurii, amplasată sub nivelul terenului natural, prin intermediul căruia se face transferul acțiunilor rezultate din suprastructură către terenul de fundare.

Dimensionarea fundațiilor pentru turbinele eoliene se face luând în calcul momentul de răsturnare dat de încărcările exterioare ce corespund condițiilor extreme (de ex. vânt, seism) și eforturile axiale din suprastructură.

Fundațiile pentru turbinele eoliene se pot clasifica, funcție de următoarele criterii: locul de amplasare a turbinelor (dispuse pe uscat sau marine — off-shore), foFrma în plan a fundației, după modul de transmitere a încărcărilor la terenul de fundare etc.

Din punct de vedere al formei în plan a fundației

TIPURI DE FUNDAȚII DE PANOURI FOTOVOLTAICE APLICATE ÎN PRACTICĂ

Tipuri de fundație

Majoritatea instalatorilor de sisteme solare au experiență cu suporții din beton turnat pe loc pentru sistemele montate pe pământ. În cazul sistemelor mici, aceasta poate fi cea mai bună opțiune. Pe măsură ce sistemul este mai mare, există în general motive pertinente pentru a considera tipuri de fundații alternative, inclusiv fundații balastate, piloți din oțel bătuți și șuruburi de legare la masă.

Fundații balastate

Aceasta este o opțiune bună atunci când solul este dificil de penetrat sau conține rocă sau elemente contaminante subterane. Se preferă o fundație balastată chiar și în cazul incertitudinii privind elementele subterane. Betonul prefabricat este, probabil, cel mai obișnuit element. De exemplu, și Conergy și SunLink oferă sisteme montate pe pământ în care se utilizează stâlpi din beton prefabricat ca primă opțiune de fundație. Rober Miros, vicepreședinte al departamentului tehnic din cadrul SunLink, explică beneficiile: „Stâlpii balastați reprezintă un element de design cu care constructorii pot lucra foarte ușor. SunLink poate livra cu un camion toate părțile necesare unui sistem la locație, iar întregul sistem poate fi construit cu câteva chei.” Alternativ, există proiecte care specifică umplerea unui recipient cu rocă sau alte materiale.

Trebuie să procedați cu atenție în cazul fundațiilor balastate pentru a permite tasarea, eroziunea sau ridicarea solului. O zonă foarte mare de cadre rigid conectate pe fundații balastate multiple pot fi supuse stresului din cauza mișcărilor solului. SunLink rezolvă această problemă cu cadre care sunt atașate la doar două fundații și au reglabilitatea încorporată. Dl Miros declară, „Acest lucru nu doar permite constructorilor să creeze un sistem în timpul construcției, dar reglajele pot fi de asemenea efectuate în viitor dacă tasarea solului devine o problemă în timp.”

Fundațiile balastate au, totuși, limitări când vine vorba de teren în pantă sau denivelat. Colaborați cu producătorul sistemului de montare sau cu inginerul constructor pentru a vă asigura că sistemul de montare poate suporta unghiul pantei și modificarea relativă a gradului finalizat.

Capitolul 2. Memoriu Tehnic

Scopul proiectului

Prezenta lucrare urmărește determinarea condițiilor funcționale, tehnice și economice pentru realizarea unui sistem de producere a energiei electrice alcătuit din panouri solare fotovoltaice și o miniturbină eoliană, în zona Grindu Chituc – Dobrogea.

Date generale ale proiectului

Denumirea proiectului : Proiectarea unui sistem de producere a energiei electrice regenerabile alcătuit din panouri solare fotovoltaice și o miniturbină eoliană

Amplasamentul obiectivului : Jud. Constanța, zona Grindu Chituc

Lucrări aferente obiectului de investiții : Amplasare miniturbină eoliană și 2 panouri solare fotovoltaice, modernizare drumuri acces, construire drumuri noi de acces și platforme de montaj, amplasare cabluri electrice subterane, racordare la stația de transformare.

Suprafața terenului : 375 m²

Suprafața construită la sol : 3 m²

Suprafața desfășurată : ……..

– P.O.T. existent 0.00%

– C.U.T. existent 0.00

– P.O.T. propus 0,8 %

– C.U.T. propus …..

Autor proiect : Bănescu Alexandru

Îndrumător proiect : Sl.Dr.Ing. Ciurea Cornel

Amplasament

Obiectivul propus este situat în extravilanul comunei Săcele, județul Constanța, în zona Grindu Chituc ,terenul are o suprafață de 375 m².

Vecinătățile terenului sunt următoarele:

Nord – Lacul Nuntași

Est – Grindul Chituc

Vest – Comuna Săcele

Sud – Localitatea Vadu

2.4. Informații geotehnice și geologice

Cercetarea geotehnică a terenului de fundare are drept scop obținerea datelor geotehnice, a elementelor geologice, hidrogeologice, seismice și cele referitoare la antecedentele aplasamentului pentru o descriere adecvată a proprietăților esențiale ale terenului și pentru o estimare în domeniul de siguranță a valorilor parametrilor care vor fi utilizați în proiectarea geotehnică și în execuția construcției.

CONSIDERAȚII GEOLOGICE ȘI GEOMORFOLOGICE;

Din punct de vedere al regionării fizico-geografice, amplasamentul studiat este situat în zona Dobrogea Centrală.

Dobrogea Centrală, cu un relief deluros, este numită și zona șisturilor verzi. Se află încadrată de faliile Peceneaga-Camena în nord și Capidava-Ovidiu în sud. Regiunea apare mai ridicată spre Podișul Babadagului, și coborâtă către vest. Șisturile verzi, intens cutate, sunt acoperite în unele locuri de o cuvertură de platformă, de vârstă jurasică. Structurile majore sunt formate din anticlinorii și sinclinorii orientate în partea de nord pe direcția NV-SE, iar spre sud pe direcția E-V. Structura aceasta se datorește mișcărilor tangențiale din intervalul de timp barremian apțian, care au deversat șisturile verzi spre Dobrogea de Nord în lungul liniei Peceneaga-Camena și spre Dobrogea de Sud, în lungul liniei Capidava-Ovidiu. Aceste mișcări tangențiale se reflectă în paralelismul axelor cutelor, cât și în direcția generală a orientării planelor de șistuozitate. Cuvertura sedimentară este alcătuită predominant din depozite jurasice care stau deasupra șisturilor verzi, este ondulată formând zone de sinclinorii, asimetrice situate la rândul lor pe sinclinalele șisturilor verzi.

In Dobrogea Centrală (Podișul Casimcei) interfluviile au caracterul unor poduri netede cvasi structurale sau ușor ondulate pe zeci de kilometri, chiar dacă apar etajate. Sub nivelul general al interfluviilor se conturează treapta depresiunilor și văilor, care înregistrează caractere diferite conform structurii și tectonicii regiunilor în care au apărut. Au luat naștere, în acest sens, depresiuni de contact (de exemplu Fântâna Mare la contactul dintre șisturile verzi și calcarele cretacice), depresiuni de sinclinal (Slavă, Casimcea etc.), depresiuni de baraj carstic (Stupina, Crucea) ș.a. Văile ca și alte forme de relief au înregistrat în morfologia lor caracterele tectono structurale ale regiunii apărând ca văi de sinclinal (Slavă, Casimcea), văi transversale (valea Jidinilor), văi cu aspect de canion, ca cele formate în placa sarmatică din sud, dar și în formațiuni mai vechi, cretacice etc.

Relieful generat de apele curgătoare este rezultatul acțiunii rețelei de cursuri permanente, existente în Dobrogea Centrală (de exemplu Slavă, Casimcea) și a celei cu scurgere temporară, predominantă în Dobrogea de Sud. La acestea se adaugă lacurile, fie că este vorba de limane fluviatile, fluviomarine, lacuri artificiale etc. în ansamblul ei, rețeaua hidrografică dovedește un grad specific de ierarhizare, dezvoltare și desfășurare în spațiul geografic al Dobrogei. Văile care se dirijează spre Marea Neagră sunt mult mai lungi, au bazine de recepție dezvoltate și numeroși afluenți, îndeosebi în sectoarele superior și mijlociu, comparativ cu râurile ce aparțin bazinului Dunării, care simt mai scurte, cu bazine hidrografice mai restrânse și un număr redus de afluenți. Rețeaua de ape dinspre Marea Neagră a înregistrat mai ales în ultimul deceniu modificări importante datorită intervenției antropice. Schimbările sunt legate, în principal, de activitatea de irigație, de cea piscicolă prin construirea heleșteielor etc. Majoritatea arterelor hidrografice se termină prin limane și lagune, dar sectorul lor inferior reprezintă mai mult o câmpie acoperită cu depozite loessoide, neexistând o delimitare morfologică netă a acesteia. în același timp, văile cele mai mari (Slavă etc.), au aspectul unor largi culoare, cu un profil complex caracterizat pe alocuri prin versanți abrupți și fundul neted, unele purtând și din acest motiv numele de canarale.

în partea de mijloc și sudică a regiunii centrale a Dobrogei se întâlnesc condițiile specifice unor topo climate cu nuanțe uscate, cu precipitații sub 400 mm anual, cu perioade îndelungate de secetă, caracter torențial al precipitațiilor, cu strat de zăpadă foarte redus, cu valori medii anuale ale temperaturii aerului sub 11 DC.

Terenul unde se va aplasa miniturbina eoliană și panourile fotovoltaice este unul de tip agricol, cu o productivitate scăzută, cu o înclinare scăzută de 3 %.

În vederea evidențierii caracteristicilor fizico – mecanice ale solului, au fost realizate două foraje geotehnice cu diametrul de 5’’ (1 țol = 2.54 cm ; 5’’ = 12.7 cm).

Probele rezultate au fost analizate în laborator, rezultând următoare formațiuni geologice:

Adâncimea maximă de înghet în perimetrul respectiv este de 0.80 m , conform STAS 6054/1977.

Se evidențiază astfel că în această zonă terenul prezintă următoarea succesiune litologică:

Foraj MVS1:

În suprafață există un strat de pământ vegetal cu grosimea aproximativă de 0.40m ;

Urmează un strat de argilă prăfoasă, cu grosimea aproximativă de 0.30m ;

De la adâncimea de 0.70m urmează un strat de leoss argilos pâna la 2.80m ;

Urmează un strat de argilă galben roscată, cu grosimea aproximativă de 2.00m ;

De la adâncimea de 4.80m urmează din nou un strat de Leoss argilos pâna la 6.10m ;

Urmează un strat de argilă roșcată, cu grosimea aproximativă de 1.80m ;

Pană la adâncimea de 7.90m s-a efectuat cel mai adânc foraj, în continuare straturile se prezintă cu conținut de șisturi verzi.

Foraj MVS2:

În suprafață există un strat de pământ vegetal cu grosimea aproximativă de 0.40m ;

Urmează un strat de argilă prăfoasă, cu grosimea aproximativă de 0.40m ;

De la adâncimea de 0.80m urmează un strat de leoss galben prafos pâna la 3.10m ;

Urmează un strat de șisturi verzi degradate, cu grosimea aproximativă de 3.00m ;

Pană la adâncimea de 6.10m s-a efectuat cel mai adânc foraj, în continuare straturile se prezintă cu conținut de șisturi verzi.

Studiul geotehnic prezintă o presiune convențională a terenului de aproximativ de aproximativ 120 kPa, presiune care va fi considerată în calculul infrastructurii construcției.

Zona seismică

Încadrarea seismică este în conformitate cu Codul de proectare seismică: P100/2013:

Amplasamentul este situat în zona seismică cu urmatoarele caracteristici:

valoarea accelerației de vârf a terenului (din harta de zonare a României) ag=0,20g;

perioadele de control (colț) Tc=0,7 s ( din harta de zonare a României în perioade de colț) , Tb=0,14 s, Td=3 s (din tabelul 3.1. Perioadele de colț ale spectrului de răspuns).

factorul de importanță – expunere γ I =1,0;

Informații climatice

Factorii climatic din zona determina în general un climat temperat continental prezentând însă unele particularități legate de poziția geografică cât și de componentele fizico -geografice a microregiunii în care se găsește amplasamentul.

Conform Institutului Național de Meteorologie și Hidrologie, regimul de temperaturi pentru această zonă este :

temperatura medie anuală : 10-11⁰C

temperaturi medii multianuale în luna ianuarie : -4⁰C

temperaturi medii multianuale în luna iulie : + 17⁰C

precipitațiile medii multianuale :400-500 mm-an

Din punct de vedere pluviometric în zona cantitatea medie anuală de precipitații este de 451 mm ce califica zona teritorială în discuție ca având valorile cele mai mici de precipitații medii anuale comparative cu restul țării.

în ceea ce privește repartiția cantităților de precipitații intre intervalul cald și rece al anului se constată o mare disproporție și anume:

în intervalul cald : 298.6mm

în intervalul rece : 152.4mm

în ceea ce privește anotimpul rece, în evoluția precipitațiilor se fac vizibile două perioade și anume:

Una mai umedă (noiembrie -ianuarie)

Una mai uscată (februarie -martie)

Cantitatea maximă de precipitații înregistrată în 24 de ore în zona este de 130mm.

Descrierea Proiectului

Lucrări de construcții:

Lucrările de construcție aferente implementării proiectului prevăd realizarea următoarelor obiective:

Drum acces ;

Platforme ;

Șanțuri subterane și pozare cabluri electrice ;

Fundații ;

În plan orizontal

Drumurile de acces către amplasament sunt de două categorii :

Drumuri existente reabilitate L = 958 m;

Drumuri noi L = 1469 m ;

În profil transversal

Drumul pentru accesul propriu-zis în amplasament va fi amenajat cu o platformă având lățimea de 4.00 m din care 3.50 m parte carosabilă și acostamente laterale cu lățimea de 0.25m.

Taluzurile drumului vor avea panta de 2:3, atât în rambleu cât și în debleu. Lateral taluzurilor se vor executa rigole din pământ pentru colectarea apelor provenite din ploi sau din topirea zăpezii și evacuarea lor controlată spre văi secundare naturale.

Partea carosabilă a drumului pe aproape toată lungimea se consolidează cu o structură rutieră alcătuită din următoarele straturi:

teren natural compactat – 20 de cm;

geotextil, strat de nisip de 5cm și geogrilă;

strat de bază, cu grosimea de 20 cm, din piatră spartă dimensiunea granulelor 63-80 mm, SR667/2001;

strat de rulare, cu grosimea de 20 cm, din piatră spartă, 25-63 mm, SR 667/2001; acest strat după compactare va avea o înclinare de suprafață cu strat de split 16-25 mm SR 179/1995 și strat de nisip grăunțar 0-4 mm, SR 179/1995.

Pământul suport al structurii rutiere va fi compactat pe o grosime de 50 cm în straturi a câte 25 cm. Partea carosabilă se amenajază cu pantă transversală unică de 2% pentru drum .

Drumurile de acces vor fi subtraversate de cablurile electrice ce fac legătura dintre turbine și stația de colectare / transformare. Aceste cabluri vor fi protejate.

Pentru preluarea și evacuarea apelor meteorice de pe amplasament, vor fi amenajate rigole și podețe.

Infrastructura și suprastructura miniturbinei

Fundația pentru miniturbina eoliană:

Fundarea se va face direct în orizontul de loess, prin intermediul unei fundații izolate, grosimea tălpii fiind de 40 cm, înălțimea și lățimea elevației de 60 cm iar lățimea tălpii de 5.00 m. Fundația miniturbinei va fi dispusă la cota -1.00m, conform studiului geotehnic.

Betonul folosit la realizarea fundației miniturbinei este beton de clasă C20/25.

Suprastructura este realizată din structură metalică, reprezentată de inel și accesorii, va fi pusă la dispoziție de către producătorul miniturbinei.

Turbina de vânt are un rotor de 5.40m diametru și este amplasată pe un turn autoportant de 15 m înălțime.

Infrastructura și suprastructura panoului solar fotovoltaic

Fundația pentru panoul solar fotovoltaic :

Fundarea se va face direct în orizontul de loess, prin intermediul unei fundații tip radier simplu, grosimea radierului fiind de 50 cm și lățimea radierului de 5.00 m. Fundația panoului solar va fi dispusă la cota -0.50m, conform studiului geotehnic.

Betonul folosit la realizarea panoului solar fotovoltaic este beton de clasă C20/25.

Suprastructura este realizată dintr-un orientator cu picior tubular de 4.30 m și o suprafață de 7.43 x 6.34 m pe care se amplasează 36 de module fotovoltaice.

Materiale folosite

Pentru executarea lucrărilor de infrastructură și suprastructură se vor folosi

următoarele materiale :

Beton de clasă :

C 25/30 , în fundație

C 8/10 , la stratul de egalizare

Armături :

PC 52 , pentru armatură longitudinală de rezistență

OB 37 , pentru armatură transversală de rezistență ( etrierii )

Tehnologii propuse pentru execuție

Înainte de începerea lucrărilor, trebuie adus la cunoștinșă documentația tehnica, personalului de conducere al șantierului.

Pe parcursul desfășurarii execuției lucrărilor, dacă apar eventuale probleme între prevederile din proiect, trebuie anunțat proiectantul în cauză, deoarece el este singurul în drept să răspundă solicitărilor cu privire la desfășurarea activității de execuție în vedrea realizării obiectivului.

Vor fi interzise eventualele modificări sau schimbări de materiale dacă nu este înștiințat proiectantul de specialitate.

Tehnologia de execuție a infrastructurii:

La realizarea infrastructurii se vor parcurge următoarele:

turnarea betonului de egalizare în șanțurile realizate din săpătură manuală, de grosime 10 cm

confecționarea armăturilor se vor realiza în ateliere specializate

se realizează turnarea betonului în talpa fundației

cofrarea se realizează cu panouri refolosibile realizate din scânduri de cherestea pentru elevația grinzii de fundare

se începe turnarea betonului cu ajutorul automalaxorului cu pompă

betonul se va menține în cofraje și va fi tratat corespunzător prin stropirea acestuia cu apă

la final se realizează hidroizolația fundației

Tehnologia de execuție a suprastructurii:

se vor confecționa armături din oțel tip OB37 și PC52 pentru realizarea stâlpilor în ateliere specializate

se realizează cofrarea cu ajutorul panourilor refolosibile din scânduri de cherestea a stâlpilor

se toarnă betonul în stâlpi cu ajutorul automalaxorului cu pompă

se pun sprijiniri realizați din popi metalici la planșee si grinzi

se cofrează cu panouri refolosibile din scânduri de cherestea la grinzi si la plăci

se realizează confecționarea armăturilor din oțel pentru grinzi și plăci în ateliere specializate

se toarnă betonul în grinzi și în plăci cu ajutorul automalaxorului cu pompă

betonul se va menține în cofraje și va fi tratat corespunzător prin stropirea acestuia cu apă

se va realiza închiderea perimetrală

se va realiza montarea tâmplăriei interioare și respectiv exterioare

se realizează șapa de egalizare

Organizarea lucrărilor de construcții

Organizarea incintei de șantier urmărește desfășurarea la nivel optim a activităților specifice și realizarea unei manevre a resurselor necesare proceselor în desfășurare.

Activitățile desfășurate pe șantier nu necesită spații suplimentare de depozitare, incinta șantierului se încadrează în limetele proprietății.

1.9.5.1 Evaluarea economică

Considerentele care definesc prezentul proiect din punct de vedere economic sunt prezentate în Capitolul 4 al lucrării . După parcurgerea etapelor pentru întocmirea decomentației tehnico-economice s-a ajuns în final la un preț estimativ pentru partea de rezistență a proiectului de 670,302.93 lei (152,342 euro , pentru 4,4 lei/euro ) . Ținând seama de suprafața desfășurată a construcției se ajunge la un preț estimativ de 257euro/mp

Capitolul 3

3. Breviar de calcul

3.1. Analiza variabilității acțiunilor

În funcție de variația lor în timp, acțiunile în construcții sunt clasificate după cum urmează:

Acțiuni permanente – sunt acele acțiuni în care variația în timp este nulă sau neglijabilă (cum ar fi : greutatea proprie a structurii);

Acțiuni variabile – sunt acele acțiuni în care variația în timp a parametrilor ce caracterizează acțiunea nu este nici monotonă, nici neglijabilă (cum ar fi: încărcarea din vânt, încărcarea din zăpadă, încărcările utile, variația temperaturii);

Acțiuni accidentale – sunt acele acțiuni care au o durată mai scurtă dar de intensitate semnificativă, exercitându-se cu probabilitate redusă asupra structurii în timpul duratei sale de viață proiectate (cum ar fi: exploziile, incendiile, mișcările seismice impactul cu vehicule).

3.2. Evaluarea încărcărilor

Evaluarea încărcărilor se va realiza în conformitate cu Codul de Proiectare CR0-2012 – “Bazele proiectării structurilor în construcții”

Pentru starea limită ultimă se vor considera următoarele grupări:

Gruparea Fundamentală (GF) reprezintă combinația factorizată a acțiunilor care cuprinde exclusiv sarcini gravitaționale, și avem :

-încărcările datorate acțiunilor permanente;

-încărcări datorate unor încărcări temporare, a căror prezență simultană este practic posibilă;

Gruparea Specială (GS ) reprezintă combinația factorizată a acțiunilor care cuprinde și acțiunea seismică cu valoarea de proiectare, și avem:

-încărcări datorate acțiunilor permanente;

-încărcările datorate unor acțiuni temporare a căror prezență în timpul apariției unei -acțiuni excepționale este posibilă cu o intensitate cvasipermanentă sau, eventual frecvent întâlnită, redusă;

-o acțiune excepțională;

Pentru structurile în care sunt acționate predominant efectele acțiunii vântului, relația de grupare a (efectelor) acțiunilor din greutate proprie Gk, din vânt Vk și din zăpadă Zk este redată astfel:

și la fel, în cazul unei structuri în care sunt acționate de aceleași acțiuni, unde va predomina de data asta efectul acțiunii zăpezii Zk, relația de grupare se scrie astfel:

în care:

Gk -> reprezintă valoarea efectului acțiunilor permanente pe structură, calculată cu valoarea

caracteristică a acțiunilor permanente;

Zk -> reprezintă valoarea efectului acțiunii din zăpadă pe structură (pe acoperiș), calculate

cu valoarea caracteristică a încărcării din zăpadă;

Vk -> reprezintă valoarea efectului acțiunii vântului pe structură, calculată cu valoarea

caracteristică a acțiunii vântului ;

Gruparea Accidentală din care fac parte:

încărcări datorate acțiunilor din explozii;

încărcări datorate acțiunilor de impact.

Miniturbina eoliană:

Panou solar:

3.3. Evaluarea acțiunii vântului

Evaluarea acțiunii vântului s-a realizat în conformitate cu normativul de proiectare CR 1-1-4/2012.

În cazul miniturbinelor eoliene și a panourilor solare în faza de proiectare a acțiunii vântului, una din cerințele de proiectare importante este în care structura trebuie să garanteze o rezistență suficientă sub acțiunea încărcărilor extreme din vânt, corespunzând cele mai mari viteze a vântului din aplasamentul respectiv.

Pentru această lucrare am calculat variația presiunilor, adică rezultatele sucțiunilor din acțiunea vântului pe generatoarea turnului miniturbinei eoliene și respectiv pe întreaga suprafață a panoului solar reprezentând oglinda de captare a razelor solare.

Miniturbină eoliană:

Pe suprafața verticală a miniturbinei s-a calculat presiunea vântului, aflată la cota z = 8 metri deasupra terenului natural.

Panou Solar:

Pe suprafața înclinată s-a calculat presiunea vântului, aflată la cota z = 6,35 m deasupra terenului natural.

Construcțiile propriu-zise se află în afara zonelor urbane și rurale, având o densitate redusă de construcții.

Conform hărții de mai jos, pentru amplasamentul nostru (Dobrogea est – centrală) valoarea de referință a presiunii dinamice din vânt pentru intervalul mediu de recurență de 50 de ani este de 0,50 kPa.

Zonarea valorilor de referință ale presiunii dinamice a vântului qb in kPa, IMR = 50ani – harta nr.4

Miniturbină eoliană:

Pentru miniturbina noastră avem un amplasament unde vom considera categoria de teren zero (0) – ,,Mare sau zone costiere expuse vânturilor venind dinspre mare ’’ , iar în funcție de aceasta s-a realizat următorul calcul:

z0 = 0,003 m – lungimea de rugozitate

z = 8,00 m – înălțimea deasupra terenului natural

kr(z0) = 0,189 * (z0 / 0,05)0,07 = 0,189 * (0,003 / 0,05)0,07 = 0,155

Factorii kr(z0) și kr2(z0) pentru diferite categorii de teren – tabelul nr.2

√β = 2,74 – factor de propoționalitate categoria 0 de teren

Factor de proporționalitate – tabelul nr.3

= 1,15 – factorul de importanță expunere , corespunzător clasei I

vb = – valoarea de referință a vitezei vântului

qb = 0,5 kPa – valoarea de referință a presiunii dinamice a vântului conform hărții nr. 4

= 1,25 kg/m3 – densitatea aerului ce variază în funcție de altitudine, temperatură etc.

vb = = 0,895 m/s

Ce(z) = Cpq(z) * C2r(z) – factorul de expunere

Cpq(z) = 1 + 7 * Iv(z) – factorul de rafală pentru presiunea medie a vântului

Iv(z) = √β / [2,5 * ln(z/z0)] – intensitatea turbulenței vântului

Iv(z) = 2,74 / [2,5 * 7,89] = 0,139

Cpq(z) = 1 + 7 * 0,139 = 1,973

C2r(z) = k2r(z0) * [ln(z/z0)]2 – factorul de rugozitate pentru presiunea dinamică a vântului

C2r(z) = 0,024 * 62,23 = 1,49

Ce(z) conform punctului 2.20 din CR 1-1-4-201, factorul de expunere Ce(z)=1,90÷5,00

vm(z) = Cr(z) * vb – viteza medie a vântului

Cr(z) = kr(z0) * [ln(z/z0)] = 0,155 * 7,89 = 1,23

vm(z) = 1,23 * 0,895 = 1,101

Cpv(z) = 1 + 3,5 * Iv(z) – factorul de rafală pentru viteza medie a vântului

Cpv(z) = 1 + 3,5 * 0,139 = 1,49

vp(z) = Cpv(z) * vm(z) – valoarea de vârf a vitezei vântului

vp(z) = 1,49 * 1,101 = 1,64 m/s

Pentru calculul acestor presiuni s-a ținut cont de forma turnului miniturbinei : cilindru circular având diamtreul secțiunii circulare la bază de 0,80 m respectiv 0,40 m în vârful ei.

Coeficienții de presiune în cazul structurilor de formă cilindrică depind în conformitate cu CR 1-1-4/2012 de numărul lui Reynolds.

Pentru structura turnului miniturbinei, modelarea acțiunii vântului a fost determinată la diferite înălțimi presiunea vântului respectiv sucțiunea, valorile presiunilor fiind determinate la intervale de 22,50 față de direcția de acțiune a vântului.

În următoarele diagrame sunt reprezentate valorile presiunilor respectiv sucțiunilor:

Cota Z = 1.30 m Cota Z = 2.60 m

Cota Z = 3.90 m Cota Z = 5.20 m

Cota Z = 6.50 m Cota Z = 8.00 m

Panou Solar:

Amplasamentul panoului solar este identic cu cel al miniturbinei eoliene, vom considera categoria de teren zero (0) ,,Mare sau zone costiere expuse vânturilor venind dinspre mare ’’,

în continuare este prezentat o hartă a vânturilor în România în [m/s]:

Harta de vânt a României – viteza vântului [m/s] harta nr.6

Conform hărții nr. 6, viteza vântului pentru zona Grindu Chituc este Vv = 9,0 m/s.

Conform hărții nr. 4, presiunea dinamică a vântului pentru zona Grindu Chituc este

qb = 0,5 kNm2 .

Panoul nostru solar avem următoarele dimensiuni:

b = 7,43 m A = 47,19 m2

h = 6,35 m L = 4,3 m

În continuare este prezentat calculul necesar pentru determinarea încărcării din vânt afert panoului solar:

qb = 0,5 kNm2

Vv = 9,0 m/s

We = qb * Cf

Cf = 2,5 * Ψχ

Ψχ = ⱷ – χ

ⱷ = 1

χ = 2 * h / b => χ = 2 * 0,86 => χ = 1,71 < 10

Ψχ = 1 – 1,71 => Ψχ = 0,71

Cf = 2,5 * 0,71 => Cf = 1,75

We = 0,5 * 1,75 => We = 0,875 kN/m2

Încărcarea din vânt este determinată astfel:

H = A * We => H = 47.19 * 0.875 => H = 41.30 kN

3.4. Evaluarea acțiunii zăpezii

Se realizează conform CR 1-1-3/2012 – Cod de Proiectare ,,Evaluarea acțiunii zăpezii asupra construcțiilor’’

Evaluarea acțiunii zăpezii a fost stabilită numai pentru panoul solar, deoarece cantitatea de zăpadă depusa pe rotorul miniturbinei nu poate acoperi o încărcare semnificativă, astfel încât aceasta va fi neglijabilă.

Încărcarea din zăpadă pe panoul solar ia în considerare depunerea de zăpadă în funcție de forma și de suprafața panoului solar.

În cazul temperaturilor positive, topirea zăpezii de pe panou se va realiza într-o manieră accelerată datorită pantei mari pe care panoul o are.

Valoarea caracteristică a încărcării din zăpadă se va nota cu ,,S’’ pentru situația de proiectare se va determina după cum urmează:

S = ƳIS ∙ µi ∙ Ce ∙ Ct ∙ Sk

Zonarea valorilor caracteristice ale încărcării din zăpadă pe sol Sk, (Kn/m2), pentru altitudini A ≤ 1000 m – harta nr.8

Panou solar:

Sk = 2,0 kN/m2 – extrasă din harta de zonare, pentru Dobrogea – Centrală

Ce = 0,8 – este coeficientul de expunere al construcției în aplasament;

Valorile coeficientului de expunere Ce abelul nr.9

ƳIS = 1,15 – este factorul de importanță-expunere pentru acțiunea zăpezii;

Ct = 1,0 – coeficientul termic

µi = 0,8 – coeficientul de formă al încărcării din zăpadă pe panou –

Cazul:

S = 1,15 ∙ 0,80∙ 0,80 ∙ 1,0 ∙ 2,0 = 1,472 kN/m2

3.5. Evaluarea acțiunii seismice

La baza calculului forței seismice stă Normativul de proiectare P100-1/2013 ‘’Cod de proiectare seismică’’

Atât miniturbina eoliană cât și panoul solar au suprastructura realizată din secțiuni tubulare circulare sudate elicoidal.

La evaluarea acțiunii seismice, forța seismică de bază este următoarea:

Fb=γI·Sd(T1 )·m·λ

În continuare este redat calculul forței seismice realizat atât pentru miniturbină cât și pentru panoul solar:

Zonarea valorilor de vârf ale accelerației terenului pentru proiectarea ag cu IMR = 225 ani – harta nr.7

Zonarea teritoriului României în termenii de perioadă de control (colț), Tc a spectrului de raspuns- harta nr.9

Miniturbină eoliană:

γI = 1,00 – factorul de importanță-expunere al construcției

Sd(T1) = ag · > 0,2· ag pentru (T1 > TB) – reprezintă ordonata spectrului de răspuns de proiectare corespunzătoare perioadei fundamentale T1

= pentru TB < T1 < TC

β0(T) = 2,50 pentru Grindu Chituc Tc=0,7s

q = 2 · = 2*1 = 2 clasa de ductilitate înaltă, pentru structuri din oțel

ag = 0,20g pentru județul Constanța– conform hărții de zonare a valorii de vârf a accelerației terenului pentru cutremure având IMR =225ani, figura 7;

Sd(T1) = 0, 20g · > 0,2· ag

T1 = Ct x (H)3/4 – reprezintă perioada proprie fundamentală de vibrație

Ct = 0,085 – este un coeficient ale carui valori sunt în funcție de tipul structurii, iar în cazul nostru avem structuri din oțel

T1 = 0,085 * 83/4 = 0,41 s

m = 1500 kg – masa totală a miniturbinei eoliene;

λ = 1,0 – factor de corecție care ține seama de contribuția modului propriu fundamental prin masa modală efectivă asociată acestuia

TB = 0,14 s – din tabelul 3.1 din P100 – 1/2013

Fb= 1,00 · 0, 20 · 9,81 · · 1,5 · 1 = 3,679 kN

Panou Solar:

γI = 1,00

= pentru TB < T1 < TC

β0(T) = 2,50 pentru Grindu Chituc Tc=0,7s

q = 2 clasa de ductilitate medie, pentru structuri din oțel

ag = 0,20g pentru județul Constanța

Sd(T1) = 0, 20g · > 0,2· ag

Ct = 0,085

T1 = 0,085 * 7,4753/4 = 0,38 s

m = 2128 kg – masa panoului solar;

λ = 1,0

TB = 0,14 s

Fb= 1,00 · 0, 20 · 9,81 · · 2,128 · 1 = 5,219 kN

3.6. Calculul și armarea fundației

3.6.1. Generalități

Fundațiile trebuiesc proiectate astfel încât să transmită la teren încărcările construcției, inclusiv cele din acțiuni seismice, asigurând îndeplinirea condițiilor privind verificarea terenului de fundare la stări limite.

Fundațiile ca elemente structurale se vor proiecta astfel încât să fie îndeplinite condițiile de verificare la stări limite ultime și ale exploatării normale.

Pentru alegerea tipului de fundație va depinde de următorii factori:

condițiile deteren

sistemul structural al construcției

condițiile de exploatare ale construcției

condițiile de execuție ale infrastructurii

3.6.2. Adâncimea de îngheț

Adâncimea de fundare va fi distanța măsurată de la nivelul terenului până la talpa fundației.

Adâncimea minimă de fundare va fi stabilită în funcție de:

nivelul apei subterane

natura terenului de fundare

adâncimea de îngheț ( pentru Grindu Chituc – 0,80 cm)

înălțimea minimă constructivă a fundației

condițiile tehnologice

3.6.3. Materiale utilizate la fundație

Atât fundația miniturbinei cât și fundația panoului solar, aceasta vor fi realizate din beton armat, excepție va fi fundația miniturbinei care va avea bloc de beton simplu și cuzinet din beton armat.

Caracteristicile betoanelor ce vor fi utilizate la executarea fundației le stabiliște proiectantul în funcție de destinație, solicitări, condițiile de mediu de fundare și totodată influența acestora asupra durabilității betonului de fundație în conformitate cu NE 012/2 – 2010.

Clasa betonului pentru fundație a fost aleasă conform NP 112 / 2014:

C8/10 pentru blocul de beton simplu (fundația miniturbinei)

C25/30 pentru cuzinetul miniturbinei și respectiv pentru fundația izolată elastică a panoului solar.

Tipul de ciment necesar la utilizarea preparării betonului pentru fundație se stabilește în funcție de influența condițiilor mediului de fundare în conformitate cu NE 012/2 – 2010.

Armarea fundației se va face cu armături longitudinale și transversale. Procentul minim de armare pentru armătura longitudinală și cea transversală este de 0,10%.

În continuare sunt listate rezistențele betonului și ale armăturii:

Rezistența la compresiune a betonului Rc = 24,30 N/mm2

Rezistența la întindere a oțelului PC 52 Ra = 300 N/mm2

Rezistența la întindere a oțelului OB 37 Ra = 210 N/mm2

Acoperirea cu beton va fi a = 50 cm conform NP 112/2014

Pentru stabilirea dimensiunilor în plan ale fundației este necesar, după caz, îndeplinirea tuturor condițiilor specificate în tabelul următor. Prin aceasta se consideră implicit îndeplinite condițiile calcului terenului de fundare la starea limită de deformație și la starea limită de capacitate portantă, ca stări limite ultime.

tabelul nr.9

3.6.1. Predimensionarea fundației

Miniturbină eoliană:

Datorită sistemului constructiv al suprastructurii și al caracteristicilor seismice din amplasament, s-a ales sistemul de fundare izolată cu bloc de beton simplu și cuzinet din beton armat pentru stâlpi metalici.

Conform normativului NP 112/2014 fundațiile tip bloc de beton și cuzinet sunt alcătuite dintr-un bloc de beton simplu pe care reazămă un cuzinet de beton armat în care se încastrează stălpul metalic. Pentru alcătuirea fundației trebuiesc îndeplinite următoarele condiții:

-blocul de beton simplu-

Înălțimea treptei este de minim 400 mm la blocul de beton cu o treaptă

Blocul de beton poate avea cel mult trei trepte a căror înălțime minimă este de 300 mm, înălțimea treptei inferioare este de minim 400 mm

Clasa betonului este de minim C8/10, dar nu mai mică decât clasa betonului necesară din condiții de durabilitate

Înălțimea blocului de beton se stabilește astfel încât tgα să respecte valorile minime, această condiție va fi realizată în cazul blocului realizat în trepte

-cuzinetul de beton armat-

Cuzinetul se realizează cu formă prismatică

Înălțimea cuzinetului (hc) va respecta următoarele valori minime:

– hc > 300 mm

– hc / lc > 0.25

– tg β > 0.65, daca tg β > 1.00 nu este necesară verificarea cuzinetului la forță tăietoare. Dacă nu respectă această recomandare, se va face verificarea la forță tăietoare conform SR EN 1992-1-1

Rosturile orizontale dintre bloc și cuzinet se vor trata astfel încât să se asigure condiții pentru realizarea unui coeficient de frecare între cele două suprafețe ʮ = 0,70 conform definiției din SR EN 1992-1-1, prin realizarea de asperații de cel puțin 3 mm înălțime distanțate la 40 mm.

Determinarea încărcărilor:

NT = N1 + N2

N1= efortul axial din GF/GS

N2 = efortul axial corespunzător încărcării date de greutatea fundației

N1 = = 19,361 kN/ml

N1GF = 19,361*1,35 => N1GF = 26,14 kN/ml

N1GS = 19,361*1 => N1GS = 19,36 kN/ml

N2 = 25 kN/m3 + (1,50*4,50+1*2,50)m2 => N2 = 231,25 kN/ml

N2GF = 231,25*1,35 => N2GF = 312,19 kN/ml

N2GS = 231,25*1 => N2GS = 231,25 kN/ml

Totalul încărcării pe metru liniar în fundație:

NT = 26,14 + 312,19 => NT = 338.33 kN/ml G.F.

NT = 19.36 + 231.25 => NT = 250.61 kN/ml G.S.

N =

M = +

Ni – forța axială în stâlp

Mi = momentul încovoietor în stâlp

di = distanța de la centrul de greutate al tălpii la axul stâlpului

N = 338.33 kN/ml

M = 201.16 kN*m

Predimensionarea blocului de beton:

=> Lt = 1,5Bt

P1,2 =

P1,2 =

A = Lt * Bt = 1,5 * Bt * Bt = 1,5*Bt2w = =

P1 1,2 Pconv => P1 = 1,2* 160 kPa = 192kPa

= 192 ; se aduce la același numitor:

* 1,5 * Bt = 192

192

432Bt3 – 507.50Bt – 1206.96 = 0 => Bt = 4.50 m ; Lt = 5.20 m

P1 = => P1 = 124.38 kPa 192kPa

P2 = => P1 = 64.54 kPa 192kPa

Predimensionarea cuzinetului:

=> Lc = 1,5Bc

P1,2 = 0 => P1,2 = 0

P1 = ; se aduce la același numitor:

* 1,5 * Bc = 0

0

= 0

Bc = => Bc = 2.38 m => Bc = 2.40 m

Lc = 1.5Bc => Lc = 3.10 m

P1 = => P1 = 115.16 kPa

P2 = => P2 = 45.75 kPa

Stabilirea dimensiunilor finale:

tg β = 0.869 > 0.65 => Ht = 1.50 m

tg α = 1.429 > 0.65 => Hc = 1.00 m

Dimensiunile finale: Lt = 5.20 m Bt = 4.50 m Lc = 3.10 m Bc = 2.40 m

Pnet1,2 = ( DJ ) ±

Nfund = ϒb * (Vcuz + Vbloc) => Nfund = 25 * (7.44 + 35.10) = 1063.5 kN

DJ = 2.5 * 18 => DJ = 45 kN

Pnet1,2 = ( ) ±

Pnet1,2 = 74.91 ±

Pnet1 = 106.83kPa < Pconv = 160 kPa

Pnet2 = 42.99 kPa < Pconv = 160 kPa

Armarea cuzinetului :

Pc1,2 = => => Pc1 = 115.16 kPa

Pc2 = => Pc2 = 50.75 kPa

Pc med = = = 80.16 kPa

Pc0 = 100.62 kPa

=

=

= 20.78

Pc0 = 100.62 kPa

Mx-x = Bc * [Pc0 * + (Pc1 – Pc0) * ] => Mx-x = 2.40 * [100.62 * + (115.16 – 100.62) * ) => Mx-x = 2.40 * 530.15 => Mx-x = 1272.37 kN*m

My-y = Lcy * Pcmed * => My-y = 3.10 * 80.16 * 2.88 => My-y = 715.67 kN*m

Secțiunea x-x:

Aa = = => Aa = 4395.06 mm2 => Aa = 43.951 cm2

Aaef = 43.96 cm2 => 14 Ø 20

D = = = 200 mm < dmax = 250 mm

Secțiunea y-y:

Aa = = => Aa = 2472.09 mm2 => Aa = 24.72 cm2

D = = = 230 mm < dmax = 250 mm

Aaef = 25.43 cm2 => 10 Ø 18