Ș. dr. ing. Dumitru Al. Dumitru [302201]

UNIVERSITATEA “VALAHIA” DIN TÂRGOVIȘTE

FACULTATEA DE INGINERIA MEDIULUI ȘI ȘTIINȚA ALIMENTELOR

Domeniul: INGINERIA MEDIULUI

Programul de studii: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI

ÎN AGRICULTURĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Absolvent: [anonimizat]:

Ș. dr. ing. Dumitru Al. Dumitru

Târgoviște

2016

UNIVERSITATEA “VALAHIA” DIN TÂRGOVIȘTE

FACULTATEA DE INGINERIA MEDIULUI ȘI ȘTIINȚA ALIMENTELOR

Domeniul: INGINERIA MEDIULUI

Programul de studii: INGINERIA ȘI PROTECȚIA MEDIULUI

ÎN AGRICULTURĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

cu titlul:

"SISTEME DE CONVERSIE A ENERGIEI EOLIENE PENTRU UTILIZĂRI INDIVIDUALE"

Absolvent: [anonimizat]:

Ș. dr. ing. Dumitru Al. Dumitru

Târgoviște

2016

CUPRINS

Motto: “De-a roata se rotește vântul și vânt se´ntoarcere din rotirea sa”

Biblia: Eclesiastul, cap. I, versetul 6

(Editura Litera, 2011, vol. 4, pag. 1157)

Cap. 1. Introducere

1.1. Istoricul utilizării energiei eoliene

Energia eoliană este folosită de omenire pe parcursul a mii de ani. Morile de vânt au fost folosite pentru a măcina sau pentru a pompa apa de peste 2000 [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat] a [anonimizat], producere de energie mecanica in scopul acționarii mecanismelor care consuma putere mica.

[anonimizat] : [anonimizat], cărbune, uraniu si plutoniu la centralele termonucleare. [anonimizat], aceasta fiind proiectata in mod special pentru fiecare tip de combustibil. [anonimizat]. [anonimizat].

[anonimizat], o energie electrica care nu poluează la scara mare de „morile de vânt„ [anonimizat] o accentuare a similarității cu turbinele cu gaz sau abur.

Energia vântului datează de peste o [anonimizat]-lea. O adevărată creștere a acestei tehnologii se arata abia după criză petrolului din anul 1973, creșterea bruscă a prețului petrolului impunând guvernelor țărilor dezvoltate să aloce multe resurse financiare pentru programe de cercetare si dezvoltare. Unde s-a creat o noua tehnologie la nivel mondial pe parcursul a 20 de ani si o piața foarte mare de desfacere piață Sistemelor de Conversie a Energiei Eoliene (SCEE)

Daca la începutul anilor 1973 principalul impuls l-a dezvoltarea SCEE (Sisteme de Conversie a Energiei Eoliene) a [anonimizat] s-a adăugat un nou stimulent acesta fiind tendința omenirii de a produce energie electrica „ curata " sau “ verde “ fara sau cu minuscule emisii de carbon.

Începutul unui nou avânt in domeniul conversiei energiei eoliene la marcat anul 1993 care a marcat o creștere de peste 20% a [anonimizat] 4.033 MW in anul 1999, [anonimizat], pentru prima data reușea sa depaseasca capacitatea puterii nucleare instalata in lume in același an. Capacitatea mondiala a crescut foarte mult, de peste 12 ori in perioada 1996-2006, ajung la o cifra de 73,904 MW in anul 2006. Liderul fiind Uniunea Europeana, urmata de SUA si India.

Nici-un alt sector din industria mondiala nu a cunoscut o dezvoltare așa spectaculoasă, preconizându-se ca în anul 2010 puterea instalata sa ajungă la 160.000 MW.

Fig.1.1. Modelul virtual al unei turbine eoliene

1.2. Obiectivul proiectului de diplomă

Obiectivul principal al acestui proiect de diplomă este acela de a investiga posibilitatea de a produce energie electrică pentru utilizări individuale, utilizând sisteme de conversie a energiei vântului în energie eoliană.

Pentru atingerea acestui obiectiv, este necesar să fie cunoscute fundamentele teoretice ale conversiei eoliene și construcția și funcționarea sistemelor cele mai moderne care realizează transformarea energiei cinetice a vântului în energie eoliană.

Apoi, proiectul își propune săanalizeze posibilitățile de acoperire a necesarului de energie electrică al unui consumator mediu, respectiv o instituție de învățământ superior – Universitatea Valahia din Târgoviște – prin instalarea unui sistem de turbine eoliene de tipologii și capacități de producție diferite.

Dealtfel, sistemul de turbine eoliene al Universității Valahia din Târgoviște este destinat atât producerii propriu-zise de energie electrică, dar și cercetărilor în domeniul îmbunătățirii randamentului conversiei eoliene, în condițiile în care unul din cele nouă domenii de cercetare la nivelul universității, asumate prin “Cartea albă a cercetării științifice” din Universitatea Valahia, este cel al energiei. Turbinele eoliene ale Universității Valahia, fac parte din echipamentele aflate în utilizarea Institutului de Cercetare Științifică și Tehnologică Mutidisciplinară, aflat în incinta noului campus.

Cap. 2. Conversia energiei cinetice în energie mecanică

2.1. Puterea și energia vântului.

Energia fluxului de aer care are o mișcare de viteza liniara v este stabilita cu expresia energiei cinetice :

E = m ; (2.1)

m – masa aerului in mișcare care este determinata de densitatea aerului;

p – volum de străbatere a unei suprafețe oarecare S intr-o unitate de timp.

m = pSv ; (2.2)

In expresia ( 2.2 ) unitatea de măsura a masei este kg/s si se va obține puterea fluxului de aer in wați când înlocuim in ( II.1 )

P= ; (2.3)

Densitatea de putere sau puterea specifica eoliană care va reveni la un metru pătrat de suprafață este :

P=0,5p ; (2.4)

La o temperatura de 15°C si la o presiune atmosferica normala, densitatea aerului va fi de peste 1,225 kg/m3, si daca inaltimea nivelului marii este intre 0 si 100 m, dintr-o prima aproximare vaiatia densității nu va mai depăși 5% si se va considera constanta.

Fig. 2.1. Variația puterii fluxului de aer în funcție de viteza cu care se va deplasa acesta.

In fig. 2.1 de mai sus a fost infatisata varitia puterii fluxului aerului in funcție de o viteza. Între 12,0 și 15,0 m/s variază vitezele nominale de calcul ale vântului pentru turbinele de mare putere.

Din expresiile (2. 3 si 2. 4) se vor constata următoarele concluzii:

Potentialul energetic al fluxului de aer, strabatut de suprafața S este prezentat in formulele (2.1 si 2.2)

La majorarea de patru ori a puterii unui flux care străbate suprafața rotorului este condusa de mărirea a diametrului rotorului (de doua ori).

Când se va majora de opt ori puterea unui flux de aer, viteza vântului va fi si ea crescuta de doua ori.

De o importata majora este faptul de a cunoaste valoarea din viteaza vântului si care va fi variația acesteia pe perioade lungi in care se prezice un potential energetic eolian intr-o anumita localitate.

2.2. Fluxul de aer și turbina eoliană

Aria baleiata este străbătuta de aerul transformat de turbina eoliana in energie cinetica de rotor in energie mecanica, si după in energie electrica cu ajutorului unui generator.

Figura 2.2. prezintă schematic fluxul de aer care conține o viteza inițiala , unde va stabate o arie unde interfereaza cu turbina cu aria baeiata Fluxul de aer va intalni o rezistenta intr-o sectiune , acolo presiunea ca urca, si viteaza va cobora pana la .

O buna parte din energie este cedata de fluxul de aer cu o viteza care este mult mai mica decat , deoarece unele mase de are sunt traversate de sectiunile ,si care vor ramane neschimbate, iar acolo viteza s-a diminuat, si va rezulta ca >>, deformand fluxul de aer care trece prin rotor. Jet-ul de curent de elice este denumirea fluxului de aer care este format in spatele elicei.

Fig. 2.2. Efectul care este produs de turbina asupra fluxurilor de aer.

2.3. Limita lui Betz

Fizicianul german Albert Betz a enunțat legea care răspunde la întrebarea “ Ce parte din energia cinetică a unui flux de aer poate fi transformată în energie mecanică ? “ în anul 1919.

Turbina care conține un rotor idealizat a fost evaluata de Betz, unde afirma ca rotorul poate prezenta un disc cu un număr foarte mare de pale, va omite o pierdere de energie, si aerul se va scurge prin secțiunile de mai sus.

– este viteza curentului care duce la rotor;

– viteza cu care fluxul de aer va trebuie sa paraseasca zona rotorului;

– viteza fluxului în secțiunea a rotorului. Variata cantității de mișcare este egalta cu forța care acționează asupra corpului, în conformitate cu legea a doua a lui Newton:

F=(mv)=m; (2.5)

Pentru modelul de sus variata de viteaza a curentului de aer pe parcursul unui secunde (dt = 1s) va fi dv = – și în consecintă:

F=m(); (2.6)

Când se va introduce factorul de frânare a unui flux de aer in turbină e=/, si ca viteza unui vânt va varia liniar, trebuie aflata viteaza unui flux de aer in aria aria a turbinei:

, ⇒ ; (2.7)

In conformitate cu relația ( 2.2 ), masa de aer care va străbate punctul , într-o secundă este:

m=p ; (2.8)

Din schimbarea forței F din ( 2.6 ) viteaza v2 din ( 2.7 ) si masa m din ( 2.8 ) va rezulta :

F= 2p; (2.9)

Din forță și viteză este dezvoltată puterea la turbine:

P=F ; (2.10)

Puterea unui flux de aer care va deține o viteza va fi :

sau 2; (2.11)

Din schimbarea expresiei puterii ( 2.10 ), este obținut :

P=4; (2.12)

în care: ; (2.13)

Se numește factorul de putere sau limita lui Betz. Derivând expresia în raport cu e și determină valoarea acestuia pentru care puterea P va fi maximă. Se obține e=2/3 și =16/27=0,593

Se va numi limita lui Betz sau factor de putere expresia care face parte dint-un raport cu e si se va afla o valoare pentru puterea P.

Putem să redactăm următoarea concluzie: din puterea inițială P, fluxul de aer va pierde nu mai mult de 59.3% din puterea sa, și aceasta se realizează dacă factorul de frânare e = 2/3 și viteza fluxului de aer după turbină va fi =1/3. Cele mai puternice eoliene cu trei pale au factorul Betz egal cu 0,45 – 0,50.

2.4. Diametrul unui rotor și efectele numărului de pale.

O turbină eoliană ideală poate să atragă din vânt o putere de cel mult 59.3% , dar studiul de mai sus nu prezice regimul de funcționare a turbine sau varianta rotorului astfel încât să poate atinge o valoare maxima a unui factor de putere. ( Limita lui Betz )

Din punct de vedere calitativ se va face o analiză de funcționare a turbinei și a efectului numărului de pale sau factorului de soliditate asupra valorii factorului de putere.

Valoarea optima este mai mare decât eficienta conversiei energiei fluxului de aer in energie mecanica, atunci când :

a) Rotorul rotește cu o viteză foarte mare și fiecare pală se mișcă într-un flux de aer turbulent de către pala din față sau turbina are un număr de pale mare.

b) Rotorul rotește cu viteză mică și fluxul de aer traversează suprafața rotorului fără a interacționa cu aceasta sau turbina are un număr mic de pale.

Prin urmare, pentru obținerea unei unei eficiente mari de conversie a energiei viteaza vântului trebuie sa fie intr-o corelație cu viteaza de vânt, acolo unde se utilizează un parametru pentru a caracteriza turbina cu unele caracteristici aerodinamice care se numește coeficient de viteaza al turbinei ( denumirea in engleza fiind speed ratio ).

Trei variabile importante ale turbinei: viteză de rota-ție ω, raza rotorului (diametrul) R și viteza vântului v și se definește că raportul dintre viteză liniară a vârfului palei U și viteză vântului.

λ=; (2.14)

Orice turbina este functionala intr-o gamă mult mai largă de variație a rapiditate λ, insa o sa contina o eficienta maximă Cp pentru o valoare optimă a rapidității, adica viteza liniara U trebuie sa fie egala cu viteaza vantului si aceasta trebuie sa fie înmulțită cu valoarea optimă a rapidității.

Fig. 2.3. Caracteristicile aerodinamice la diferite turbine eoliene.

Fig 2.3 prezintă caracteristicile Cp – λ, pentru turbinele cu un număr diferit de pale.

Explorarea acestor caracteristici permite dezbaterea următoarelor concluzii:

a) Atunci cand avem un numar de pale mic, este mai mare rapiditatea optima in care factorul de putere este maxim.

b) Atunci cand avem turbine de puteri egale, insa acestea contin un numar diferit de pale, se vor deosebi prin turbina aceea care va dezvolta un moment mai mare si care va avea o viteaza de rotatie mica si invers.

c) Cel mai mare factor de eficiena o are turbina cu trei pale. Avantajul turbinelor eoliene care au una sau doua pale consta in posibilitatea de a functiona intr-o zona mult mai mare de variate a rapiditatii, acolo unde factorul de eficienta aer o valoare maxima apropaita de cea maxima

d) Turbinele care au in componenta 12-18 pale au un factor maxim de eficienta mai mic decat la turbinele eoliene cu 3 pale.

Fig. 2.4. Turbină eoliană cu ax vertical

2.5. Tipuri de turbine eoliene

Clasificarea turbinelor eoliene se face in patru mari grupe:

În funcție de puterea care poate să o produce la viteaza de calcul a vântului, unde este cuprinsă in intervalul 11 – 15 m/s. Puteri cuprinse între 0,05 și 3,0 kw acestea fiind microturbinele, turbinele eoliene de putere mică care genereaza puteri cuprinse undeva între 3 și 30 kw, iar cele de putere medie 30-1.000 kw.

Turbinele eoliene de puteri mici, cat si microturbinele sunt concepute pentru functionare in regim autonom pentru a alimenta cu enegie consumatorii de pe teritoriu care nu sunt conectati la reteaua de energie electrica publica.

Turbinele sunt dotate cu acumulatoare de energeie electrică și mecanisme de conditonare a energiei: regulatoare și convetoare de frecvență.

Aceste turbine eoliene au in dotare acumulatoare de energie electrica dar si mecanisme care conditioneaza energia : regulatoare, convertoare de frecventa.

In cea din urma grupa ( a patra ) se gasesc acele turbine de puteri foarte mari de peste 1000 kW, care sunt denumite turbine eoliene multimegawatt, iar acestea functioneaza in paralel cu reteaua publica.

De-a lungul anilor au fost propuse și patentate mi de scheme constructive ale turbinelor eoliene, darau fost testate doar câteva zeci.

In majoritatea cazurilor gasim turbine cu axă orizontală, axă de rotație a turbinei coincide cu direcția vântului și este paralele cu suprafața solului.

Fig. 2.5. Turbinele cu un sigur rotor si axa de rotație orizontală: a) – cu o pală;

b) – cu două pale; c) – cu trei pale; d) – cu mai multe pale.

Mai sus este prezentat mai multe tipuri de turbine cu axa de rotatie orizontala, care contin doar un sigur rotor si numere diferite de pale

Fig. 2.6. Turbine eoliene care au axa de rotație orizontală: e) – cu trei rotoare; f) – cu două rotoare ce se rotesc în direcții diferite; g) – cu rotor în fața turnului și giruetă (up-wind); h) – cu rotor în spatele turnului cu autoreglare (down-wind).

In figura de mai sus ne sunt prezentate mai multe tipuri de turbine cu mai multe rotoare, care au axa de rotatie orizontala si care au un sigur rotor si dispozitive de autoreglare.

La turbinele cu axa verticală, direcția vântului va fi perpendiculară pe axa de rotație și, respectiv, perpendiculară pe suprafața solului (fig. 2.7).

Fig. 2.7. Turbine eoliene care au axa de rotație orizontală: i) – Savonius; j) – Darrieus; k) – Evence; l) – combinată Darrieus – Savonius.

Inginerii revin din nou la această schema constructivă, deși turbinele cu axă verticală au pierdut competiția, iar cauza principală consta următoarele două avantaje indiscutabile:

Multiplicatorul, generatorul și alte componente pot fi aplasate pe suprafața solului, unde nu sunt necesare gondola și turnul masiv.

Turbina nu are nevoie de un dispozitiv special de urmărire a direcției vântului.

Din păcate, dezavantajele acestor turbine predomina în comparație cu avantajele:

În stratul limitrof cu sprafata solului viteaza vântului este mult mai mică, astfel, se fac unele economii la contructia turnului, dar pierdem în puterea dezvoltată de turbină

Factorul de conversie a energiei vântului în energia mecanică va fi din ce in ce mai mic

Care un examplu turbina Evence sau Darrieus, nu asigură demararea, și este necesar un motor auxiliar care să ajute la pornirea turbinei sau o turbină mai mică de tip Savonius.

Turbinele de mare putere au nevoie de cabluri de suport, care măresc supvrafața ocupată pe sol.

Că să se înlocuiască rulmentul axial principal al turbine este necesară dezasamblarea completă.

Numărul de pale constituie o caracterisitca principală a turbinelor de axă orizontală, ele pot avea una, două, trei sau mai multe pale. Cu cat turbina eoliana contine mai multe pale, cu atat este mai mare aria suprafetei masurate de rotor.

Acele turbine care au in componenta 1-3 pale contin un factor de soliditate mult mai diminuat decat la turbinele eliene care au in componenta lor 12 sau 18 pale. Cu cât este mai mare rotorul cu multe pale, cu atât este mai mică viteaza de rotație a turbinei. Din cauza această turbinele cu puține pale sunt utizilate pentru generarea energiei electrice, iar cele cu pale multe sunt folosite pentru pomparea apei, acționarea ferăstraielor, concatoarelor etc, astel supus, pentru mașini care nevesita viteze mici de rotație și cupluri mari la pornire.

Fig. 2.8. Parc turbine eoliene

2.6. Principii de control al puterii furnizate de turbina eoliană în rețea

Tubina eoliană furnizează în rețea putere nominală, dacă viteaza vântului este egală cu cea de calcul. Cand vitezele de vant sunt foarte mari trebuie sa limitam puterea mecanica.

Motodele de control cele mai folosite sunt :

a) Frânarea aerodinamică pasivă;

b) Reglarea unghiului de atac;

c) Frantarea aerodinamică activă;

d) Scoatere rotorului turbinei din direcția vântului.

Cea mai simplă metodă este controlul puterii folosind frânarea aerodinamică pasivă și poate fi folosită pentru turbinele cu viteză de rotație constanța, iar cu alte cuvinte, viteaza de rotație nu este dependenta de viteza vântului sau variază nesemificativ (2-3%).

Fig. 2.9. Principiul de control al puterii furnizate în rețea folosind frânarea aerodinamică.

Frânarea aerodinamică activă contine o combinație între cele două metode: reglare a unghiului de atac și cu frânare aerodinamică. Ungiul de atac se reglează cu scopul de a obține eficiente sporite a conversiei vântului în energie mecanică, la viteza a vântului mai mică decât cea nominală.

2.6.1. Limita puterii prin scoaterea rotorului turbinei din direcția acțiunii vântului.

Motoda respectiva se face la turbinele cu putei mici de 30 kW. Cand vantul are o viteaza foarte mare, rotorul este scos de pe directia vantului prin rotierea lui in jurul axei turnului. In cele doua cazuri se vor folosi sisteme mecanice pasive.

În majoritatea proictelor realizate, 59% se folosește metodă de scoatere a rotorului turbinei din direcția acțiunii vântului, și 15% turbine nu mai au incorporate sisteme de control al puterii.

Fig. 2.10. Principiul de control al puterii furnizate în rețea folosind sisteme mecanice pasive

Turbinele care au putere egală sau mai mică de 3 Kw

Viteză de rotație a microturbinelor este mai mare cu 200-500 rot/min și este utilizată în general în regim autonom.

Mai mult de 95% din turbine sunt dotate cu generatoare sincrone de mică viteză, cu niște magneți permanenți, care este cuplat direct la rotorul turbinei, cum este prezentat în figura 2. 10, b.

Fig. 2.10. Turbină eoliană: a) – cu multiplicator; b) – cu cuplare directă.

Performanțele tehnice ale generatorului asincron scad foarte mult la viteze mici de rotație, și în sisteme electrice izolate necesită echipament special pentru stabilirea tensiunii.

În literatură de specialitate, nu s-au identificat exemple de dotare a microturbinelor cu generatoare asincron care să funcționeze în regim autonom și care să alimenteze o rețea electica izolată.

2.6.2. Turbine de mică putere – ( 3 – 30 kw )

În principul toate turbinele de putere nominală până la 10 kw sunt dotate cu GSMP care sunt cuplate direct cu turbină eoliană. În gama puterii de 10-30 kw mai sunt și unele execeptii că turbină eoliană produsă de “Atlantic Orient Corporation“ ( SUA ) care are puterea nominală la 20 kw și este dotată cu generator cu reluctanță variabilă.

2.7. Configurații de turbine eoliene

În figura 2.11 sunt prezentate principalele componente ale unui sistem eolian:

Fig. 2.11. Turbină eoliană de tip D – cu viteză variabilă și convertor cu puterea egală cu puterea nominală.

Captorul de energie (palele) aceste sunt proiectate din amestecul de fibre de stica și unele materiale compozite. Acestea au un rol de a prinde energia vântului și de a o transfera în rotorul turbinei. Randamentul turbinei este foarte dependent de unele studii aerodinamice foarte complexe, intrucant, diametrul palelor este folosit în de cum se dorește puterea.

Un exemplu clar, la turbinele care au în componență trei pale trebuie să folosim următoarele dimensiuni:

Pentru o putere de 10 kW este obligatoriu diametrul de 7 m pentru suprafața palelor;

Pentru o putere de 2 MW este obligatoriu diametrul de 27 de m pentru suprafața palelor;

Pentru o putere de 2 MW este obligatoriu diametrul de 72 de m pentru suprafața palelor.

Palele impun o lățime a cuplului de pornire, care trebuie să fie mare deoarece palele sunt mai late.

Eoliana este dependența de numărul palelor. În ziua de azi cel mai folosit sistem este cel care conține trei pale, pentru că asigura limitarea vibrațiilor, limitarea zgomotului precum si oboseala rotorului, fată de celelalte sisteme care sunt mono-pală sau bi-pale.

Între sistemul bi-pala și cel mono-pală, randamentul de putere este cu 10% mai mare pentru sistemele bi-pală, iar între sistemele care conțin trei pale față de cele care conțin două pale randamentul este în urcare cu 3%. În schimb, este o diferență bună între cost și viteza de rotație si multe avantaje estetice la sistemele cu trei pale.

Butucul are în componența sistemul pasiv, activ sau cel mixt ce ne lăsa să orientăm palele pentru a controla viteza de rotație.

Controlul activ, care are în componența motoarele hidraulice, mai poartă denumrea și de “pitch control“, ajutând la o modificare a unghiului incidenței pentru pale și schimbul valorificării maxime a vântului și pentru a limita puterea vântului. În mod normal palele trebuiesc rotite în jurul axei proprii, doar cu puține grade, în funcție de vânt, pentru a obține o putere maxima.

Controlul pasiv aerodinamic, care mai poarta și denumirea de “stall control”. Butucul conține palele fixate pe acesta, fiind create în mod special pentru a putea fi blocată la un vânt foarte puternic. Mai toate turbinele eoliene folosesc acest tip de control, doarece are un foarte mare avantaj.

Un ultim tip de control, constă în utilizarea avantajelor controlului activ și al celui pasiv, pentru controlare cât mai sigura și cat mai precisă a conversiei vântului în energie electrică. Acesta se folosește la turbinele eoliene de mari puteri.

Arborel primar acest arbore primar este al rotorului turbinei. Mai poarta numele de arbore lent, deoarece rotația este lentă 20-40 rot/min. Cu ajutorul multiplicatorului, el transmite mișcarea la arborele secundar.

Multiplicatorul mecanic de viteză admite transformare puterii mecanice, și este descris printr-un cuplu foarte mare și o viteza mică specifica turbinei eoliene, într-o putere de viteză mult mai ridicată, și cuplus este foarte mare, pentru a putea fi puse direct la generaotr. Acest multiplicator face conexiune intre arbori cel primar cu cel secundar.

Multiplicatoarele sunt de mai multe feluri :

Multiplicator care conține una sau chiar mai multe roți dințate. Acesta permițând schimbarea mișcării mecanice de la 20-30 rot/minut la 1500 rot/minut. Axele sunt fixate în rapot cu carcasa.

Multiplicator care conține un sistem planetar, unde ne este permis să aflam rapoarte de mari transmișii. În acest caz, axele de la roți nu sunt fixate față de carcasa, și rotirea se face față ce celelalte roți.

Arborele generatorului (arborele secundar) antrenează generatoarele direct fie ele sincron sau asincron, care conține una sau două perechi de poli. Acesta are în componeta o frâna care este și ea mecanica și este cu disc, folosită pentru frânare în căzut vânturilor foarte puternice. Acesta mai conține și alte sisteme de securitate. Generatoarele sunt de două feluri acestea fiind de curent continuu sau curent alternativ.

Generatorul sincron

Mașina sincrona (generator sincron) sunt folosite în antrenarea directă, mai ales între legătura mecanica dintre arberele de la turbină eoliană și al generatorului., unde realizarea se va face direct, pentru a nu mai fi utilizat un multiplicator. La final generatorul este conectat la rețea cu ajutorul convertoarelor mici statisctice. Dacă generatorul are în componența să niște magneți permanenți, acesta poate să merga într-un mod autonom.

Excitatia masinilor sincrone se va face in variantele :

Excitație electrică, unde bobinele care sunt în componența circuitului de excitație, au alimentare continua cu curent, cu ajutorul sistemelor cu perii și inele care sunt conectate pe arborele generatorului. Prin intermediul unui rederesor se mai face și alimentarea, acesta transformant energia de curent a rețelei, într-un curent continuu. Se mai găsesc și alte metode cu care se realizează excitația. Cele mai utilizare generatoare în ziua de astăzi sunt cele sincrone.

Cele care au magneți permanenți. Magneții permanenți care sunt situați pe rotor asigură sursă câmpului de excitare, ceea ce îl face independent față de rețea. Constructorii de eoliene utilizează acest tip de mașina foarte des, doarece are o funcționare autonoma, și conscturctia lui este simplă.

Generatorul asincron

Acesta este foare utilizat, pentru că poate suporta ușoare variații de viteză, constituind pentru aplicațiile eoliene un foarte mare avantaj, din cauza ca vântul evoluează atât de repede, mai ales când sunt rafale. Solicitările mecanice sunt extrem de necesare, acestea fiind mult mai mici la un generator asincron, față de celelelalte generatoare sincrone, acesta mergând doar la modul normal și la o faza constanța. Pentru turbinele eoliene care sunt izolate acesta mașina asincronă este extrem de puțin utilizata, pentru că are nevoie de niște baterii de condensare pentru a asigură energia reactiva necesară magnetizaii.

Realizarea mașinilor asincrone se face după două variante:

Cele care au rotor bobinat. Înfășurările rotorice find prinse în stea trebuie să fie legate la sistemele cu inele ce asigură intrarea la înfășurări, deoarece trebuie conectate la un convertor în cazul în care comanda se face prin rotor.

Cele cre au rotor circuit. Conscturctia rotorului este făcuta din niște bare scurtcircuitate la ambele capete.

Sistemul electronic controlabil are un rol de a porni eoliana, în sistem de reglare pentru înclinarea pantelor, un sistem de frânare, și un sistem de orientare la nacelei.

Sistemul de răcire. La turbinele eoliene se găsesc sisteme care răcesc și pentru generator dar și pentru multiplicator. Aceste sisteme sunt concepute din ventilatoare sau radioatare. Multiplicatoarele folosesc numai răcirea prin ulei.

Aparatura pentru măsurarea intensității vântului. Dispozitivele sunt de două feluri: pentru măsurarea vitezei vântului se folosesc anomometrele și pentru a evalua direcția se va folosi o giruetă.

Pilonul. Este alcătuit dintr-un tub foarte dur de otel și un turn care este metalic. Datoria pilonului este de a susține turbină eoliană dar și nacela. Pentru a se alege o înălțime oprima pentru turn, este stric necesar a se face o concesie intre prețurile pentru a construi turina și expunea dorită în vânt. Prin urmare cu cât turnul este construit cat mai înalt cu atât pretul va fi din ce în ce mai mare. În mod frecvent înălțimea pilonului trebuie să aibă mărimea mai mare decât diametrul palelor.

Sistemul de orinetar. Nacela este făcuta dintr-o cremalieră care are în compoenta un motor. Nacela are un rol de a asigură orintarea.

2.8. Evoluția capacității totale în centralele eoliene din România

Evoluția capacității totale care a fost instalată în centralele eoliene din România pe perioada 2005-2014 care au fost înregistrate pentru a primi certificatele verzi:

La sfârșitul anului 2005, în două grupuri eoliene ( 0,9 MW );

La sfârșitul anului 2006, în trei centrale eoliene – cinci grupuri ( 2,6 MW );

La finalul anului 2007, în 11 centrale eoliene ( 6,7 MW );

La finalul anului 2008, 12 centrale eoliene ( 6,9 MW );

La finalul anului 2009, 15 centrale eoliene ( 14,2 MW );

La finalul anului 2010, 26 ce centrale eoliene ( 370,3 MW );

La finalul anului 2011 ( 826,9 MW );

La finalul anului 2012 ( 1822,0 MW );

La finalul lunii septembrie 2013 ( 2283,6 MW );

La finalul anului 2013, în 94 centrale eoliene ( 2782,5 MW );

La finalul lunii martie anul 2014, în 97 centrale eoliene ( 2901,2 MW ).

Fig. 2.12. Evoluția producției de energie electrică obținută în sisteme eoliene 2000-2014

Sistemul Energetic Natural racorda în anul 2005 două grupuri foarte mari de eoliene. Un grup de turine eliene de 0,66 MW, unde se găsesc instalat prin anul 2004 în Ploiești și un alt grup de turbine eoliene de 0,25 MW (CCE Piatra Fântânele, care era instalat în Pasul Tihuta, exact langă stațiunea Piatra Fântânele din județul Bistrița Năsăud).

Grupul eolian care are 0.66 MW din Ploiești i s-a schimbat locația în anul 2007 în Județul Tulcea, pe lângă o localitate numită Topologu, constituind CEE Topologu 1

La Sistemul Energetic Natural s-a mai legat in anul 2006 o turbina eoliană CEE Baia 2 amplasamentul avându-l lângă localitatea Baia din Județul Tulcea.

În construcție CEE Baia 2 are în componentă trei mari grupuri de turibe eoliene, acestea fiind de 0,55 MW fiecare, iar centrală eoliană având o putere totala de 1,65 MW

Fig. 2.15. CEE Baia 2 (1,65 MW -3 x 0,55 MW)

În anul 2007 au fost legau la Sistemul Energetic Natural ( SEN ) șase centrale eoliene care au o putere instalată totală foarte mare de 3,9 MW

În anul 2008 a fost racodate la Sistemul Energetic Natural ( SEN ) un grup eolian cu o putere de 0,25 MW.

O ridicare foarte semnificativă a capacității instalate în centralele eoliene din țara noastră s-a produs începând cu anul 2010, anul în care s-au conectat la Sistemul Energetic Natural ( SEN ) au fost 11 centrale eoliene cu putere instalată totală de peste 350 MW, printre care și Parcul Eolian Fântânele cu putere totală instalta în anul 2013 de 347,5 MW.

În anul 2011 s-au conectat la Sistemul Energetic Natural ( SEN ) mai multe centrale eoliene de mari dimensiuni în Dobrogea, și anume:

CEE Peștera – 90 MW;

CEE Cernavodă 1 – 69 MW;

CEE Cernavodă 2 – 69 MW;

CEE Corugea – 70 MW;

CEE Sălbatica 1 – 70 MW;

CEE Eolica Dorobanțu – 45 MW.

În anul 2012 au fost conectate la Sistemul Energetic Natural ( SEN ) următoarele centrale eoliene mari din Dobrogea:

CEE Sălbatica 2 – 70 MW;

CEE Mihai Viteazu IV – 80 MW;

CEE Alpha Wind Nord 1 – 48,3 MW;

CEE CAS Sud 2 – 50,6 MW;

CEE Coni 1 Galați – 70 MW;

CEE Cogealac – 252,5 MW;

CEE Topolog 2 Tulcea – 27 MW.

În anul 2013 au fost puse în funcțiune mai multe centrale electrice eoliene mari:

CEE Târgușor Jud. Constanța – 119,6 MW;

CEE Peștera Jud. Constanța – 90 MW;

CEE Pantelimon 4 Jud. Constanța – 123 MW.

Fig. 2.16. Centralele eoliane Fântânele-Cogelac, Dobrogea, 600 MW (240 x 2,5 MW)

Fig. 2.17. Centralele eoliane Fântânele-Cogelac, Dobrogea, 600 MW (240 x 2,5 MW)

În anul 2013 energia electrică totală produsă în țara noastră în centralele electrice pe baza de energii regenerabile sustiunte prin CV a fost de 6,279 TWh, care reprezintă 10,55% din energia electrică totală produsă în România în acel an, din care 63,07% în centralele eoliene și 17.86% în centralele fotovoltaice.

Puterea maximă produsă de centralele eoliene din țara noastră a fost de 2,294 MW, aceasta fiind înregistrată pe data de 10 martie 2014, la oră 08.05. La momentul respectiv, energia eoliană era principala sursă de energie primară utilizată pentru producerea de energeie electrică în România.

Conform datelor preluate din raportul operativ al Dispeceratului Energetic Național, în momentul respectiv au fost înregistrate următoarele date:

7.385 MW consumul de energie electrică în SEN;

8.591 MW producția de energie electrică în SEN din care:

2.294 MW în centralele eoliene ( 26,7% din total producție și 31.06% din consum);

1.969 MW în centralele pe cărbune ( 22.92% din producție și 26.66 din consum );

1.774 MW în centralele hidro ( 20.65% din total producție și 24.02% din consum );

1.431 MW în centrala nucleară ( 16.66% din producție și 19.38% din consum );

1.020 MW în centrale pe gaze ( 11.9% din total prductie și 13,8% din consum ).

La momentul respectiv, puterea produsă în centralele electrice eoliene din țara noastră reprezenta circa 80% din puterea totală instalta în centralele electrice eoliene puse în funcțiune în România până la data respectivă (estiamta la circa 2.900 MW ).

2.9. Evoluția producției de energie electrică a României în perioada 2010-2015

Evoluția producției de energie electrică a româniei a crescut de la an la an, în domenii ca termocentrale, hidrocentrale, cetrala noclearo-electrică, eoliene, fotovoltaice.

Dacă în anul 2010 nivelul de producție al energiei electrice în domeniul eolienelor era de 0,002969 TWh, constatăm că în decurs de cinci ani în anul 2015 nivelul de producție al energiei electrice este de 7,0448 TWh.

În anul 2010 producția energiei electrice era de 0,002969 TWh, iar anul 2011 avem o producție de 1243,1 TWh, cu o creștere fundamentală de +37948%. Dacă în anul 2011 nivelul producției de energie electrică era de 1243,1 TWh în anul 2012 nivelul producției este de 2,6407 TWh cu o creștere de +278,34%.

De la an la an pe perioada celor 5 ani, energia electrică eoliană a crescut cu cel puțin 100 de % per an, ceea ce ne dovedește că energia eoliană este într-un curs de dezvolate permanent în România.

Producția de energie electrică a avut cel mai mare impact în domeniul eolienelor, deoarcere în decursul anilor, energia eoliană a trecut prin mai multe etape de dezvolatare la niverlul țării noastre.

Fig. 2.17. Stâlp de energie electrică

Cap. 3. Etapele realizării și punerii în funcțiune a unei capacități de producȚIE de energie utilizând surse regenerabile

Pentru orice investitor interesat de domeniul producerii de energie din resurse regenerabile, este fundamental să cunoască schema logică de secvențe și acțiuni pe care trebuie să le realizeze pentru a implementa un proiect din domeniul energiei verzi și a beneficia astfel de facilitățile oferite de autorități pentru astfel de investiții.

O schemă logică a acestor activități este prezentată în figura următoare.

Fig. 3.1. Etapele necesare implementării unui proiect din domeniul energiei regenerabile

Succesiunea etapelor si durata maxima a tratarii cereri de autorizatie de infintare si licentiere sunt prevazute in Regulamentul pentru acordarea licentelor si autorizatiilor din sectoarele elergiei electrice, care este aprobat prin HG nr. 540/2004, cu modificari si completari ulterioare, dupa cum reiese din urmatoarele:

In termenul de 15 zile de la depunerea cererii de acordare a autorizatiilor de indintare, ANRE comunica in scris solicitantului necesitatea de a face completari, corecturi sau aduce clarificari, cu referinte la cererea si documentatia depusa;

ANRE emite decizia privind acordarea autorizatiei de infintare solicitate in maxim 30 de zile de la data confirmarii.

Termenul de 30 de zile, precum si conditiile foarte specificate mai sus sunt cele prevazute la art. 13 alin (1) din Regulament.

Procesul de emitere a autorizatiilor de infintare si licentelor pentru retelele de energie electica urmareste pasii similari cu cei precizati pentru sectorul de producere, care sunt in conformitate cu Regulamentul pentru acordarea licentelor si autorizatiilor in sectorul energiei electice, care este aprobat prin HG nr. 540/2004, cu modificarile si completarile ulterioare.

Solicitantul autorizatiei/permisului este acela care urmareste sa depuna cererile si documentatia anexata la organismele administrative care sunt responsabile, in conformitate cu etapele prevazute de reglementari.

Procedurile de autorizatie aplicate de ANRE in indeplinatate cu atributiile sale legale nu tin seama de tipurile distincte de tehnologii de producere a energiei electice.

In situatiile in care instalatiile descentralizate de mici dimensiuni nu sunt integrate in instalatia de utilizare a energiei electice a consumatorului, constituind in sine locuri de producere a energiei electrice, pentru comercializarea energiei electice produse, acordate de ANRE.

Cap. 4. Studiu de caz. Analiza potențialului de producție de energie a Sistemului de eoliene instalate în campusul universității valahia din târgoviște

4.1. Ansamblul de sisteme eoliene din Campusul Universității Valahia din Târgoviște

În Județul Dâmbovița, singurele turbine eoliene care sunt funcționale se găsesc în Orașul Târgoviște.

Aceste turbine eoliene se găsesc în incinta Campusului Universității “ Valahia “ din Târgoviște, unde sunt amplasare cinci turbine eoliene. Două turbine eoliene de dimensiuni mai mici care au puterea de 1 kW, care sunt amplasate pe acoperișul Institutului de Cercetare Științifică și Tehnologică Multidisciplinară al Universității, o turbină eoliană de dimensiune medie de putere 3 kW care este amplasată și ea tot pe acoperișul Institutului de Cercetare al Universității, și alte două turbine eoliene de dimensiuni mai mari care au puterea de 10 kW, și care se găsesc pe sol lângă căminele studențești.

Fig. 4.1. Harta RET a centralelor electrice eoliene din județul Dâmbovița

4.2. Prezentarea eolienelor din Campusul Universitătii “Valahia” din Târgoviște

4.2.1. Turbina eoliană AEOLOS – H 1 KW

Turbina eoliana Aeolos – H 1 kW este un generator cu coada foarte fiabila si cu un mod foarte usor de instalare.

Anul 1986 a constituit prima instalatie de 1 kW in Danemarca ca aplicatie la retea pentru a alimenta cu energie locuintele.

Turbina:

Puterea nominală : 1kW

Viteză vânt de pornire : 2.5 m/s

Viteză vânt la putere nominală : 25 m/s

Viteză vânt maximă : 45 m/s

Timpul de viață : 25 ani

Greutatea totală : 60 kg

Rotorul :

Diametrul rotorului : 3.2 m

Viteza rotorului : 350 rpm

Materalul lamei : fibră de sticlă

Generatorul :

Frecvență : 50 Hz sau 60 Hz

Tensiunea : 48 VDC

Tipul : trei faze permanent ( generator magnetic )

Eficiența generatorului :>0.96

Controlul și siguranța sistemului :

Controlul puterii : defecțiune laterală a roții de vânt

Sistem de siguranță secundar : sistemul de frânare electronic

Turnuri :

Înălțimea : 9 m

Ancorarea turnului : 9 m

Garanție :

Garanția standard : 5 ani

Garanția extinsă : 10 ani

Fig. 4.3. Curba de putere a turbinei eoliene AEOLOS – H 1 KW

In graficul de mai sus observam ca turbina eoliana produce cea mai mare energie electrica la o viteaza a vantului de 12 m/s, energia produsa fiind de 1470 W

Fig. 4.4. Curba de zgomot a turbinei eoliene AEOLOS – H 1 KW

Nivelul maxim de zgomot se obtine la o viteaza a vantului de 10 m/s unde produce in jur de 46 dB.

Fig. 4.5. Capacitatea de producție a turbinei eoliene AEOLOS – H 1 KW

4.2.2. Turbina eoliană AEOLOS – V 1 KW

Turbina eoliana Aeolos este o turbina eoliana verticala,destul de fiabila, silentioasa, si care are o viteaza de pornire joasa. Aceasta utilizeaza un generator tri-fazic, acesta avand un rotor care are viteaza de pornire de 1.5 m/s.

Putem sa formam sisteme hibrid cu acumulatori de 24 sau 48 v cu panouri solare. Turbinele respective au fost folosite pentru scoli, locuinte, supermarket-uri.

Elicele turbinei eoliene foloseste un designe aerdinamic care poate sa limiteze viteaza de rotatie cu 320 rpm, chiar daca viteaza vantului este de 30 m/s. Turbina aceasta eoliana este mult mai sigura decat turbinele clasice cu ax vertical, iar atunci cand sunt furtuni sau alte fenomene meteorologice se utilizeaza frana electronica si cea mecanica

Fig. 4.6. Turbina eoliana AEOLOS – V 1 KW

Randamentul depinde de viteza vântului, și randamentul generatorului.

Elicele turbinei eoliene este produs dintr-un aliaj de aluminiu de calitate superioara si dureaza peste 20 de ani.

Nivelul de zgomot este foarte redus la turbina eoliană Aeolos, nu se aude de la 20 m distanță, zgomotul mediu fiind undeva mai mic de 45 db ( A ) la viteaza eoliană de 8 m/s.

Este adecvată instalării pe acoperișul școlilor sau în alte zone urbane.

Specficații :

Tipul generatorului : tri-fazic

Înălțime rotor : 2.8 m

Diametru rotor : 2 m

Geutatea turbinei : 78 kg

Nr. pale / construcție : 3 / aliaj aluminiu

Temperatura funcționare : -20 ℃ până la +50 ℃

Greutate turbină 28 kg

Durată de viață : 20 ani

Performanță :

Putere nominală : 1 kw

Putere maxina : 1.5 kw

Viteză vânt la pornire : 1.5 m/s

Viteză vânt la putere nominală : 10 m/s

Viteză vânt maxina : 50 m/s

Eficientă generator : >96%

Zgomot : <45 db ( A )

Garanție : 5 ani standard, 10 ani opțional

Fig. 4.6. Curba de putere a turbinei eoliene AEOLOS – V 1 KW

Fig. 4.7. Capacitatea de producție a turbinei eoliene AEOLOS – V 1 KW

Fig. 4.8. Curba de putere a turbinei eoliene AEOLOS – V 1 KW

vs. UGE 1kW/Windspire 1.2 kW

Fig. 4.9. Detaliu constructiv al turbinei eoliene AEOLOS – V 1 KW

4.2.3. Turbina eoliană AELOS – H 10 kW

Turbina eoliană de 10 kw este o concepție actualizată cu generator RPM scăzut și cu un sistem de control PLC.

Această turbină eoliană este mai fiabilă și asigură energie mai mare ( anuală ) decât turbinele eoliene tradiționale cu coadă. Turbină eoliană Aeolos – H 10 kw are un mecanism de manevrare a vântului, triplă protecție cu frână hidraulica și electronică, și mai are opțional monitor și control la distanță.

Fig. 4.10. Turbina eoliană AEOLOS – H 10 KW

Turbina :

Puterea nominală : 10 kw

Putere maximă : 13 kw

Viteză la pornire : 3 m/s

Viteză vânt la putere nominală 10 m/s

Viteză vânt maxina : 45 m/s

Durata de viață : 20 ani

Greutate turbină 420 kg

Rotorul :

Diametru rotor turbină : 8 m

Viteza rotorului : 180 rpm

Nr. pale / construcție : 3 / sticlă ramforsata

Generator :

Tipul generator turbină eoliană : magneți permanenți PMG, trifazat

Eficientă : 95%

Zgomot : 40 db

Temperaturi funcționare : -20 ℃ până la +50 ℃

Control :

Sistem de control : PLS cu Touch Screen

Monitorizare de la distanță : Opțională

Siguranță :

Sistem principal de frânare : frânare electronică

Sistem secundar de frânare : frânare hidraulică

Înălțimi turn :

Turn : 12m, 18m, 24m, 30m

Fig. 4.11. Structura nacelei turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

Fig. 4.12. Curba de putere a turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

Fig. 4.13. Curba de zgomot a turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

Fig. 4.14. Capacitatea de producție a turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

Fig. 4.15. Sistem de monitorizare inteligent al turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

Fig. 4.16. Sistem de conectare în rețea a turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

Fig. 4.17. Sistem de utilizare individuală a turbinei eoliene AEOLOS – H 10 KW

4.2.4. Turbina eoliană AEOLOS – V 10 KW

Turbina eoliană verticală Aeolos – V 10 kw generator vertical eolian.

Tubinele eoliene au aplicații conectate cât și neconectate la rețea. Pentru turbinele eoliene care sunt conectate, acestea pot încărca bancuri de acumulatori de 48 sau 96V în locuințe, școli sau alte instituții. În ceea ce privește conectarea, aceastea se pot face la rețeaua națională cu 120V, 60Hz sau 230V, 50Hz cu un invertorul Power One Aurora și inventorii SMA Windy Boy.

Fig. 4.18. Turbina eoliană AEOLOS – V 10 KW

Specificații :

Tip generator turbină eoliană : magneți permanenți PMG, tri-fazat

Înălțime rotor : 6.0 m

Diametru rotor : 5.0 m

Greutate turbin : 680 kg

Nr. pale / construcție : 3 / Aliaj Aluminiu

Temperatură funcționare : -20 ℃ până la +50 ℃

Durata de viață : 20 ani

Performanță :

Putere nominală : 10 kw

Putere maximă : 12 kw

Viteză vânt la pornire : 1.5 m/s

Viteză vânt la putere nominală : 12 m/s

Viteză vânt maxina : 55 m/s

Eficientă generator : >96%

Zgomot : <45 db

Siguranță :

Frână : manuală / auto

Fig. 4.19. Sistem de conectare în rețea a turbinei eoliene AEOLOS – V 10 KW

Fig. 4.20. Sistem de utilizare individuală a turbinei eoliene AEOLOS – V 10 KW

4.2.5. Turbina eoliană MAGLEV – 3 KW

Turbina eoliana Maglev este un nou tip de turbina care functioneaza pe principiul vechilor eoliene, dar in loc de foloseasca rulmenti foloseste o perna magnetica

Cum este posibil asa ceva ?

Eolienele Maglev sunt turbine cu ax vertical unde partea motoare este suspendata pe o baza magnetica si care este alcatuita din neodimium, care este un metal foarte rar care nu pierde din proprietatile de frecare.

Fig. 4.21. Turbina eoliană MAGLEV – 3 KW

Turbinele Maglev prezinta foarte multe avantaje în comparație cu celelalte turbinele eoliene tradiționale, iar un prim avantaj este faptul că acestea pot funcționa la viteze foarte mici ale vântului, cum ar fi si 1,5 m/s, dar și la viteze foarte mari de peste 40 m/s. Un al doilea avantaj important este că turbina maglev are o eficiență foarte buna de peste 95%. Cea mai mare turbină tradițională realizată poate să producă doar 5 megawatt, pe când o turbina maglev mare poate să producă chiar și 1 gigawatt, destul pentru a alimenta 750,000 de locuințe. În plus la o eoliană maglev cheltuielile de întreținere sunt cu 50% mai mici față de cele pentru o turbină eoliană tradițională și se estimează că o asfel de eoliană ar putea fi operaționala pentru 500 de ani.

Specificații :

Puterea nominală : 3 kw

Diametrul rotorului : 4.2 m

Greutate : 720 kg

Nr. pale / construcție : 7 ( 3 Darrieus și 4 Savonius ) / aliaj aluminiu

Viteză vânt la pornire : 2.2 m/s

Viteză vânt la putere nominală : 2.5 m/s

Viteză vânt maximă : 15 m/s

Rezistentă putere vânt : 60 m/s

Tipul generator turbină eoliană : tri-fazic

Temperatură de funcționare : -40 + 50 ℃

Sistem principal de frânare : frânare hidraulică

Fig. 4.22. Variantă constructivă de turbina eoliană MAGLEV

Fig. 4.23. Detalii constructive ale turbinei eoliene MAGLEV – 3 KW

4.3. Viteza medie lunară a vântului în Județul Dâmbovița

Pentru estimarea capacității de producție al sistemului de turbine eoliene din campusul Universității Valahia din Târgoviște, se pornește de la datele privind viteza vântului în localitatea de amplasare. Pe baza înregistrărilor zilnice ale vitezei vântului la Târgoviște, înregistrări efectuate de INMH, s-a calculat viteza medie lunară a vântului, prezentată în tabelul următor și sub formă grafică în fig. 4.24.

Tabelul nr. 4.1. Valorile lunare medii ale vitezei vântului la Târgoviște, în anul 2014

Fig. 4.25. Graficul variației vitezei lunare medii a vântului, Târgoviște, 2014

Cap. 5. Evaluarea impactului asupra mediului al sistemelor EOLIENE

Factorii care influenteza mediului acționează fiercare diferit în funcție de zonă sau de perioada de timp ( fază de construcție, exploatare, dezafectare ), din cazua această pentru fiecare factor pe care îl identificăm trebuie să stabilim în parte zonă examinalta ( zonă de impact de principiu ), având în vedere caractersticile zonei alese. Zonele examinate pot fi dezemnate în acesta fază de lucru în general prin evaluare prelabila sau pe bază experienței.

Când se stabilește zona de influența, trebuie analizat fiecare efect în parte. Unele efecte țin cont de direcția vântului ( efectul de umbrire, propagarea sunetului ), iar celalta parte nu ( zgomot, periclitarea a păsărilor în zbor, utilizarea terenului ). Prințe aceste efecte sunt unele care se găsesc numai pe teritoriul parcurilor eoliene ( pericolul potențial pentru păsări în zbor, modificarea utilizării terenului ), rezpectiv care mai acționează și în afata acestuia ( zgomotul și efectul de umbrire ). În parcurile eoliene cel mai mare factor care afectează este cel al zgomotului, și cea datorită efectului de umbrire.

Trebuie să examinăm dacă acesta zonă de influența se extinde asupra zonelor protejate, sau zonele locuibile, respectiv de ce trasee ale păsărilor călătoare se intersectează ( și cât de aproape sunt ele de teritoriul parcului eolian ).

În zonele protejate care vor fi expuse mai târziu poluării sonare de către investiție, trebuie să facem verificări ale nevelului de poluare sonoră, care vor constitui bază de comparare a sarcinii ulterioare amplasării. Nu trebuie neglijată analiza vântului în zonă din punct de vedere al eficienței activității.

Fig. 5.1. Turbinele eoliene pot influența rutele de zbor ale păsărilor

5.1. Măsuri de diminuare a impactului asupra mediului

Solicitarea cea mai mare asupra mediului în timpul lucrărilor de construcție o reprezintă deplasarea pe teren a mijloacelor de transport și a utilajelor grele. Când se organizează construcția trebuie să avem grijă ca în cursul lucrărilor utilajele să se deplaseze pe zone cât mai mici.

Stratul de pământ fertil excavat trebuie să fie tratat conform planului de recuperare a humusului. Lucrul trebuie să fie interzis pe vreme ploioasă, când solul este moale.

Poluarea solului datorită utilajelor în lucru și scurgerile de lubrifianți trebuie evitate, iar deșeurile și substanțele poluante trebuie să fie transportate de pe teren.

Activitățile de construcție sunt recomandat a fi executate în perioade când se deranjează cel mai puțin locuitorii din împrejmuiri.

Fig. 5.2. Amploarea intervențiilor asupra mediului în faza de instalare a eolienelor de dimensiuni mari

Limitarea efectelor asupra mediului apărute în timpul faze de investiție pot fi urmatoarelele :

Să se utilizeze mașini de lucru și autovehicule moderne;

Umidificarea după nevoie a cantității de pământ deplasate;

Operațiile să fie efectuatie în condiții meteorologice favorabile;

Organizarea ritmică a transporturilor și în afară perioadelor de vârf;

Să se evite ridicarea prafului în perioade uscate, prin stropirea traseelor;

Utilizarea materioarelor prietenoase față de mediul înconjurător;

Să fie protejate habitatele;

Pentru a nu se deranja păsările care cuibăresc, amplasarea turbinelor se face în lunile dinte perioadele de cuibărire ( din august până în aprilie ).

Fig. 5.3. Impact de mediu (fundații din beton de mari dimensiuni) pentru turbinele eoliene de putere mare

Efectele poluării aerului apărute pe timpul fazelor de exploatare și propagarea substanțelor poluante pot fi limitate prin metodele următoare :

La iluminarea turbinelor trebuie să procedăm după conformitatea prescripțiilor autoritatiilor de naviagtie aeriană ( se vor utiliza lumini roșii sau albe );

Se recomandă utilizarea sperietorilor de păsări cu o folie fluorescentă și care să protejeze mediul;

În lipsă datelor expermentale, este rocomandat să se utilizeze monitorizarea populațiilor care cuibăresc , se hrănesc și iernează în zonă parcului eolian.

Tratarea deșeurilor ( nepericuloase și periculoase ) – într-un mod care să prevină poluarea mediului – trebuie să fie rezolvată conform cerințelor legislației.

Fig. 5.4. Organizare de șantier pentru instalarea de turbine eoliene

Concluzii

Turbinele eoliene sunt o soluție viabilă pentru viitor, chiar dacă prețul de investiție a acestora este unul destul de ridicat. Procentul de utilizare a turbinelor eoliene este și în ziua de azi foarte scăzut, însă pe viitor, odată cu diminuarea prețurilor și dezvoltarea tehnologiei, turbinele eoliene vor deveni cu siguranță una dintre sursele principale surse de producere a energiei electrice, datorită procentului foarte mic de poluare.

De la an la an in decursul celor 5 ani, energia electrică eoliană a crescut cu cel puțin 100 de % per an, ceea ce ne dovedește că energia eoliană este într-un curs de dezvolate permanent în România.

Avantajele utilizării energiei eoliene sunt foarte bune deoarece emisia de substanțe poluare și gaze cu efect de seră sunt zero, datorită faptului că nu se ard combustibili, acesta nu produce deloc deșeuri, iar costurile de scoatere din funcțiune este mult mai scăzut la centralele eoliene decât la centralele nucleare spre exemplu.

Dezvoltarea surselor de energie regenerabila că o resursa foarte mare energetică la nivel global, este unu din prioritarele obiective ale politicilor energetice la nivel mondial, în contextul dezvoltatii durabile și are ca scop::

reducerea consumului energetic;

creșterea siguranței în alimentarea cu energie;

protejarea mediului inconjurător;

dezvoltarea tehnologiilor energetice viabile.

Obiectivul principal al folosirii energiilor ecologice și regenerabile, îl reprezintă reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră.

Obiectivul principal al acestui proiect de diplomă a fost acela de a investiga posibilitatea de a produce energie electrică pentru utilizări individuale, utilizând sisteme de conversie a energiei vântului în energie eoliană.

Pentru atingerea acestui obiectiv, în prima parte a proiectului au fost prezentate fundamentele teoretice ale conversiei eoliene și construcția și funcționarea sistemelor cele mai moderne care realizează transformarea energiei cinetice a vântului în energie eoliană.

S-a analizat apoi, posibilitățile de acoperire a necesarului de energie electrică al unui consumator mediu, respectiv o instituție de învățământ superior – Universitatea Valahia din Târgoviște – prin utilizarea unui sistem de turbine eoliene de tipologii și capacități de producție diferite.

S-a ajuns astfel la concuzia că media energiei electrice anuale care poate fi produsă de cele cinci turbine eoliene din Campusul Universității “Valahia” din Târgoviște este de 8500 kW, care poate fi utilizată pentru consumul propriu, sau poate fi injectată în sistemul energetic național.

Bibliografie

Bandoc, G., Degeratu, M., “Instalație și echipamente pentru utilizarea energiei mecanice nepoluante. Utilizarea energiei vântului”, Editura MatriRom, București, 2007.

Badea, A., Necula, H., (coordonatori), “Surse regenerabile de energie”, Editura AGIR, București, 2014.

Dumitrescu, H., Cardoș, V., Dumitrache, Al., “Aerodinamica turbinelor de vânt”, Editura Academiei Române, București, 2001.

Prof. Dr. Ing. Emil Ceanga, Contributii privind conducerea optima a sistemelor de conversie a energiei eoliene ( Teza de doctorat ), anul 2006

Planul National de Actiune in Domeniul Energiei din Surse Regenerabile ( PNAER ) anul 2010

Turbinele eoliene

http://www.energeia.ro/energie-eoliana/turbine-eoliene/turbine-eoliene-definitie-si-principiu-de-functionare-81/

https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_eolian%C4%83

http://www.slideshare.net/mimlov/energia-eoliana

http://mirceagogu.ro/pdf/Curs%20Conversia%20neconventionala%20a%20energiei%20electrice/energia_eoliana.pdf

http://www.fabricadecercetare.ro/dezvoltare-proiecte-eoliene/

http://www.slideshare.net/inoveco/solar-grup-pasii-unui-parc-fotovoltaic

http://www.cheso.ro/eoliene/turbine-eoliene-verticale-aeolos-v-10kw-model-s-fisa-tehnica.pdf

http://energielive.ro/energie-eoliana-harta-de-vant-a-romaniei-potential-de-14-000-mw/