Stadiul actual în dezvoltarea turbinelor eoliene si identificarea [311550]

PARTEA I

ASPECTE ȘTIINȚIFICE

Capitolul 1. INTRODUCERE

1.1.Argument

Am ales a descrie în lucrarea de gradul I cu tema “Tehnologii neconvenționale de obținere a [anonimizat]”, deoarece energia eoliană este o sursă de putere electrică promițătoare în viitor datorită ecologității și infinității sale.

Lucrarea este structurată în două părți: Partea I Aspecte științifice și Partea a II-a Aspecte metodice privind predarea disciplinei.

Energia eoliană este cea mai veche formă de energie utilizată prin transformarea ei în energie mecanică. Energia curenților de aer este transformată cu ajutorul unei turbine eoliene în energie electrică. [anonimizat] o [anonimizat].

Energia eoliană a [anonimizat] a [anonimizat] a acestora a [anonimizat], de-a lungul timpului au fost realizate numeroase aplicații care fac uz de energia vântului. Exploatarea pe scară largă a [anonimizat] „morilor de vânt” moderne – turbinele de vânt ce pot genera o energie de ordinul MW.

Energia eoliană numită și “energia verde” [anonimizat], este poluantă prin zgomotul pe care- l [anonimizat].

Am structurat Partea I Aspecte științifice în patru capitole.

În capitolul 1 prezint monografia Comunei Schela și informații privind activitatea educativă de la Școala Gimnazială “Lascăr Catargiu”.

În capitolul 2 [anonimizat] – [anonimizat] a [anonimizat]. Energia eoliană a [anonimizat] a avut loc o [anonimizat], iar noile sisteme de pânze și scripeți au permis să se navigheze împotriva vântului. Tot în acest capitorl prezint o clasificare a surselor de energie, o clasificare a turbinelor eoliene, o descriere a turbinelor eoliene cu ax orizontal și a turbinelor eoliene cu ax vertical împreună cu avantajele / dezavantajele utilizării lor.

În capitolul 3 prezint aspecte privind legislația internațională și legislația românească în domeniul surselor regenerabile de energie.

În capitolul 4 [anonimizat] 3 kW pentru alimentarea cu enegie a unei locuințe. [anonimizat], cea solară și cea eoliană. Off Grid înseamnă că nu va fi conectat la rețeaua electrică și de fapt asta înseamnă o casă independentă din punct de vedere energetic.

Am structurat Partea a II-a Aspecte metodice privind predarea disciplinei în două capitole.

În capitolul 5 [anonimizat]-un mediu de instruire și formare dotat cu mijloace de învățământ specifice.

În capitolul 6 descriu un studiu de caz experimental “Integrarea copilului cu cerințe educaționale speciale în învățământul de masă” deoarece orice copil are dreptul la educație. u dreptul proiectarea instruirii pentru unitatea de învățare. În România, copiii cu dizabilități au acces la diferite forme de educație și pot fi înscriși, în funcție de gradul de dizabilitate, în sistemul de învățământ special sau în învățământul de masă. Copiii cu deficiențe medii, cu dificultăți de învățare și tulburări de limbaj, cu tulburări socio-afective sau de comportament sunt integrați în școlile de masă unde pot beneficia de servicii educaționale de sprijin. In studiul ce mi l-am propus am urmărit modul de integrare a elevului cu CES, în colectivul clasei de elevi din învățământul de masă, precum și însușirea competențelor la nivelul clasei.

În capitolul 7 prezint două proiecte de lecții despre obținerea energiei electrice. Primul proiect descrie o lecție de comunicare și însușire de noi cunoștințe desfășurat în laboratorul Ael iar al doilea proiect descrie o activitate extradidactică de tip vizită la parcul de eoliene de pe raza comunei Schela.

Lucrarea se încheie cu un capitol de concluzii urmat de prezentarea resurselor bibliografice utilizate.

1.2.Monografia Comunei Schela

Figura 1.1. Harta județului Galați [ sursa www.monografia.ro]

Județul Galați este situat în partea de est a României, în extremitatea sudică a platoului Moldovei, pe cursul râurilor Prahova și Teleajen. Județul Galați este delimitat de județele: Vaslui (Nord), Brăila (Sud), Vrancea (Vest), Tulcea (Est). Între aceste limite are o suprafața de 4466 kmp și o populație în creștere de la 249.732 locuitori, conform ultimului recensământ, din 2011, la 306.000 locuitori, conform Institutului Național de Statistică, din 2015.

Județul Galați include două municipii, două orașe, 61 comune și 184 sate. Principalele localități urbane sunt: municipiile Galați și Tecuci; orașele Târgu Bujor și Berești. Dintre comunele județului amintim Pechea, Cudalbi, Drăgușeni, Cosmești, Slobozia Conachi, Schela, Independența, Braniștea, Piscu, Hanu Conachi, Tudor Vladimirescu, Liești, etc.

Așezare geografică

În partea de est a României aproape de locul în care râul Siret se varsă în Dunăre se află în județul Galați, Comuna Schela. Comuna Schela este formată din două sate, Negrea și Schela, situate la o distanță aproximativă de 7 km unul de altul. Ambele sate sunt așezate de o parte și de alta a pârâului Lozova. De la marginea sudică a satului Schela până la râul Siret sunt mai puțin de 10 kilometri. [13]

Satul Schela se află pe drumul județean care leagă orașul Galați de comuna Pechea. In satul Negrea se poate ajunge de pe același drum județean Galați – Pechea. Din extremitatea nordică a satului Schela (locul denumit "La intersecție") se face un drum comunal de aproximativ 5 kilometri care ajunge în satul Negrea. [Anexa 1.]

Comuna e accesibilă și de pe șoseaua națională E25 Galați – Tecuci. Intre localitățile Piscu și Independența există un drum județean care pleacă spre nord, spre satul Izvoarele, localitatea Slobozia Conachi. Din Slobozia Conachi se ajunge în comuna Schela pe drumul județean Pechea – Galați. [Anexa 2.]

Figua 1.2. Localizarea Comunei Schela

[sursa https://ro.wikipedia.org/wiki/Schela,Galați]

In 1889 Parlamentul României a emis o lege care prevedea înființarea de noi sate pe domeniile care aparțineau statului. Una dintre moșiile statului era situată pe raza comunei Braniștea, pe locul actual al satului Schela. Pentru înființarea unei comunități pe raza comunei Braniștea, Prefectura județului și Primăria Braniștea au organizat o selecție în urma căreia au fost împropritărite 782 de familii nevoiașe din "plasa" Siretului. In 1894, primele familii și-au luat în primire loturile lor în așezarea Schela. [22]

In 1896 așezarea a fost înregistrată în documentele vremii ca sat și a primit numele de Lascăr Catargiu. Schela a purtat acest nume vreme de 78 ani și în primii 14 ani satul a fost afiliat la comuna Braniștea. In iunie 1908, satul, care avea deja peste 200 de familii, s-a transformat în comună și și-a înființat propria lui Primărie. Noua comună a luat sub tutela ei și satul Negrea, în perioada 1908-1926. După cel de-al doilea razboi mondial, comuna Lascăr Catargiu s-a dezvoltat mai rapid decât Negrea.[22]

Diriguitorii regimului comunist au hotărât să schimbe denumirea comunei deoarece Lascăr Catargiu fusese Președintele Partidului Conservator și devenise un personaj istoric dezavuat de regim. In 1964 comuna a primit denumirea actuală: Schela. O contributie decisivă la dezvoltarea comunei Schela a avut-o așezarea ei favorabilă, pe artera rutieră centrală a județului Galați. Sătenii din Schela au avut posibilitatea să lucreze în orașul Galați, făcând naveta. Populația activă nu a migrat spre oraș în aceeași măsură în care a făcut-o cea din Negrea.

Exploatarea petrolieră aflată pe teritoriul Schelei a contribuit și ea la menținerea unei stabilități a forței de muncă în sat. In plus, în perioada comunistă, localitatea Schela a avut parte de una dintre cele mai eficiente administrări ale resurselor agricole și animaliere. Satul Schela a fost, în perioada 1980 -1990, unul dintre polii agriculturii județului Galați. [22]

Relieful

Teritoriul comunei Schela se află unitatea de relief, ce alcătuiește extremitatea sudică a Podișului Moldovei, numită Podișul Covurluiului pe microunitatea de relief “Câmpia terasată Pechea –Galați”.[13]

Teritoriul comunei Schela se caracterizează printr-un relief de câmpuri interfluviale largi și ușor înclinate de la nord spre sud deaorece altitudinea câmpurilor scade treptat de la 110 m, în nord, la 10 m, în sud.[13]

Cele două sate Schela și Negrea, aflate pe Podișul Covurluiului, beneficiază de terenuri cu sol negru, adecvat culturilor agricole. In ciuda reliefului colinar, pânza de apă freatică este la o adâncime foarte mică, mai ales de-a lungul văilor care străbat satele, iar solurile sunt bogate în zăcăminte petroliere.

Dealurile zonei sunt cu pante line și sunt parțial împădurite. Spre sud ele se pierd în forme de relief mai line, iar terenurile din partea sudică a satului Schela sunt inundate adesea datorita nivelului ridicat al pânzei de apă freatică.

Clima

Teritoriul comunei Schela se află în climatul temperat – continental secetos, cu veri fierbinți și ierni aspre. Suprafața comunei primește anual cea mai mare catitate de radiații solare, în jurul valorii de 120-25 kcal/cm² și aproximativ 2150 ore de strălucire a soarelui.

Arealul comunei Schela se află într-o zonă în care mișcarea maselor de aer este destul de activă iar vânturile cu frecvența cea mai mare acționează dinspre nord, sud, sud-vest, nord-est și nord-vest. Condițile climatice proprice zonei au permis instalarea unor turbine eoliene iar în anul 2014 au fost instalate 4 turbine eoliene.[13]

Hidrografia

Arealul comunei Schela este situat în bazinul hidrografic al râului Siret cu principalul colector pârâul Lozova și micii afluenți pe stânga Lozoghița (Negrea) și Greaca, iar pe dreapta Țâpârnoaga și Căpățâna. [13]

Ȋntregul areal al comunei este alimentat:

din surse de suprafață cum ar fi precipitațiile lichide și din topirea zăpezii.

din surse subterane cum ar fi pânze freatice.

Vegetația

Arealul comunei prezintă formațiuni floristice de stepă (plante ierboase și arbuști) și silvostepă. Se găsește în gospodării o vegetație arborescentă format din pomi (nuc, prun, măr, vișine, cireșe și mai rar dudul). [13]

Fauna

Fauna din arealul comunei este adaptată condițiilor de stepă și silvostepă. Se întâlnesc în zonă vrăbiuțele de casă, o populație numeroasă de iepuri de câmp, popândăul, hârciogul, șoarecele de câmp, dihorul, ciocârliile, fazanii, prepelițe, fluturi viu colorați și tot mai rar ariciul, vulpea, mistrețul și căpriorul. [3]

Solurile

Ȋn arealul comunei Schela solurile sunt tipice zonei de stepă și silvostepă. Ȋn cadrul arealului comunei predomină solurile cernoziomice adică tipurile carbonatice, castanii și ciocolatii formate prin depozite de roci sedimentare cu fertilitate ridicată putând fi lucrate cu mașini agricole. Aceste soluri permit cultivarea în condiții optime a plantelor (grâul, secara, orz, porumb, ovăz, lucernă, vița de vie, rapița, floarea soarelui) și a legumelor (morcov, pătrunjel, leuștean, țelina, loboda). [13]

Populația

Populația comunei a fost omogenă fiind format de-alungul timpului din români.

În anul 1899 sunt precizate primele referiri la populația comunei Schela în număr de 114 familii. [12]

Ȋn anul 2013 se înregistra, datorită schimbărilor cantitative și cele calitative survenite în decursul anilor, o populație totală de 3874 locuitori și 1215 locuințe. Structura profesională a populației este dinamică, locuitorii comunei Schela au posibilitatea să lucreze în orașul Galați, făcând naveta individual sau cu mijloc de transport în comun asigurat de către firma de transport S.C. Auto-Record S.R.L., ceea ce a dus la creșterea nivelului de trai, al profesionalizării și al șanselor de reușită în viață. [13]

1.3. Misiunea ȘCOLII GIMNAZIALE „LASCĂR CATARGIU”

1.3.1. Date de identificare a școlii

Școala Gimnazială ,,Lascăr Catargiu” este o unitate cu personalitate juridică, este organizată și funcționează în baza legislației actuale.

Școala Gimnazială „Lascăr Catargiu”, Comuna Schela, Județul Galați are arondate și următoarele structuri:

Grădinița cu program normal ,,Albinița” din Schela și

Grădinița cu program normal ,,Constantin Lazăr” din Negrea.

Tipul unității de învățământ: gimnazial

Nivelurile de învățământ existente în unitate: preșcolar, primar, gimnazial.

Forma de finanțare: de stat

Forma de învățămînt: zi

Limba de predare: română

Limbi străine studiate: engleza, franceza

Modul de funcționare al unității: două schimburi

ciclul preșcolar: 8.00 – 12.00

ciclul primar: 8.00 – 11.30

ciclul gimnazial: 11.50 – 17.40

1.3.2. Informații privind activitatea educativă în cadrul școlii

A.Informații privind efectivele de elevi din anul școlar 2017-2018

Unitatea funcționează pe trei nivele de pregătire: preșcolar, primar și gimnazial.

La Grădinița cu program normal ,,Constantin Lazăr”, Negrea funcționează o grupă combinată cu 12 preșcolari, iar la grădinița ,,Albinița”, Schela, funcționează 3 grupe de preșcolari, din care: 1 grupa mare (22 copii), 1 grupă mijlocie (23 copii) și o grupă mică (18 copii).

La Școala Gimnazială „Lascăr Catargiu”, Schela sunt 9 clase la ciclul primar (172 elevi) și 8 clase la ciclul gimnazial (146 elevi), în total 318 elevi repartizați astfel:

În timpul anului școlar au venit 4 elevi și au plecat 4 elevi.

ANALIZA SWOT

B. Informații privind cadrele didactice din anul școlar 2017-2018

În anul scolar 2017-2018, în cele trei unități de învățământ își desfășoară activitatea 29 de cadre didactice, din care 25 profesori titulari, 4 profesori suplinitori. Școala se bucură de o încadrare foarte bună deoarece 11 profesori au gradul didactic I, 8 profesori au gradul didactic II, 7 profesori au gradul didactic definitiv.

Analiza SWOT a personalului didactic:

C. Informații privind personalul didactic auxiliar și nedidactic

În anul școlar 2017-2018 în unitățile școlare există: 1 normă secretar, 1 normă contabil, 1 normă paznic, 1 normă muncitor, 3,5 norme îngrijitor și 0,5 normă informatician.

D. Informații privind spațiile școlare, auxiliare, administrative și baza materială

1.CLĂDIRI – 3

Școala Gimnazială „Lascăr Catargiu”, Schela cuprinde:

– 7 săli de clasă

– 1 laborator fizică-chimie

– 1 laborator Ael

– 1 CDI cu bibliotecă (12.000 volume)

– 1 sală de sport

– 1 centru de consiliere și orientare

– 3 birouri (1 cancelarie, 1 director, 1 contabil)

– 1 sală lapte-corn

– 1 arhivă

– 1 magazie

– 1 atelier întreținere (centrală)

– 1 teren de sport

2.UTILITĂȚI

Există curent electric, apă curentă de la rețea, grupuri sanitare cu apă curentă, sistem de încălzire cu centrala termică pe gaz, spațiu de gunoi amenajet.

Toate clădirile au fost igienizate, fiind aduse îmbunătățiri substanțiale, printre care enumerăm: înlocuirea lambriurilor și a parchetului în sălile de clasă, înlocuirea lambriurilor pe holurile școlii, zugrăvirea interiorului unde a fost cazul.

3. BURSE, RECHIZITE ȘCOLARE, MANUALE, TRANSPORT .

În anul școlar au fost asigurate rechizite școlare pentru 20 elevi și au primit burse 42 de elevi, din care 15 burse de merit, 3 burse de boală și 24 burse sociale. Decontarea cheltuielilor de navetă a cadrelor didactice s-a făcut conform instrucțiunilor, iar transportul elevilor de la Negrea la Schela și retur s-a realizat cu microbuzul școlar.

E. Participarea la concursuri școlare și simpozioane în anii școlari 2016-2017/ 2017-2018 a elevilor îndrumați de către prof. Ing. Dumitrașcu Luiza – Simona.

Tabel 1.5.

Capitolul 2. ENERGIA EOLIANĂ

2.1. Istoricul energiei eoliene

Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la suprafața planetei noastre. Această încălzire variabilă a straturilor de aer produce zone de aer de densități diferite, fapt care creează diferite mișcări ale aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate.

Energia eoliană a fost captată și utilizată din cele mai vechi timpuri, însă necunoașterea deplină a aspectelor aerodinamice implicate în procesul de proiectare, realizare și exploatare a acestora a plasat această tehnologie într-un stadiu incipient până la jumătatea secolului trecut deși, de- alungul timpului au fost realizate numeroase aplicații care fac uz de energia vântului.

Primele mori de vânt au fost atestate documentar în jurul anilor 500 – 900 î.Hr. în Persia și erau utilizate pentru a măcina grâul sau pentru a pompa apa (Figura 2.1.). Această moară de vânt a fost introdusă în Imperiul Roman în jurul anului 200 î.Hr. Alte aplicații ale utilizării energiei vântului era utilizarea excensivă a pompelor acționate de mori de vânt în insula Creta. Aceste mașini mai există și în ziua de azi, demonstrându-și pe deplin viabilitatea (Figura 2.2). [31]

Figura 2.1. Moară de vânt persană. Secolul 2-3 îHr. Reconstituire [31]

Figura 2.2. Mori de vânt în insula Creta [31]

Tehnologia s-a răspândit și a evoluat de-a lungul coastei mării Mediterana, iar din anul 1270 d.Hr. au apărut primele ilustrații ale unei turbine eoliene cu ax orizontal cu elice cu patru pale montată pe un pilon central. În secolul XIV d.Hr., în Olanda, pompe acționate de vânt erau folosite pentru a drena suprafețe întinse din delta Rinului. Designul a fost continuu îmbunătățit, iar în jurul anului 1900, în delta Rinului erau aproximativ 2500 de mori de vânt folosite pentru a măcina grâne sau pentru a pompa apa, care generau o putere însumată de aproximativ 30 MW (Figura 2.3.).

Figura 2.3. Mori de vânt olandeze folosite în epoca industrială

pentru a drena suprafețe întinse din Delta Rinului [31]

Figura 2.4. Mori de vânt românești expuse în cadrul Complexului Național Muzeal ASTRA din Sibiu. Fotografie de Andrei-Radu Captala [31]

La Complexul Național Muzeal ASTRA din Sibiu sunt expuse exemplare de mori de vânt din diverse regiuni de pe teritoriul românesc atestate documentar din epoca medievală. (Figura2.4.). [31]

Principiul de funcționare și soluția constructivă a morilor de vânt sunt neschimbate din perioada Imperiului Roman. Deși energia vântului era folosită în Europa pre-industrială, morile de vânt putând fi numite fară îndoială „motorul electric” al acelor vremuri, apariția motorului cu aburi și mai apoi al motorului cu ardere internă au stopat utilizarea pe scară largă a acestora.

O utilizare extensivă a mașinilor eoliene s-a produs în Statele Unite ale Americii, unde, între anii 1850 și 1970 au fost instalate peste șase milioane de turbine eoliene mici (0.74 kW sau mai puțin). Acestea erau folosite în special pentru pomparea apei în ferme sau de-alungul căilor ferate pentru a furniza materia primă necesară pentru a produce aburi în motoarele locomotivelor. La sfârșitul secolului al XIX-lea, designul turbinei americane multipală a fost folosit pentru a construi prima turbină eoliană care să producă electricitate – The Brush postmill, Cleveland, Ohaio. [31]

În 1920 Firma Jacobs Wind Electric a proiectat o turbină clasică cu 3 pale, cu diametrul de 4.3 m, din acest moment industria a început producția de turbine. Nu putem vorbi de istoric al turbinelor eoliene dacă nu discutăm de pionieratul lui Palmer Coslett Putnam și grupul de ingineri și cercetători cu care a lucrat din 1930 până în 1940. În cartea “Power from The Wind” (1948), Putnam descrie proiectul de la început până la sfârșit. În 1930 el a convins firma Morgan Smith, un producător de turbine hidraulice să finanțeze fabricarea unei turbine cu diametrul de 53 metri capabilă să genereze o putere de 1250 kW. De asemenea, la acest lucru au participat General Electric și Corporația Serviciului public din Vermont cât și echipa de ingineri condusă de John Wilber de la Institutul Tehnologic din Massachusetts și expertul în aerodinamica von Kármán. Această turbină a fost instalată în Grandpa’s Knob în apropiere de Rutland Vermont. A lucrat cu viteze ale vântului de până la 30 m/s. În martie 1945, după luni de operare continuă, o pală s-a rupt din cauza modificărilor survenite și subestimării greutății rotorice. În 1931 în URSS funcționa o turbină cu ax orizontal la Balaclava cu puterea de 100 kW și diametrul de 30 de metri iar în anii 1950 în Anglia o turbină Andrea Enfield de 100 kW și diametrul de 24 m. În Danemarca, turbina Gedser de 200 kW la o viteză a vântului de 15m/s și diametrul de 24 m a fost construită în 1956 în timp ce Electricité de France testa în 1963 turbine de 1.1 MW cu diametrul de 35 m. După criza mondială de petrol din 1973, construcția mașinilor Gedser a fost reluată, în mare parte cu fonduri de la Departamentul de Energie al Angliei, reintrând pe piață în 1977. În ultimele decenii, tehnologia de producere a turbinelor eoliene a avansat mult, prețurile au scăzut, iar turbinele eoliene au fost construite de mare putere, injectând și în rețelele energetice naționale. În 1993, s-au produs 5 TWh. Cele mai mari instalații de eoliene erau, în 1992, în Tehachapi (1.15 TWh) și în trecătoarea Altamont din California (1 TWh). [31]

2.2. Problema actuală a energiei în țările din Uniunea Europeană

Energia este indispensabilă vieții pe Pământ și are un rol fundamental în dezvoltarea economică și socială a umanității.

Interesele actuale cu privire la dezvoltarea surselor de energie regenerabilă sunt strâns legate de îngrijorările cu privire la epuizarea combustibililor fosili, de efectele asupra mediului înconjurător și de riscurile sociale și politice ce rezultă din folosirea excesivă a combustibililor fosili și a energiei nucleare. Încălzirea globală, modificarea climei și energia regenerabilă sunt subiecte importante în domeniul politicii actuale, atât din punct de vedere economic cât și datorită ingineriei care dezvoltă sisteme eficiente de energie regenerabilă.

La începutul anului 2008, prețul unui baril de petrol a atins nivelul de 100 $. Acest lucru a reaprins problema legată de dependența în domeniul energiei de importuri și prețuri imprevizibile ale petrolului. Totodată, schimbarea climei datorită emisiilor de CO2 provenite din arderea cărbunelui și petrolului reprezintă o amenințare reală a omenirii. O sursă de energie regenerabilă cum ar fi vântul, care este o sursă nelimitată, cu emisii zero de CO2 și având costuri cunoscute, reprezintă o soluție bună în situația actuală. Progresele recente și susținute în tehnologia eoliană au condus la o reducere a costurilor, acestea fiind, în cele mai multe cazuri, comparabile cu cele de producere a energiei din resurse convenționale. Evoluția programelor de investiții în energia eoliană are la bază o linie puternic ascendentă a tehnologiilor și echipamentelor implicate, ca urmare a unui efort de cercetare susținut de programele Uniunii Europene și de programele naționale. Obiectivul pe termen lung al cercetării legate de sursele de energie regenerabilă (SER) este de a constitui o ofertă de energie puternic bazată pe SER, care sunt curate, durabile și cu grad înalt de independență. [20]

Între sursele de energie regenerabile, sistemele de conversie a energiei eoliene au o pondere importantă, datorită puterilor instalate existente în prezent, dar și a programelor prevăzute în acest domeniu. Dificultatea principală în realizarea sistemelor eoliene este dată de discrepanța mare dintre caracterul neregulat al energiei primare (viteza vântului fiind un proces aleator, puternic nestaționar, cu fenomene de turbulență și variații extreme de tip rafală, etc.) și cerințele extrem de exigente de regularizare a parametrilor energiei electrice furnizate (frecvență, tensiune etc). Depășirea acestor dificultăți implică un important efort de cercetare și se realizează prin aportul esențial al automaticii și al electronicii de putere. În ceea ce privește costurile de producție, baza tehnologică existentă permite producerea la preturi competitive a energiei electrice din surse eoliene, așa cum rezultă din figura 2.5.[21]

Histograma 2.5. Costul pe kWh al energiei electrice din diferite surse,

bazate pe combustibili fosili si pe surse alternative [21]

2.3. Surse de energie

Conform DEX, în accepțiunea fizicii, energia exprimă capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic atunci când suferă o transformare dintr-o stare în altă stare.

Termenul de energie, de origine greacă, a fost folosit de Kepler pentru prima data în sensul de “putere emanată de corpuri”. In sensul actual energia este o mărime care depinde de starea fizică instantanee a sitemului și care, dacă nu interacționează cu sistemul exterior, rămâne constantă.

Energia în Univers nu poate fi creată sau distrusă ci doar transformată dintr-o formă în alta.

Schema 2.6. Clasificarea surselor de energie [sursa proprie]

Sursele de energie pot fi clasificate astfel:

surse naturale numite și surse de energie primară adică orice purtător de energie existent în natură care poate fi folosit în mod direct; [3]

surse artificiale numite și surse secundare de energie adică sunt create de om prin transformarea, cu ajutorul mașinilor, a unei forme de enrgie în altă formă de energie.[11]

Sursele de energie primară pot fi clasificate după mai multe criterii, cum ar fi:

După vechimea utilizării lor de către oameni pot fi:

– convenționale (forța apei, moara de vânt); [3] [18]

– neconvenționale (utilizarea energiei nucleare- uraniul, plutoniul).

După durata de exploatare și posibitilitățile de refacere pot fi:

– inepuizabile (apa, vântul, energia geotermică); [17] [18]

– epuizabile: surse neregenerabile care se distrug prin consum (petrol, cărbuni, gaze naturale, substanțe radioactive) și surse regenerabile (nepoluante, fac parte din biosferă și se refac în timp: biogazul, turbine eoliene, panouri solare, lemnul etc). [11] [17]

2.4. Necesitatea utilizării energiilor alternative

Peste tot în lume, dar mai cu seamă în Europa Occidentală, interesele actuale cu privire la dezvoltarea surselor de energie regenerabilă sunt strâns legate de îngrijorările cu privire la epuizarea combustibililor fosili, de efectele asupra mediului înconjurător și de riscurile sociale și politice ce rezultă din folosirea excesivă a combustibililor fosili și a energiei nucleare.

Încălzirea globală, modificarea climei și energia regenerabilă sunt subiecte importante în domeniul politicii actuale, atât din punct de vedere economic cât și datorită ingineriei care dezvoltă sisteme eficiente de energie regenerabilă.

Totodată, schimbarea climei datorită emisiilor de CO2 provenite din arderea cărbunelui și petrolului reprezintă o amenințare reală a omenirii. O sursă de energie regenerabilă cum ar fi vântul, care este o sursă nelimitată, cu emisii zero de CO2 și având costuri cunoscute, reprezintă o soluție bună în situația actuală. Progresele recente și susținute în tehnologia eoliană au condus la o reducere a costurilor, acestea fiind, în cele mai multe cazuri, comparabile cu cele de producere a energiei din resurse convenționale.

O alternativă ieftină și eficientă pentru producerea energiei electrice este utilizarea forței vântului. [11]

Energia eoliană nu poate să înlocuiască toate celelalte forme de energie, ci doar să fie o opțiune din grupul de posibilități existente, o parte a mix-ului energetic. Pe termen mediu, sursele regenarabile de energie nu pot fi privite ca alternativă totală la sursele convenționale, dar cert că, datorită avantajelor pe care le au – resurse locale, abundente, ecologice, ieftine, independente de importuri și crize mondiale – acestea trebuie utilizate împreună cu combustibilii fosili și energia nucleară.

Ȋn multe țări membre ale Uniuni Europene guvernele au în derulare de ani în șir programe pentru utilizarea la scară naționala a acestei alternative energetice. Cine a avut ocazia să călătorească pe autostrăzile europene, măcar și numai până în Austria, a putut vedea siluetele elegante ale elicelor ce preiau forța vantului și o transformă în megawați. Problemele de transport la distanțe mari sau de stocare a energiei electrice produsă în aceste instalații au fost de mult soluționate, iar diminuarea dependenței de combustibilii tradiționali face parte din politici energetice pe termen mediu și îndelungat. [30]

În anul 2007, președinții celor 27 state membre ale Uniunii Europene au fixat o cotă obligatorie de 20% de energie regenerabilă până în anul 2020. Această propunere este cunoscută sub numele de Directiva 2009/28/CE a Parlamentului European și a Consiliului privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile și are ca obiectiv principal, la nivel UE27, atingerea țintei de 20% ca pondere a energiei din surse regenerabile în consumul final brut de energie precum și a țintei de 10% ca pondere a energiei din surse regenerabile în transport până în anul 2020. Energia vântului va reprezenta o componentă majoră în atingerea acestei cote. [21]

Noile cerințe în domeniul dezvoltării durabile au determinat statele lumii să își pună problema metodelor de producere a energiei și să crească cota de energie produsă pe baza energiilor regenerabile.

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice și a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee. In prezent, pe plan mondial, ponderea energiilor regenerabile în producerea energiei electrice este scăzută. Se poate spune că potențialul diferitelor filiere de energii regenerabile este sub-exploatat.

2.5.Avantaje și dezavantaje ale energiei eoliene

Schema 2.7. Avantaje ale energiei eoliene [sursa proprie]

Dezavantajele prezetate mai jos se compensează prin sistemelor moderne de reglaj și prin conectarea la SEN (Sistemul Electroenergetic Național).

Schema 2.8. Dezavantaje ale energiei eoliene [sursa proprie]

2.6. Turbine eoliene

2.6.1.Alcătuirea turbinelor eoliene

Turbina eoliană este o mașină care convertește energia cinetică a vântului în energie mecanică. Daca energia mecanică este ulterior convertită în electricitate, atunci mașina se numește generator eolian, turbina eoliană sau convertor de energie a vântului.

Prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene se generează energia eoliană. Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către energia radiată de Soare care ajunge la suprafața acestuia. Această încălzire variabilă a straturilor de aer produce zone de aer de densități diferite, fapt care creează diferite mișcări ale aerului.

Masa de aer rece cu presiune ridicată se îndreaptă spre zonele mai încălzite unde presiunea este mai redusă. Mișcările aerului pot fi: orizontale, verticale și înclinate; mișcarea orizontală și aproximativ orizontală (a aerului) este numită vânt, iar mișcările pe verticală și înclinate ale aerului se numesc curenți. [22]

Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt capabile de a genera electricitate.

Sistemele care realizează conversia energiei eoliană în energie electrică se numesc centralele eoliene.

O centrală eoliană este compusă din mai multe elemente principale care asigură funcționarea corespunzătoare a acesteia: pale, nacela, turn, fundație.

Pale reprezintă unele dintre cele mai importante componente ale turbinelor eoliene și împreună cu butucul alcătuiesc rotorul turbinei.

Nacela reprezintă carcasa în care sunt aflate elementele componente ale turbinei. Aceasta este amplasată în vârful turnului. Nacela are rolul de a proteja componentele turbinei eoliene, care se montează în interiorul acesteia și anume: arborele principal, multiplicatorul de turație, dispozitivul de frânare, arborele de turație ridicată, generatorul electric, sistemul de răcire al generatorului electric și sistemul de pivotare.

Turnul este cel care susține turbina eoliană și nacela, împreună cu celelalte elemente mecanice, generatorul electric, sistemul de virare. In trecut aceste turnuri aveau între 20 și 50 de metri, acum ajungând până la 120-130 de metri.

Acestea se montează cu ajutorul unor macarale de dimensiuni mari. Acestea sunt montate pe fundația aferentă. In interiorul acestuia se află scările de acces spre nacelă și rețeaua de distribuție a energiei electrice produse de turbina eoliană.

Figura 2.9. Elemente componente ale turbinei eoliene [sursa proprie]

Butucul rotorului are rolul de a permite montarea paletelor turbinei și este montat pe arborele principal al turbinei eoliene. Paletele turbinei sunt fixe în raport cu butucul rotorului.

Sistemul de pivotare al turbinei eoliene, are rolul de a permite orientarea turbinei după direcția vântului.

Invertorul este un dispozitiv care face conversia curentului continuu (DC) în curent alternativ(AC) asigurând calitatea frecvenței de 50 de Hz, pentru alimentarea consumatorilor sau pentru distribuirea energiei către transformatorul de tensiune.

Transformatorul are rolul de a modifica  tensiunea primita de la invertor (joasă tensiune) într-o valoare ridicată  pentru distribuirea acesteia în rețele de medie (20 kV) sau înaltă tensiune (110 kV).

2.6.2. Clasificarea turbinelor eoliene

Schema 2.10. Criterii de clasificare a turbinelor eoliene [sursa proprie]

2.6.3. Drescrierea turbinelor în funcție de poziția axului

turbine eoliene cu ax orizontal (horizontal axis wind turbines – HAWT) sunt cele mai răspândite;

turbine eoliene cu ax vertical (vertical axis wind turbines – VAWT) sunt mai rar întâlnite.

a) Turbine eoliene cu ax orizontal (HAWT), au axul rotorului așezat pe orizontală. În prezent sunt cele mai variate din punct de vedere constructiv și cele mai răspândite. Acestea pot avea de la 1 până la 18 pale, cele cu una, două și trei pale sunt – turbine rapide și cu pale multiple, (mai mult de 3 pale) sunt – turbine lente (Figura 2.11.) [21] [32]

Figura 2.11. Clasificarea turbinelor eoliene cu ax orizontal,

a – o pală, b – două pale, c – trei pale, d – cu pale multiple [14] [32]

Între rotorul turbinei și generator mai este plasat un multiplicator de turație care asigură operarea în condiții corecte a generatorului. Ansamblul rotor-generator este poziționat în vârful unei construcții înalte pentru ca turbina să lucreze într-o zonă unde viteza vântului este mai mare și pentru a elimina efectele aerodinamice nefevorabile cauzate de plasarea agregatului în imediata apropiere a solului. Spre deosebire de turbinele eoliene cu ax vertical, cele cu ax orizontal mai necesită și un sistem de orientare care să plaseze planul de rotație al rotorului perpendicular pe direcția vântului. [21]

Turbinele eoliene cu ax orizontal (HAWT) (Figura 2.12.) există într-o varietate largă de soluții constructive și sunt caracterizate printr-un coeficient de putere apropiat de limita lui Betz (0,593). Aceste turbine au fost printre primele soluții utilizate pentru satisfacerea nevoilor personale și ale comunității.

Astăzi sunt utilizate din ce în ce mai mult, datorită eficienței mărite a conversiei energiei electrice în comparație cu turbinele eoliene de mică putere cu ax vertical.

Axul principal al rotorului turbinelor de acest tip este poziționat pe orizontală, astfel încât palele rotorului să fie perpendiculare pe acesta.

Figura 2.12. Părțile componente ale turbinei eoliene

de mică putere cu ax orizontal [14] [21]

Turbina eoliană este orientată în amonte, adică cu vânt ascendent, din fața turbinei, palele sunt rigide, iar rotorul este orientat pe direcția vântului.

Palele sau captorul de energie sunt realizate dintr-un amestec de fibră de sticlă și material compozite. Ele au rolul de a capta energia vântului și de a o transfera rotorului turbinei. [21] [32]

Butucul este prevăzut cu un sistem pasiv (aerodinamic), activ (hidraulic) sau mixt (active stall) care permite orientarea palelor pentru controlul vitezei de rotație a turbinei eoliene (priza de vânt). [20] [32]

• Controlul activ, prin motoare hidraulice, numit și pitch control, asigură modificarea unghiului de incidență a palelor pentru a valorifica la maximum vântul instantaneu și pentru a limita puterea în cazul în care vântul depășește viteza nominală. În general, sistemul rotește palele în jurul propriilor axe (mișcare de pivotare), cu câteva grade, în funcție de viteza vântului, astfel încât palele să fie poziționate în permanență sub un unghi optim în raport cu viteza vântului, astfel încât să se obțină în orice moment puterea maximă. Sistemul permite limitarea puterii în cazul unui vânt puternic (la limită, în caz de furtună, trecerea palelor în ‘drapel’). [32]

• Controlul aerodinamic pasiv, numit și “stall control”. Palele eolienei sunt fixe în raport cu butucul turbinei. Ele sunt concepute special pentru a permite deblocarea în cazul unui vânt puternic. Deblocarea este progresivă, până când vântul atinge viteza critică. Acest tip de control este utilizat de cea mai mare parte a eolienelor, deoarece are avantajul că nu necesită piese mobile și sisteme de comandă în rotorul turbinei. [32]

• Ultimul tip de control, vizează utilizarea avantajelor controlului pasiv și al celui activ, pentru a controla mai precis conversia în energie electrică. Acest sistem este numit control activ cu deblocare aerodinamică. El este utilizat pentru eolienele de foarte mare putere. [20]

Arborele primar este arborele rotorului turbinei eoliene. Se mai numește arborele lent, deoarece el se rotește cu viteze de ordinul a 20 – 40 rot/min. Prin intermediul multiplicatorului, el transmite mișcarea, arborelui secundar. Acesta antrenează generatorul electric, sincron sau asincron, ce are una sau două perechi de poli. El este echipat cu o frână mecanică cu disc (dispozitiv de securitate), care limitează viteza de rotație în cazul unui vânt violent. Pot exista și alte dispozitive de securitate. [21] [32]

Generatorul electric asigură producerea energiei electrice. Puterea sa atinge 4,5 MW pentru cele mai mari eoliene. În prezent se desfășoară cercetări pentru realizarea unor eoliene de putere mai mare (5 MW). Generatorul poate fi de curent continuu sau de curent alternativ. Datorită prețului și randamentului, se utilizează, aproape în totalitate, generatoare de curent alternativ. [20] [32]

Generatoarele de curent alternativ pot fi sincrone sau asincrone, funcționând la viteză fixă sau variabilă.

Generatorul sincron:

Generatorul sincron sau mașina sincronă (MS) se poate utiliza în cazul antrenării directe, respectiv legătura mecanică dintre arborele turbinei eoliene și cel al generatorului se realizează direct, fără utilizarea unui multiplicator. În consecință, generatorul este conectat la rețea prin intermediul unui convertor static. Dacă generatorul este cu magneți permanenți, el poate funcționa în mod autonom, neavând nevoie de excitație. [21] [32]

o Cu excitație electrică. Bobinele circuitului de excitație (situate pe rotor) sunt alimentate în curent continuu, prin intermediul unui sistem de perii și inele colectoare fixate pe arborele generatorului. Alimentarea se poate face prin intermediul unui redresor, ce transformă energia de curent alternativ a rețelei, în curent continuu. Există însă mai multe metode de realizare a excitației. Generatoarele sincrone cu excitație electric sunt cele mai utilizate în prezent.

o Cu magneți permanenți (MSMP). Sursa câmpului de excitație o constituie magneții permanenți situați pe rotor, fiind astfel independentă de rețea. Acest tip de mașină are tendința de a fi din ce în ce mai utilizată de către constructorii de eoliene, deoarece ea funcționează autonom, iar construcția în ansamblu, este mai simplă. [32]

Generatorul asincron:

Mașina asincronă (MAS) este frecvent utilizată, deoarece ea poate suporta ușoare variații de viteză, ceea ce constituie un avantaj major pentru aplicațiile eoliene, în cazul cărora viteza vântului poate evolua rapid, mai ales pe durata rafalelor. Acestea determină solicitări mecanice importante, care sunt mai reduse în cazul utilizării unui generator asincron, decât în cazul generatorului sincron, care funcționează în mod normal, la viteză fixă. Mașina asincronă este însă puțin utilizată pentru eoliene izolate, deoarece necesită baterii de condensatoare care să asigure energia reactivă necesară magnetizării. [21] [32]

o Cu rotor bobinat. Înfășurările rotorice, conectate în stea, sunt legate la un sistem de inele și perii ce asigură accesul la înfășurări, pentru conectarea unui convertor static în cazul comenzii prin rotor (mașina asincronă dublu alimentată – MADA).

o În scurtcircuit. Rotorul este construit din bare ce sunt scurtcircuitate la capete prin intermediul unor inele. Înfășurările rotorice nu sunt accesibile.

Cutia de viteze permite transformarea puterii mecanice, caracterizată de cuplu mare și viteză mică specifică turbinei eoliene, în putere de viteză mai ridicată, dar cuplu mai mic. Aceasta deoarece viteza turbinei eoliene este prea mică, iar cuplul prea mare, pentru a fi aplicate direct generatorului. Multiplicatorul asigură conexiunea între arborele primar (al turbinei eoliene) și arborele secundar (al generatorului). [21] [32]

Există mai multe tipuri de multiplicatoare, cum ar fi:

*Multiplicatorul cu una sau mai multe trepte de roți dințate, care permite transformarea mișcării mecanice de la 19-30 rot/min la 1500 rot/min. Axele de rotație ale roților dințate sunt fixe în raport cu carcasa.

*Multiplicatorul cu sistem planetar, care permite obținerea unor rapoarte de transmisie mari, într-un volum mic. În cazul acestora, axele roților numite sateliți nu sunt fixe față de carcasă, ci se rotesc față de celelalte roți.

Pilonul poate fi un tub de oțel și un turn metalic. El susține turbina eoliană și nacela. [21]

Alegerea înălțimii pilonului este importantă, deoarece trebuie realizat un bun compromis între prețul de construcție și expunerea dorită la vânt. În consecință, odată cu creșterea înălțimii, crește viteza vântului, dar și prețul. În general, înălțimea pilonului este puțin mai mare decât diametrul palelor. Înălțimea eolienelor este cuprinsă între 40 și 80 de metri. Prin interiorul pilonului trec cablurile care asigură conectarea la rețeaua electrică.

Sistemul de orientare a nacelei este constituit dintr-o coroană dințată (cremalieră) echipată cu un motor. El asigură orientare eolienei și "blocarea" acesteia pe axa vântului, cu ajutorul unei frâne. Există mai multe sisteme de orientare după vânt (Figura 2.13.): a – cu stabilizator, b – cu vendroza, c – cu servomotor, d – cu autoorientare (în spatele turnului). [21]

Figura 2.13. Sistem de orientare după vânt [21]

Dispozitivele de măsurare a vântului sunt de două tipuri:

– o giruetă pentru evaluarea direcției și

– un anemometru pentru măsurarea vitezei.

Informațiile sunt transmise sistemului numeric de comandă, care realizează reglajele în mod automat. [32]

Costurile specifice de investiție ar putea fi diminuate dacă dimensiunile turbinei ar putea fi micșorate, obținând totuși o aceeași putere la arborele generatorului sau dacă, pentru un același agregat eolian, s-ar putea mări puterea instalată. Acest lucru se poate face, pentru ambele cazuri, prin carcasarea rotorului, construind astfel, un dispozitiv care are efect de concentrare al energiei vântului și de creștere a vitezei medii în secțiunea rotorului turbine. Un alt avantaj al carcasării turbinelor eoliene este reprezentat de faptul că acestea sunt mult mai puțin sensibile la schimbarea direcției vântului, tocmai din cauza prezenței concentratorului de energie. Acest lucru duce la o simplificare a mecanismului de orientare și la o eficiență crescută în operare, prin scăderea drastică a timpului în care turbina nu mai lucrează într-un domeniu optim din cauză că nu se găseste într-o poziție astfel încât direcția curentului de fluid să fie perpendiculară pe planul de rotație al rotorului. [32]

b) Turbine eoliene cu ax vertical (VAWT) au axul rotorului așezat pe verticală. Cele mai răspândite sunt turbinele Darrieus, Savonius, Musgrove, Evence – cu două sau trei pale subțiri aerodinamice încastrate de un ax vertical, și Savonius – cu două pale cu profil aerodynamic fixate de axul vertical. Avantajul turbinelor eoliene cu ax vertical este în principal acela că rotorul acestora nu trebuie orientat după vânt (Figura 2.14.). Dezavantajul turbinelor eoliene cu ax vertical este că nu pot fi amplasate pe stâlpi la înălțime, ca urmare beneficiază de vântul de la nivelul solului până la 50 m înălțime.[21]

Figura 2.14. Clasificarea turbinelor eoliene cu ax vertical,

a – Darrieus, b – Savonius, c – Evence, d – Musgrove [14] [21]

Turbina eoliană cu ax vertical tip Darrieus 4MW Project Eole amplasată în insulele Magdalen, Quebec, Canada este o turbină inventată în anul 1931 de inginerul francez Georges Jean Marie Darrieus. Aceasta constă din două, trei sau mai multe pale vertical situate la distanțe egale față de un ax vertical, solidarizate de acesta prin intermediul unor bare rigide. Axul turbinei este cuplat la partea inferioară cu un generator electric. În timp, conceptul a evoluat, din considerente mecanice abordându-se soluția curbării palelor turbinei care sunt solicitate numai la întindere, reducându-se riscul distrugerii turbinei din cauza solicitărilor de încovoiere care se exercită asupra palelor drepte. [21] [32]

Turbinele eoliene cu ax vertical sunt mai puțin utilizate, deși prezintă ca principalul avantaj independența poziției rotorului față de direcția vântului. Mai mult, turbinele eoliene cu ax vertical au viteza de operare foarte mică, plasată în jurul valorii de 2.7 m/s, lucru care le-ar face extrem de fezabile pentru siturile în care frecvența simplă de apariție a vântului pe intervale de viteză este maximă în zona vânturilor slabe. Cu toate că funcționează la viteze relativ mici, turbinele eoliene cu ax vertical tip Darrieus nu pot demara singure, fiind necesară o sursă suplimentară de energie pentru aducerea acestora în sarcină. [21] [32]

Turbine eoliane cu ax vertical (Figura 2.15) au arborele rotorului principal așezat pe verticală și sunt indicate în cazul construcțiilor civile individuale înalte. Ele pot fi montate pe partea superioară a unor asemenea clădiri, reușind să acopere în bună măsură consumul de energie electrică al acesteia. [21]

Figura 2.15. Turbine eoliane cu ax vertical [21]

Dezavantajul major al agregatelor eoliene cu ax vertical este legat de faptul că eficiența acestora este de două ori mai mică decât aceea a turbinelor de vânt cu ax orizontal, datorită rezistenței crescute la înaintare pe care palele o au atunci când se rotesc în vânt. [20] [30]

În România, a fost de asemenea studiată posibilitatea implementării conceptului de turbină eoliană cu ax vertical, în localitatea Sfântu Gheorghe din județul Tulcea fiind amplasat un prototip al unei turbine eoliene cu ax vertical cu flux transversal și concentratori periferici (Figura 2.16.). La ora actuală turbina este scoasă din uz. [21] [32]

Figura 2.16.Turbină eoliană cu ax vertical cu flux transversal și concentratori periferici

Sfântu Gheorghe, Tulcea, România [32]

2.6.4. Avantaje și dezavantaje ale turbinelor eoliene

2.6.4.1. Avantaje și dezavantaje ale turbinelor eoliene cu ax orizontal

Cel mai mare avantaj al unei turbine eoliene orizontale este îl reprezintă puterea pe care aceasta o produce. Energia eoliană generată poate ajunge de ordinul MW-lor, obținuți numai de la o singură eoliană.

Ȋn cazul în care se dorește obținerea unor puteri de 10 KW, turbina cu ax orizontal rămâne singura opțiune. Avest tip de turbină se instalează pe stâlpi, la înălțimi mari, acolo unde beneficiază de un vânt de cel puțin 2-3 ori mai puternic, uniform și constant, față de instalarea în același loc dar la sol.

Ele au un randament mult mai mare, generează energie electrică folosind până la 50-55% din energia eoliană disponibilă (din puterea vântului), față de 15-20% la eoliene verticale – prin comparație, panourile solare fotovoltaice au o eficiență de numai 15%. [29]

Principalele dezavantaje sunt resursa energetică relativ limitată, inconstanța datorită variației vitezei vântului și numărului redus de amplasamente posibile. Puține locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului.

La început, un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de mare de producere a energiei și fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă, prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic. [28]

Un alt dezavantaj este acela că au o apariție neplăcută din punct de vedere vizual.

Aceste turbine eoliene produc destul de mult zgomot – poluare fonică.

Turbinele eoliene afectează mediul și ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări și necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor.

2.6.4.2. Avantaje și dezavantaje ale turbinelor eoliene cu ax vertical

Printre avantajele acestor turbine eoliene cu ax vertical, sunt că generatoarele și cutiile de viteze pot fi plasat aproape de sol, și că turbinele nu trebuie să se poziționeze în vânt.

Turbinele verticale sunt robuste, liniștite, omni-direcționale, și ele nu crează așa mult stres pe structura de sprijin. Nu au nevoie de așa mult vânt pentru a genera energie, astfel că se permite ca ele să fie mai aproape de sol. Fiind mai aproape de sol sunt ușor de întreținut și pot fi instalate pe coșuri de fum și structuri similare înalte. Ele sunt plăcute ochiului și se pot încadra foarte bine în design-ul și volumetria spațiilor sau cartierelor rezidențiale. [28]

O turbină eoliană cu ax vertical are avantajul că pornește la viteze mici ale vântului și nu ține cont de direcția și turbulențele acestuia. La vânturi puternice se comportă mai bine, nefiind supusă aceleiași presiuni precum o turbină cu ax orizontal.

Un alt avantaj este că, pentru a obține aceeași putere, prețul unei turbine eoliene verticale este sensibil egal cu cel al unei turbine eoliene orizontale. Totuși costul investiției pentru instalare este simțitor mai mic.

O turbină eoliană verticală are ca principal avantaj față de una cu ax orizontal faptul că produce un zgomot mai redus.

Turbinele eoliene cu ax vertical prezintă printre dezavantaje și faptul că au nevoie de obicei de o arie de captarea a vântului de două ori mai mare decat tubinele orizontale și de patru ori mai multe materiale pentru a genera aceeași cantitate de energie electrică comparativ cu suratele lor. Ele nu au capacitatea de a produce o putere la fel de mare, acesta fiind principalul motiv pentru care turbinele cu ax orizontal sunt mai răspândite.

2.7. Producția de energie eoliană în România

În România, preocupările care au stat la baza utilizării resurselor regenerabile au existat din vremuri mai îndepărtate, însă în ultimii ani acestea au luat amploare ca urmare a interesului investitorilor, motivați de schemele de susținere financiară dezvoltate și puse în practică de autorități.

„In termeni generali, România este o țară bogată în resurse sărace, scumpe și cu o perioadă scurta de asigurare” se arată în studiul Institutului European din România. [32]

Din punct de vedere climatologic, România este o țară în care forța eoliană se manifestă cu intensități peste medie în multe zone geografice și pe o perioadă a anului suficient de îndelungată pentru a face rentabilă exploatarea ei. [14]

În România s-au identificat cinci zone eoliene, în funcție de viteza vântului de minim 4 m/s (pentru o funcționare eficientă a turbinei eoliene) și de numărul de ore/an în care această viteză este atinsă. (Anexa 3.)[14]

România se încadrează într-un climat continental temperat, cu un potențial energetic ridicat, în special în zona litoralului și de coastă (climat blând), precum și în zonele alpine cu platouri și vârfuri montane (climat sever). Pe baza evaluării și interpretării datelor înregistrate rezultă că potențialul energetic eolian este cel mai favorabil pe litoralul Mării Negre, în zonele montane și podișurile din Moldova sau Dobrogea. Evaluări preliminare privind zona litoralului Mării Negre, inclusiv în zona off-shore, demonstrează că potențialul eolian amenajabil pe termen scurt și mediu este ridicat, cu posibilități de obținere a unei cantități de energie de ordinul miilor de GWh/an. Deși pe plan mondial energetica vântului se află într-un stadiu avansat de maturitate tehnologică, se poate aprecia că în România ponderea energiei din surse eoliene în balanță energetică, pe termen scurt, se situează sub posibilitățile reale de valorificare economic (Anexa 3).

Având în vedere potențialul energetic foarte mare pentru utilizarea energiei eoliene în România, aceasta reprezintă o componentă foarte importantă a producției energetice împreună cu celelalte surse de energie regenerabilă. [14]

În „Strategia energetică a României pentru perioada 2007 – 2020”, publicată în Monitorul Oficial din data de 19.11.2007, unul dintre obiectivele prioritare ale dezvoltării sectorului românesc este promovarea producerii energiei pe bază de resurse regenerabile, astfel încât ponderea acestor resurse în totalul consumului brut de energie electrică să fie de 33% în anul 2010, 35% în anul 2015 și 38% în anul 2020. Este de reținut că aceste procente nu reprezintă o limită superioară, ci doar un minim pe care Guvernul României s-a angajat să-l atingă. [14] [33]

Figura 2.17. Harta potențialului eolian al României [33]

În România, cu excepția zonelor montane, unde condițiile meteorologice dificile fac greoaie instalarea și întreținerea turbinelor eoliene, viteze egale sau superioare nivelului de 4 m/s se regăsesc în Podișul Central Moldovenesc și în Dobrogea. În zona litoralului viteza medie anuală a vântului întrece pragul de 4 m/s deci are potențial energetic. În zona litoralului, pe termen scurt și mediu, potențialul energetic eolian amenajabil este de circa 2.000 MW, cu o cantitate medie de energie electrică de 4.500 GWh/an. (Figura 2.17.) [26]

Figura 2.18. Harta energiei "verzi" a României [30]

Potrivit hărții energiei "verzi" (Figura 2.18), potențialul României cuprinde 65% biomasă, 17% energie eoliană, 12% energie solară, 4% microhidrocentrale, 1% voltaic + 1% geotermal. [18]

În prezent există proiecte importante în România pentru energia eoliană. CNTEE Transelectrica S.A. a primit un număr mare de solicitări de încadrare în SEN (Sistemul Electroeneregtic Național) /racordare la RET (Rețeaua Electrică de Transport din cadrul SEN) din partea unor investitori în centrale eoliene.

Centralele eoliene au caracteristici tehnice și de exploatare care le deosebesc semnificativ de celelalte tipuri de centrale electrice: [33]

• Puterea disponibilă în fiecare moment are valori aleatorii, care pot varia între zero și puterea instalată, la discreția factorilor meteorologici;

• Performanțele tehnice ale centralelor eoliene în cazul unor perturbații în sistem pot fi foarte diferite, iar experiența în exploatarea lor este practic inexistentă în România;

• Volatilitatea și impredictibilitatea producției centralelor eoliene pun probleme tehnice specifice a căror rezolvare induce costuri suplimentare pentru echilibrarea balanței și pentru funcționarea sigură a SEN.

Caracteristicile enumerate mai sus impun o analiză aprofundată a problemelor specifice noi ridicate de instalarea unor centrale eoliene și identificarea măsurilor necesare pentru rezolvarea acestora înainte de racordarea unui volum semnificativ de centrale eoliene în SEN.

Majoritatea turbinelor produc energie 25% din timp, acest număr crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice. Ca sursă energetică vântul poate fi mai greu de calculat spre deosebire de soare, dar în anumite perioade prezența vântului se observă pe parcursul intregii zile. Asupra resurselor eoliene influențează relieful pământului și prezența barierelor (obstacolelor) plasate la înălțimi de până la 100 metri. De aceea vântul, într-o mai mare măsură, depinde de condițiile locale topografice și relief (Anexa 3- Resursele de vânt ale României la 50 m înălțime).

În prezent, în România există 20 de producători de energie electrică din resurse regenerabile care beneficiază de certificate verzi (micro-hidro centrale – MHC și grupuri generatoare/centrale eoliene), a căror putere instalată este de 47 MW (7 MW instalați în grupuri eoliene și 40 MW instalați în MHC).

2.8. Impactul asupra mediului

La fel ca toate tehnologiile de energie și turbinele eoliene au anumite efecte asupra mediului. Cu toate acestea, spre deosebire de tehnologiile cele mai convenționale (care sunt regionale și chiar impactul global este din cauza emisiilor lor și din cauza importurilor de combustibili), efectele sistemelor de energie eoliana sunt minime și locale.

Impactul local asupra mediului care poate rezulta din dezvoltarea energiei eoliene include: eroziunea solului, efecte negative asupra păsărilor sălbatice, zgomotul.

Eroziunea, care poate fi prevenită prin instalarea corectă a centralelor eoliene în peisaj. Eroziunea poate fi un motiv de îngrijorare în anumite habitate, cum ar fi pantele munților sau ale dealurilor.

Coliziunea păsărilor sălbatice cu palele turbinelor în mișcare, cu turnul înalt al centralei eoliene, cu infrastructura de cabluri aferentă sau cu curenții rezultați în spatele rotorului, care și ei pot duce la răniri grave sau chiar la mortalitatea păsărilor.

Perturbarea deplasării din jurul turbinelor și/sau excluderea deplasărilor de pe întregul teritoriu al fermelor eoliene (fapte ce au drept consecințe: reducerea productivității, iar reducerea șanselor supraviețuirii poate apărea dacă păsările sunt îndepărtate de habitatele lor preferate și sunt astfel incapabile să găsească alternative adecvate nevoilor lor).

Barierele în mișcare – se interpun între zonele de hrănire, iernare, înmulțire și locurile de năpârlire și extind zborurile în jurul mulțimii de generatoare eoliene, conducând la o creștere a consumului energetic al păsărilor. Instalațiile eoliene mari, individuale sau efectul cumulativ al fermelor eoliene (sisteme de instalații) sunt principalele probleme din acest punct de vedere.

Schimbarea sau pierderea habitatelor datorită turbinelor și infrastructurii asociate acestora.

Recomandări [30]

*Vârfurile palelor centralelor eoliene se vor vopsi în culori vii pentru a evita lovirea acestora de către păsări.

*Turnurile se vor semnaliza cu lumina roșie intermitentă, cu interval mare de timp între două aprinderi.

*Este interzisă deversarea apelor uzate rezultate din desfășurarea activităților de construcție în spațiile naturale existente în zona.

*In cazul unor posibile deversări accidentale de ape uzate, uleiuri sau combustibili proveniți de la utilajele folosite, se recomandă colaborarea cu firme specializate în depoluări.

*Este interzisă depozitarea materialelor sau circulația autovehiculelor pe spațiile verzi, cu excepția celor destinate pentru organizarea de șantier.

*Refacerea cu sol fertil a suprafețelor afectate, începând de la baza turnurilor, astfel încât să nu rămâană teren neintegrat în circuitul agricol, în afara celui prevăzut în proiect.

*Amplasarea turbinelor se va face astfel încât la limita perimetrului amplasamentului, nivelurile de zgomot și vibrații să se încadreze în limitele impuse prin standardele în vigoare.

*Activitatea de prevenire a incendiilor trebuie să fie susținută de măasuri adecvate conform legislației în vigoare și recomandărilor producătorului.

Capitolul 3. ASPECTE LEGISLATIVE

3.1. Legislața internațională în domeniul surselor regenerabile de energie

Problema energiei în Uniunea Europeană este abordată în sensul larg al principiilor dezvoltării durabile. Integrarea durabilității în politicile europene presupune, printre altele, aplicarea principiului eficacității asupra procedurilor de integrare a dimensiunii mediu în politicile economice și sociale și instituirea unui sistem de indicatori de evaluare a eficacității instrumentelor de integrare a politicilor economice, sociale și de mediu.

La nivelul politicilor sectoriale există o serie de coordonate referitoare la limitarea schimbărilor climatice: energii și tehnologii curate, și la gestionarea responsabilă a resurselor. Astfel, producerea energiei din surse regenerabile, printre care și energia eoliană, este abordată atât în cadrul politicilor generale, cât și în cadrul celor sectoriale.

Baza legală comunitară privind dezvoltarea surselor regenerabile de energie, în general, și a energiei eoliene, în special, este constituită de Directiva 2001/77/EC, emisă de Parlamentul European și de Consiliul European la 27 septembrie 2001. [31]

Interesele actuale cu privire la dezvoltarea surselor de energie regenerabilă sunt strâns legate de îngrijorările cu privire la epuizarea combustibililor fosili, de efectele asupra mediului înconjurător și de riscurile sociale și politice ce rezultă din folosirea excesivă a combustibililor fosili și a energiei nucleare. Încălzirea globală, modificarea climei și energia regenerabilă sunt subiecte importante în domeniul politicii actuale, atât din punct de vedere economic cât și datorită ingineriei care dezvoltă sisteme eficiente de energie regenerabilă.

La începutul anului 2008, prețul unui baril de petrol a atins nivelul de 100 $. Acest lucru a reaprins problema legată de dependența în domeniul energiei de importuri și prețuri imprevizibile ale petrolului. Schimbarea climei, datorită emisiilor de CO2 provenite din arderea cărbunelui și petrolului, reprezintă o amenințare reală a omenirii. O sursă de energie regenerabilă cum ar fi vântul reprezintă o soluție bună în situația actuală. [20]

Progresele recente și susținute în tehnologia eoliană au condus la o reducere a costurilor, acestea fiind, în cele mai multe cazuri, comparabile cu cele de producere a energiei din resurse convenționale. Evoluția programelor de investiții în energia eoliană are la bază o linie puternic ascendentă a tehnologiilor și echipamentelor implicate, ca urmare a unui efort de cercetare susținut de programele Uniunii Europene și de programele naționale. Obiectivul pe termen lung al cercetării legate de sursele de energie regenerabilă (SER) este de a constitui o ofertă de energie puternic bazată pe SER, care sunt curate, durabile și cu grad înalt de independență. [20]

3.2. Legislața românească în domeniul surselor regenerabile de energie

România are cel mai ridicat potențial din sud-estul Europei în domeniul energiei eoliene, dar incertitudinile legate de cadrul legislativ reprezintă principalul factor de risc pentru investitori, deși sistemul certificatelor verzi bugetare încurajează investițiile în energie regenerabilă. [20]

În România, baza legală privind utilizarea surselor de energie regenerabilă este constituită din H.G.nr.443 din 10.04.2003 și H.G. nr.1.535 din 18.12.2003, care a aprobat Strategia de valorificare a surselor regenerabile de energie.

În anul 2007, președinții celor 27 state membre ale Uniunii Europene au fixat o cotă obligatorie de 20% de energie regenerabilă până în anul 2020. Această propunere este cunoscută sub numele de Directiva 2009/28/CE a Parlamentului European și a Consiliului privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile și are ca obiectiv principal, la nivel UE27, atingerea țintei de 20% ca pondere a energiei din surse regenerabile în consumul final brut de energie precum și a țintei de 10% ca pondere a energiei din surse regenerabile în transport până în anul 2020. Energia vântului va reprezenta o componentă majoră în atingerea acestei cote. [33]

Pentru îndeplinirea cerințelor Comisiei Europene privind folosirea surselor de energie alternativă, printre care și cea eoliană, astfel încât consumul de energie regenerabilă să ajungă la 33% la începutul anului 2012, trebuie adoptate o serie de măsuri, dintre care cele mai importante se referă la:

1. armonizarea legislației referitoare la mediu și la domeniul producerii de energie verde;

2. elaborarea de proiecte privind compatibilitatea rețelelor de transport și distribuție de energie electrică cu cerințele de racordare a producătorilor de energie eoliană și de proiecte de construire de rețele noi de transport cu finanțare public – privată;

3. amplasarea, pe cât posibil, de turbine noi, nepoluante și de capacități mari;

4. analiza atentă a studiului de impact de mediu și cel privind acustică.

Referitor la energia eoliană, ecologiștii și specialiștii au rezerve în ceea ce privește amplasarea centralelor eoliene, pentru că ar putea afecta migrația păsărilor călătoare și activitatea în arealele declarate arii protejate conform rețelei ecologice europene "Natura 2000" în România. [33]

Pentru susținerea producerii energiei electrice din resurse energetice regenerabile a fost stabilit un mecanism de promovare bazat pe certificate verzi, prin care furnizorii achiziționează cote obligatorii de certificate, proporțional cu volumul de energie electrică vândută consumatorilor.

OPCOM – operatorul pieței de energie electrică și de gaze naturale din România – este o filială a transportatorului național de electricitate, Transelectrica, care are rolul de administrator al pieței de energie electrică, conform prevederilor legislației primare și secundare în vigoare. OPCOM a fost înființat în august 2000. [33]

Piețele administrate de OPCOM sunt Piața pentru Ziua Următoare, Piața Centralizată a Contractelor Bilaterale, Platforma de Tranzacționare a Certificatelor de Emisii de gaze cu efect de seră și Piața Certificatelor. [33]

Certificatul Verde este un document care atestă o cantitate de 1 MWh de energie electrică produs din surse regenerabile de energie.[20] [33]

Mecanismul de promovare a producerii de energie electrică din surse regenerabile de energie, prin achiziția de către furnizori a unor cote obligatorii de energie electrică produsă din aceste surse în vederea vanzării către consumatorii deserviți se numește sistem de cote obligatorii.

Funcționarea sistemului de cote obligatorii pentru promovarea energiei electrice din surse regenerabile de energie, presupune parcurgerea următorilor pași:

1. Autoritatea de reglementare stabilește o cotă fixă de energie electrică produsă din surse regenerabile de energie, pe care furnizorii sunt obligați să o cumpere;

2. Autoritatea de reglementare califică anual producătorii de energie electrică din surse regenerabile de energie, pentru a obține Certificate Verzi;

3. Producătorii primesc pentru fiecare unitate de energie electrică livrată în rețea (1 MWh), un Certificat Verde, care poate fi vândut pe Piața de Certificate Verzi;

4. Pentru îndeplinirea obligației, furnizorii trebuie să dețină un număr de Certificate Verzi egal cu cota de energie electrică din surse regenerabile de energie impusă.

Valoarea Certificatelor Verzi reprezintă un câștig suplimentar primit de producători pentru “energia curată” pe care o livrează în rețele. Prețul energiei electrice este determinat pe piața de energie electrică. Prețul suplimentar primit pentru Certificatele Verzi vândute este determinat pe o piață paralelă, unde sunt tranzacționate beneficiile aduse mediului.

Valoarea Certificatelor Verzi se stabilește prin mecanisme de piață: [20][33]

* Prin contracte bilaterale între producatori și furnizori;

* Pe o piață centralizată, organizată și administrată de OPCOM.

S-a emis Ordonanța de urgență nr. 24/2017 privind modificarea și completarea Legii nr. 220/2008 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei din surse regenerabile de energie și pentru modificarea unor acte normative în vigoare de la 31 martie 2017.

Capitolul 4. STUDIU DE CAZ

SISTEMUL EOLIAN – FOTOVOLTAIC OFF-GRID 3 kW

4.1 Descrierea eolianei off-grid 3 kW

Sistemele eoliene asigură electricitate pentru:

– rețele izolate;

– rețele centrale;

– furnizare de energie la distanță;

– suport pentru rețele slabe;

– reducerea expunerii la fluctuațiile prețului energiei;

– reducerea pierderilor de transmitere și distribuție.

Pentru utilizări de tipul „off-grid” (utilizări ale energiei eoliene în scopuri personale, independente față de alimentarea cu energie electrică de la o rețea centrală) se folosesc turbine mici de la 50 W la 10 KW. Acestea se folosesc și pentru încărcarea acumulatorilor sau pentru pomparea apei.

Pentru utilizări în cadrul unor rețele izolate se folosesc turbine de ordinul 10 kW – 200 kW. Această metoda reduce costurile de generare în zone greu accesibile: sisteme hibrid vânt-diesel.

Pentru utilizări în cadrul rețelei centrale se folosesc turbine de ordinul 200 kW-5 MW. Aceste turbine le găsim în fermele de vânt cu turbine multiple. Sunt turbine de dimensiuni mari care formează parcuri eoliene. Acestea necesită un sistem de monitorizare și diagnoză.

Sistemul eolian-fotovoltaic off-grid 3 kW este un sistem hibrid, capabil să funcționeze în orice condiții de mediu, datorită combinației dintre cele două energii alternative, cea solară și cea eoliană. [34] [37]

Off Grid înseamnă că nu vei fi conectat la rețeaua electrică și de fapt asta înseamnă o casă independentă energetic.

În primul rând, este nevoie să știm de la bun început care sunt consumatorii ce trebuie alimentați zilnic și în mod prioritar. Aici ar putea intra următorii consumatori electrocasnici: hidroforul (pentru că suntem independenți și față de furnizorul de apă curentă), aparatul frigorific, mașina de spălat rufe/vase de bucătărie, pompa centralei de încălzire (numai pe timp de iarnă, dar trebuie luată în considerare), iluminatul și alți asemenea consumatori necesari zilnic (aspirator, feon, T.V., etc. ).

Odată ce am realizat acest calcul trebuie să stabilim ce tip de sistem generator de electricitate alegem.

Generatorul de electricitate poate fi:

panouri fotovoltaice – pot fi folosite în aproape orice locație, către sud, iar lumina solară nu trebuie să fie obstrucționată de niciun fel de factori artificiali (umbra unui gard, a propriei case etc.). Lumina solară este prezentă în medie timp de 6 ore/zi pe suprafața României. Luând acest aspect în calcul se face dimensionarea instalației solare, astfel încât energia acumulată în acest timp să poată deservi timp de 24 de ore echipamentele electrice. Există situații în care lumina solară nu va fi prezentă timp de câteva zile și atunci ar fi bine să adăugăm în ecuație și alte surse: cele de mai jos sau un generator pe benzină sau diesel;

turbine eoliene – nu este recomandat să fie singurele surse generatoare de electricitate, ci mai degrabă să ajute panourile fotovoltaice atunci când nu este soare. Această combinație este recomandată cu atât mai mult cu cât, dacă stăm să ne gândim, atunci când nu este soare, destul de probabil va bate vântul;

Figura 4.1. Sistemul eolian – fotovoltaic off-grid 3 kW [23]

Datorită calității componentelor, sistemului hibrid îi este garantată o durată lungă de viață. Procesul de generare a curentului electric este unul foarte stabil, justificând astfel investiția făcută, având un timp relativ scurt de amortizare.

Sistemul eolian-fotovoltaic off-grid 3 kW este indicat în locurile unde nu este rețea, cum ar fi: pensiuni, cabane, ferme apicole și zootehnice. Mai este indicat, de asemenea, și pentru cei deja racordați la rețea care doresc să obțină independență energetică ori să reducă la minim facturile actuale.

Sistemul asigură o producție medie zilnică de 5-6 kW/h iarna și 7-10 kW/h vara din panourile fotovoltaice, în timp ce eoliana produce 600 W/h la vânt de 11m/s. Puterea de stocare a acumlatorilor este de 7,2 kW.

4.2.Descrierea componentelor ce alcătuiesc sistemul eolian-fotovoltaic off-grid 3kW

Acest sistem este alcătuit din următoarele componente:

1 eoliană Idella Flyboy 600W

8 panouri fotovoltaice policristaline 250Wp

1 invertor Victron Multiplus 24V 3000W

2 regulatori de încărcare Victron MPPT 40Ah

4 acumulatori solari Varta 12V 150Ah

Eoliana Idella Flyboy 600W

Eoliana de 600W este mică, silențioasă și ușoară, ideală pentru consumatorii electrici și electronici folosiți zilnic. Pentru o exploatare adecvată a eolianei este indicat ca amplasarea acesteia să fie făcută în zone cu vânt constant. Pentru stocarea energiei produse în perioadele cu vânt intens, este necesar un banc de acumulatori unde se va stoca surplusul de energie. [37]

Date tehnice:

• Voltaj sistem: 12/24/48 V;

• Putere la 11 m/s: 600 W;

• Vânt de pornire: 1,8 m/s;

• Număr elice: 3;

• Material elice: carbon-nylon;

• Diametru elice: 160 cm;

• Greutate: 20 kg;

• Proveniența: Germania;

• Garanție: 2 ani.

Panouri fotovoltaice policristaline IPPP 250Wph

Panourile fotovoltaice policristaline Idella de 250W fac parte din gama premium cu o eficiență de 15,06%, aducând un plus de valoare în orice sistem, fie el on-grid sau off-grid. Au un randament garantat de 25 de ani și sunt indicate pentru sisteme fotovoltaice rezidențiale. [37]

Date tehnice:

• Celule: policristalin,

• Număr celule: 60 în serie,

• Dimensiunea: 1665x999x35 mm,

• Greutate: 18,7 kg,

• Grosime sticlă: 3,2 mm,

• Conector: MC4 – IP67,

• Putere nominală (Pmax): 250 Wph,

• Tensiune în circuit deschis (Voc): 37,52 V,

• Curent de scurtcircuit (Isc): 8,53 A,

• Tensiune la putere maximă (Vmpp): 30,73 V,

• Curent la putere maximă (Isc): 8,15 A,

• Eficiență: 15,06%,

• Toleranța pozitivă de 0/+5 W,

• 25 de ani randament garantat

Invertor Victon Energy Multiplus 24V 3000W

Este un invertor cu undă sinusoidală pură de înaltă calitate, cu un management inteligent al puterii, un încărcător complex de acumulatori și un comutator CA de mare viteză, într-o singură închidere compactă. Pentru o putere mai mare pot funcționa în paralel până la 6 invertoare 3000W. De asemenea, invertorul se poate utiliza în modalitate trifazică și pot fi legate împreună 6 seturi a câte 3 invertoare totalizând o putere de 54kW. Configurarea sistemului este foarte simplă: dupa instalare invertorul este gata de utilizare. Se pot efectua alte setări dacă sunt necesare, în cateva minute prin intermediul comutatorului DIP. [37]

Date tehnice:

• Dimensiuni: 362x258x218 mm;

• Greutate invertor 3000w solar: 18 kg;

• Putere generată în CA la 25°C: 3000 VA;

• Putere generată la 25°C / 40°C: 2500/2000 W;

• Puterea de vârf: 6000 W;

• Tensiune CA la ieșire/frecvența: 230VAC +/- 2% 50Hz +/- 0,1%;

• Nivelul de tensiune la intrare: 19 – 33 V;

• Eficiența maximă: 94%;

• Putere la sarcina zero: 15 W;

• Protecție: a – g;

• Gama temperaturii de operare: -20 to +50°C (răcire cu ajutorul ventilatorului);

• Umiditate (lipsa condensului): maxim 95%;

• Standarde: EN 60335-1, EN 60335-2-29, EN55014-1, EN 55014-2, EN 61000-3-3, 2004/104/EC;

• Garantie: 2 ani.

Acumulator solar Varta LAD 150Ah Deep-cycle

Acumulatorii solari Varta LAD au fost concepuți pentru ultimele sisteme de producere de energie alternativă folosind tehnologia Agm, motiv pentru care poate alimenta numeroși consumatori electrici. Au construcție etanșă, sunt robuști, rezistă până la 800 de cicluri încărcare/descărcare și acoperăa toate necesitățile de pornire și alimentare a echipamentelor electrice utilizate. [37]

Date tehnice:

• Capacitate: 20 h (EN) 150 Ah;

• Capacitate: 5 h (EN) 123 Ah;

• Dimensiuni: 484x171x241 mm;

• Curent pornire la -18: (CCA), EN [A]: 900 A;

• Marine Cranking Amps: (SAE) @ 0°C: 1070 A;

• Greutate: 45,5 kg;

• Tehnologie: Deep-Cycle AGM;

• Garanție: 2 ani.

Regulatorul de încărcare BlueSolar MPPT 12/24V 40Ah

Regulatori de încărcare a acumulatorilor se folosesc doar cu panourile fotovoltaice.

Date tehnice:

• Tensiunea sistemului: U = 12/24 V autoselectabilă;

• Pentru încărcare la 12 V se utilizează doar panouri cu 36 celule;

• Pentru încărcare la 24 V se utilizează doar panouri cu 72 celule;

• Protecții la scurtcircuit și suprasarcină;

• Dimensiuni: 202x66x140 mm;

• Garanție: 2 ani.

4.3. Analiza unei centrale eoliene off-grid de 3 kW.

O instalație eoliană cu turbina de 3 kW garantează independența pentru o locuință și oferă familiei o stare de confort și de siguranță.

Turbina eoliană preia energia cinetica a vântului, o transformă și o transmite mai departe printr-un ax la un generator, care fiind rotit, transformă energia mecanică în energie electrică. Orice consumator ar trebui să fie branșat și la rețeaua electrică locală, pentru că atunci când viteza vântului scade sub 3-4m/s, eoliana se oprește; nu mai generează curent, și atunci, printr-un circuit automatizat se cuplează alimentarea de la rețea. Cu cât avem mai mult vânt și cu viteze mai mari, cu atât eoliana produce mai multă energie electrică.

O centrală eoliană poate face o “economie verde”de 60-90%.

Figura 4.3. Plan locuință cu sistem eolian-fotovoltaic off-grid 3 kW

Figura 4.4. Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene [33]

Aceste două sisteme: centrale eoliene și panouri fotovoltaice se completează unul pe celălalt, nu se substituie. Turbina eoliană – energia eoliană, este cea mai ieftină formă de energie regenerabilă și cu cel mai mic impact asupra mediului înconjurător. Dacă nu avem “curent” întâi ne gândim dacă bate vântul și apoi ne uităm dacă este soare.

In cazul turbinelor noi se poate ajunge la un preț de achiziție de cca. 36,000 Ron iar perioada de amortizare poate varia între 8 și 15 ani.

Energia eoliană trebuie suplimentată cu o altă formă de energie, foarte des întâlnită: cea solară. Atunci când nu avem vânt sau când viteza acestuia este mai mică de 4-6 m/s – și asta se întamplă de obicei vara – sistemul cu panouri solare intră în rol.

Acest sistem permite atât alimentarea unor consumatori de curent continuu, cât și alimentarea unor consumatori de curent alternativ prin intermediul unui invertor.

4. 4 Calcul centrală eoliană off-grid 3 kW cu înmagazinare cu baterii

Energia electrică care acoperă consumul de energie al locuinței de studiu se bazează pe producerea energiei obținută din panouri fotovoltaice și a unor turbine eoliene.

Locația dispune de următoarele caracteristici de potențial energetic:

* Energie solară timp de 4,5 ore pe zi;

* Vânt continuu la 12 m/s timp de 4 ore pe zi.

Pentru deservirea consumatorilor din tabel sistemul off –grid (panouri solare sau o turbină eoliană) care trebuie să producă tot necesarul de energie electrică:

– putere instalată: 3 kWp

– putere produsă: 3,2 kWh/zi

– putere invertor: 2,4 kW; 24 V

– putere stocată / putere disponibilă acumulatori: 3,6 kW / 1,8 kW

– zgomot 40 dB

Pe parcursul unei zile eoliana off-gride 3 kw poate alimenta următorii consumatori electrocasnici pezentați în tabelul 4.5.:

Tabeul 4.5. Consumatori electrocasnici

Am calculat consumul de energie pentru fiecare consumator electrocasnic folosind formula: E(kWh) = P(kW) x t(h)

(E= 4,5 h x 3,2 kWh = 14,40 kWh/zi)

Varianta hibridă are avantajul obținerii unui aport energetic combinat al celor două sisteme după cum urmează:

− Sistemul cu panouri fotovoltaice care beneficiază de ritmicitatea ciclică noapte-zi, dar care este dezavantajat de diferența producerii energiei între sezoanele iarna-vara;

− Sistemul eolian care are avantajul producerii energiei mai ieftine ca raport preț/watt, dar care are dezavantajul dependenței de viteza vântului și periodicității instabile a acestei energii.