Stadiul actual în dezvoltarea turbinelor eoliene si identificarea [311554]

Cuprins

Capitolul I. Introducere

I.1.Argument

Am ales a descrie în lucrarea de gradul I cu tema “Tehnologii neconvenționale energia eoliană”, , energia eoliană produsă de centralele eoliene care au puteri mici de zeci sau sute de KW și sunt contruite în zone cu condiții de circulație permanentă a curenților de aer sau în zone izolate de sistemul energetic.

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

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.

În capitolul I se prezintă monografia Comunei Schela.

[anonimizat] – [anonimizat] a [anonimizat]. Moara de vânt prezenta avantajul de a fi folosită și iarna dar și de a fi construită în regiunile lipsite de râuri. Morile de vânt s-[anonimizat], pentru scoaterea apei sau pentru tăiatul bârnelor în șantierele navale.

Energia eoliană a [anonimizat] a avut loc o [anonimizat], iar noile sisteme de pânze și scripeți au permis să se navigheze împotriva vântului.

Principiul de funcționare și soluția constructivă sunt neschimbate din perioada Imperiului Roman. [anonimizat] „motorul electric” [anonimizat] a acestora. O utilizare extensivă a mașinilor eoliene s-a [anonimizat], 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-a lungul căilor ferate pentru a furniza materia primă necesară pentru a produce aburi în motoarele locomotivelor. [anonimizat], designul turbinei americane multipală a fost folosit pentru a construi prima turbină eoliană care să producă electricitate.

În capitolul II se mai prezintă clasificarea turbinelor eoliene. Acestea se pot clasifica după mai multe criterii astfel:

* în funcție de poziția axului turbinele eoliene putem întâlni turbine eoliene cu ax orizontal sau vertical.

* după puterea electrică furnizată pot fi turbine eoliene de putere mică (sub 100kW) [anonimizat]icol etc. sau turbine de putere medie și mare (peste 100kW) utilizate pentru furnizarea energiei electrice în rețea.

În capitolul III se descrie legislația internațională și legislația românească în domeniul surselor regenerabile de energie. parcul de turbine eoliene dn zona terenului extravilan al comunei Schela, județul Galați.

…………

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

I.2.Monografia Comunei Schela

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. 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.

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. De la marginea sudică a satului Schela până la râul Siret sunt mai puțin de 10 kilometri. [1]

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

Comuna Schela se afla în județul Galati, în partea de est a României aproape de locul în care râul Siret se varsă în Dunăre. Comuna 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.

Sursa https://ro.wikipedia.org/wiki/Schela,_Galați

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.

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 localitatea Slobozia Conachi. Din Slobozia Conachi se ajunge în comuna Schela pe drumul județean Pechea – Galați. [Anexa 1]

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. [8]

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.[8]

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 stabilitați 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. [8]

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”.[3]

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.[3]

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.[3]

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. [3]

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). [3]

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). [3]

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. [3]

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. [3]

I.3. Misiunea Școlii Gimnaziale „Lascăr Catargiu”, Schela

I.3.1. Date de identificare a școlii

ȘCOALA GIMNAZIALĂ ,,LASCĂR CATARGIU”, SCHELA este o unitate cu personalitate juridică, este organizată și funcționează în baza legislației actuale.

Structuri: Grădinița cu program normal ,,Albinița” 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

I.3.2. Informații privind resursele umane

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 și 8 clase la ciclul gimnazial, în total 355 elevi repartizați astfel:

În timpul anului școlar au venit 2 elevi și au plecat 2 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 24 titulari, 4 suplinitori calificați și 1 suplinitor necalificat. Școala se bucură de o încadrare foarte bună deoarece 11 cadre didactice au gradul didactic I, 8 au gradul didactic II, 7 au gradul didactic definitiv.

Analiza SWOT a personalului didactic:

La grădinita Negrea, grupa combinată a fost condusă de dna educatoare Elena (supl.calif.). La grădinita Schela, grupa mare este condusă de d-na educatoare Ifrim Argentina (titular, gr.I), grupa mijlocie de d-na educatoare Nistor Anca (titular, definitiv) și grupa mică de d-na educatoare Radu Lili (suplinitor calificat).

La Școala Gimnazială „Lascăr Catargiu”, Schela, la ciclul primar își desfășoară activitatea următoarele cadre didactice: Petcu Gina (titular, gr.II), Silion Loredana (titular, definitiv), Tcacenco Cristina (titular, definitiv), Tăbăcaru Amalia (titular, gr. I), Lepădatu-Tudose Stela (titular, definitiv), Perju Sorina (titular, gr.I), Nestian Mihaela (suplinitor calificat, definitiv), Gîrleanu Ramona (titular, definitiv), Trandafir Silvia (suplinitor necalificat), la limba engleză Andreea (titular,gr.II), la ed. fizică Zărnescu Radu (titular, gr.II).

La ciclul gimnazial își desfășoară activitatea următoarele cadre didactice: Bălan Mihaela (titular, gr.I), Manea Monica (titular, gr.I), Bodi Iolanda (titular, gr.II), Streșină Anca (titular, gr. I), Silivestru Ionica (titular, gr.I), Mezinu Maricica (titular, gr.I), Bulai Violeta (titular detașat, gr.II), Saulea Cosmin (titular, gr.I), Jalbă Mariana (titular, gr. I), Boldeanu Maricica (suplinitor calificat, definitiv), Rusu Irina (titular, gr.II), Axin Mariana (titular, gr.I), Dumitrașcu Luiza (titular, gr.II), Stoica Leonard (titular, gr.II).

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 scolare 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. Informații privind activitatea Comisiei Metodice Matematică și Științe

Pe parcursul anului școlar 2016-2017, membrii comisiei au susținut numeroase referate, accentuând caracterul interdisciplinar și transdisciplinar al conținuturilor predate la clasă. Prin prezentarea acestor referate, însoțite de dezbateri și discuții, profesorii au avut posibilitatea cunoașterii trăsăturilor celorlalte discipline așa-încât să-și poată proiecta lecțiile în manieră interdisciplinară, folosind experiența elevilor și cunoștințele acestora, asimilate în cadrul mai multor discipline de studiu.

S-au susținut următoarele referate:

Cresterea eficienței lecției prin utilizarea mijloacelor de învățământ, prof. Mezinu M., oct. 2016 ;

Miraje acustice, prof. Jalba M., nov. 2016 ;

Rolul consultațiilor și a orelor de meditație în vederea creșterii performanțelor la disciplina geografie, prof. Rusu I., nov. 2016 ;

Rolul formativ al matematicii, prof. Lupu E., dec. 2016 ;

Sistemul modular de pregătire al disciplinei Educație tehnologică, prof. Dumitrașcu L., ian. 2017 ;

Blocaje și bariere in comunicarea didactică, prof. Bulai V., ian. 2017 ;

Stilul didactic și competențele manageriale ale profesorului de geografie, prof. Rusu I., febr.2017 ;

Integrarea mijloacelor de învățământ în lecțiile de biologie, prof. Boldeanu M., martie 2017 ;

Arta bizantina- arta icoanei, prof. Saulea C., apr. 2017 ;

Metode didactice moderne în predarea- învâțarea- evaluarea lecțiilor de matematică, prof. Mezinu M., mai 2017 ;

Utilitatea portofoliului elevilor la disciplina Educație tehnologică, prof. Dumitrașcu L., iunie 2017.

Capitolul II. Energia eoliană

II.1. Istoricul energiei eoliene

Societatea umană este în continuă dezvoltare și progres tehnologic , iar stadiul actual a fost atins după o evoluție continuă care s-a accelerat pe măsură ce noile descoperiri tehnologice intrau în viața cotidiană sub forma diferitelor aplicații inginerești. [20]

Referindu-ne strict la perioada istoriei moderne și contemporane, până la o anumită dată, energia utilizată de mașinăriile gândite și produse de oameni era obținută în majoritatea cazurilor strict prin transformarea energiei chimice conținută în produsele fosile înmagazinate în scoarța terestră, în energie mecanică și/sau energie electrică, prin arderea combustibililor fosili în motoarele termice cu ardere externă atât de apreciate în epoca victoriană sau cele cu ardere internă care au facut carieră până în zilele noastre. [20]

Totuși, nevoile oamenilor cresc pe măsură ce tehnologia avansează, acestea fiind strâns legate de producția de energie, iar rezervele de combustibili fosili, pe de altă parte se diminuează. Șocul petrolier din al treilea sfert de veac al secolului XX a impus conștientizarea nevoii de a descoperi sau de a competitiviza metode alternative de producție (conversie) a energiei care să nu fie dependente de o sursă care, raportată la o scară mică a istoriei, să fie epuizabilă. Încercări diferite au fost efectuate în prima jumătate a secolului XX pentru a exploata eficient potențialul eolian în ideea de a produce energie electică, însă saltul de scară a fost mult prea mare, materialele existente în acel moment neputând satisface nevoia de a avea agregate ușoare, capabile să se rotească cu viteze relativ mari. Din această cauză, multe accidente s-au întâmplat în timpul experimentărilor, iar ideea în sine a pierdut teren în fața mult mai fireștii utilizări a combustibililor fosili care dădeau rezultate impresionante de ceva timp. Ideea a fost abandonată până după cel de-al doilea război mondial, când epoca explorărilor spațiale aducea cu sine o dezvoltare rapidă în domeniul materialelor noi și mai ales ușoare. [20]

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.

Ideea de a utiliza turbine eoliene pentru a exploata energia cinetică a vântului nu este nouă. Primele mori de vânt, utilizate pentru a măcina grâul sau pentru a pompa apa, au fost atestate documentar în jurul anilor 500 – 900 î.Hr. au fost folosite în Persia (Figura2.1.). Această mașină a fost introdusă în Imperiul Roman în jurul anului 200 î.Hr. Aplicații ale utilizării energiei vântului era utilizarea extensivă a pompelor acționate de mori de vânt în insula Creta. Aceste mașini mai există și în ziua de azi, demonstrându-și pe deplin viabilitatea (Figura2.2.). [20]

Figura 2.1 Moară de vânt persană. Secolul 2-3 îHr. Reconstituire [20]

Figura 2.2. Mori de vânt în insula Creta [20]

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, aici 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 (Figura2.3.). Atestări documentare din epoca medievală privind folosirea morilor de vânt, pe teritoriul românesc există, de asemenea, în mai multe exemplare de astfel de mașini din diverse regiuni ale țării expuse la Complexul Național Muzeal ASTRA din Sibiu (Figura2.4.). [20]

Principiul de funcționare și soluția constructivă 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. [20]

Figura2.3. Mori de vânt olandeze folosite în epoca industrială

pentru a drena suprafețe întinse din Delta Rinului [20]

Figura2.4. Mori de vânt românești expuse în cadrul

Complexului Național Muzeal ASTRA din Sibiu. Fotografie de Andrei-Radu Captala [20]

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). [4]

II.2. Problema actuală a energiei în țările din uniunea europeană

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. [8]

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.[8]

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

bazate pe combustibili fosili si pe surse alternative [8]

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

Sursele de energie pot fi clasificate astfel:

– surse naturale numite și surse de energie primară sau surse primare de energie adică orice purtător de energie existent în natură care poate fi folosit în mod direct; [1]

– surse artificiale numite și surse secundare de energie sau surse derivate adică au fost create de om prin transformarea, cu ajutorul mașinilor, a unei forme de enrgie în altă formă de energie.[2]

Sursele de energie primară de care dispune în prezent omenirea 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);

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

* După durata de exploatare și posibitilitățile de refacere pot fi:

– inepuizabile (apa, vântul, energia geotermică);

– epuizabile: surse neregenerabile care se distrug prin consum (petrol, cărbuni, gaze naturale, substanțe radioactive) și surse regenerabile (curate/verzi/nepoluante, care fac parte din biosferă și se refac în timp: biogazul, lemnul și materiale vegetale; turbine eoliene, panouri solare, hidrocentrale etc). [2]

Clasificarea surselor de energie

II.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.

Domeniul este vast, cercetările în direcții diverse sunt în atenția oamenilor de știință, iar rezultatele, chiar dacă nu par deosebit de spectaculoase (cel puțin pentru moment), sunt luate în considerare cu toată seriozitatea de cei care au datoria să diminueze presiunea prețurilor amețitoare la care a ajuns barilul de petrol. 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.

O alternativă ieftină și eficientă pentru producerea energiei electrice este utilizarea forței eoliene.

Vântul are marele avantaj că este o sursă de energie practic inepuizabilă, se găsește în aproape toate locurilede pe planetă și poate fi convertită direct în electricitate, acest lucru conferindu-i statutul de sursă de energie de calitate. Pe de altă parte, avem dezavantajul că parametri care definesc vântul sunt caracterizați de puternice fluctuații spațiale și temporale, curenții de aer prezentând iregularitate atât ca direcție și intensitate, cât mai ales ca durată. [20]

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. [6]

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. [8]

II.5. Turbine eoliene

II.5.1.Alcătuirea turbinelor 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 acestuia. 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.

Folosită încă din antichitate energia eoliană este generată prin încălzirea inegală a straturilor de aer (Figura 2.6). [20]

Figura 2.6. Schema distribuției radiației solare în atmosferă [20]

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. [20]

Energia eoliană s-a folosit de mii de ani, la început energia mecanică preluată de la vânt era folosită de vasele de navigație, pentru pomparea apei, pentru irigații și de morile de vânt pentru măcinarea grânelor.

Mai târziu această energie mecanică s-a transformat în energie electrică cu ajutorul turbinelor eoliene (morile de vânt moderne) care puteau fi legate la rețeaua de curent electric.

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

Turbina eoliană este partea principală a unui Sistem de Conversie a Energiei Eoliene (SCEE) și are rolul de a transforma energia cinetică a vântului în energie mecanică.

O turbină eoliană ocupă o suprafață mică pe sol. Acesta este un foarte mare avantaj, deoarece perturbă puțin locația unde este instalată, permițând menținerea activităților industriale sau agricole din apropiere.

Se pot întâlni eoliene numite individuale, instalate în locații izolate. Eoliana nu este racordată la rețea, nu este conectată cu alte eoliene. În caz contrar, eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene. Instalările se pot face pe sol, sau, din ce în ce mai mult, în largul mărilor, sub forma unor ferme eoliene off-shore.

Figura 2.7. Elemente componente ale turbinei eoliene

II.5.2.Avantaje și dezavantaje ale energiei eoliene

Avantaje

– Vântul are marele avantaj că este o sursă de energie practic inepuizabilă, se găsește în aproape toate locurile de pe planetă și poate fi convertită direct în electricitate, acest lucru conferindu-i statutul de sursă de energie de calitate.

– Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante și gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.

– Nu se produc deșeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel de deșeuri.

– Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Rezolvă problemele energetice ale unor așezări situate în zone cu vânturi puternice (regiuni litorale și muntoase, mai ales în zonele temperate reci). Costul energiei electrice produse în centralele eoliene moderne a scăzut substanțial în ultimii ani, ajungând să fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici. In 2004, prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcțiuni tot mai multe unități eoliene cu putere instalată de mai mulți megawați.

– Costuri reduse de scoatere din funcțiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de câteva ori mai mare decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcțiune, la capătul perioadei normale de funcționare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

Dezavantaje

– Vântul prezintă dezavantajul că parametrii care- l definesc sunt caracterizați de puternice fluctuații spațiale și temporale, curenții de aer prezentând iregularitate atât ca direcție și intensitate, cât mai ales ca durată.

– Resursă energetică relativ limitată, nu este permanentă datorită variației vitezei vântului și numărului redus de amplasamente posibile.

– 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. In ultimii ani, însă, prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prin îmbunătățirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenți pe kilowatt oră.

– Un alt dezavantaj este și “poluarea vizuală” – au o apariție neplăcută – și de asemenea produc “poluare sonoră” (sunt prea gălăgioase). De asemenea turbinele afectează mediul și ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări și necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor.

– Un alt dezavantaj este riscul mare de distrugere în cazul furtunilor, dacă viteza vântului depășește limitele admise la proiectare.

II.5.3. Clasificarea turbinelor eoliene

II.5.3.1. Ȋn funcție de poziția axului turbinele eoliene se clasifică astfel:

– turbine eoliene cu ax orizontal (horizontal axis wind turbines – HAWT);

– turbine eoliene cu ax vertical (vertical axis wind turbines – VAWT).

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 2.8.) [8] [20]

Figura 2.8. Clasificarea turbinelor eoliene cu ax orizontal,

a – o pală, b – două pale, c – trei pale, d – cu pale multiple [8]

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. [8]

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 2.9.). 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 [8].

Figura 2.9. Clasificarea turbinelor eoliene cu ax vertical,

a – Darrieus, b – Savonius, c – Evence, d – Musgrove [8]

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. [8] [20]

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. [8] [20]

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. În plus, a fost demonstrat în exploatare faptul că încărcările asimetrice și pulsatorii asupra arborelui central pot fi extreme de importante, generând scoaterea din uz a agregatului după o perioadă relative scurtă de funcționare. [8] [20]

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 2.10.). La ora actuală turbina este scoasă din uz. [8] [20]

Figura 2.10.Turbină eoliană cu ax vertical cu flux transversal și concentratori periferici –

Sfântu Gheorghe, Tulcea, România [20]

.

II.5.3.2. După puterea electrică furnizată turbinele eoliene se clasifică astfel:

a) Turbine de putere mică (sub 100 kW) utilizate în general pentru uz casnic, agricol etc.;

b) Turbine de putere medie și mare (peste 100 kW) utilizate pentru furnizarea energiei electrice în rețea.

Turbinele eoliene de mică putere au fost și sunt folosite pentru necesitățile energetice proprii ale consumatorilor. Datorită costului redus și al modului de întreținere ușor, comercializarea lor se extinde din ce în ce mai mult, fiind utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a utilizatorilor izolați, care nu sunt conectați la rețeaua de energie electrică sau pentru functionalități diverse în mediul construit.

O turbină eoliană de mic putere se definește ca un sistem de conversie al energiei mecanice, preluată de la vânt, în energie electrică, cu putere de până la 100 de kW.

II.6. Avantajele și dezavantajele turbinei eoliene cu ax orizontal (HAWT) și turbinei eoliene cu ax vertical (VAWT)

II.6.1.Turbinele eoliene cu ax orizontal (HAWT) (Figura 2.11.) 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.

Figura 2.11. Părțile componente ale turbinei eoliene de mică putere cu ax orizontal [8]

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.

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

Figura 2.12. Structura unei turbine eoliene cu ax orizontal [20]

Ȋn Figura 2.12. sunt prezentate elementele componente ale turbinei eoliene cu ax orizontal. [17] [20]

Elementele componente ale turbinei eoliene cu ax orizontal pot fi: nacela (2) – conține componentele cheie aleturbinei, incluzând cutia de viteze și generatorul electric. În fața nacelei este rotorul turbinei cu palele (1) și butucul (9) cuplat la axul principal (8). Cutia de viteze (7) marește viteza de rotație de aproximativ 50 de ori fața de viteza redusă a rotorului cu palete. Instalația este echipată cu o frână mecanică cu disc (6), care poate fi folosită în cazuri de urgență, alături de un arbore secundar (4). Generatorul turbinelor de vânt (5) conectat printr-un ax de mare viteză, convertește energia mecanică în energie electrică. El diferă față de generatoarele obișnuite, deoarece trebuie să lucreze cu o sursă de energie primară care furnizează o putere mecanică fluctuantă. Pe scară largă, la turbinele de 100-500 kW, tensiunea generată este de 690 V c.a. trifazat, fiind necesar un transformator ridicător de tensiune de 10 sau 30 kW, pentru a putea fi conectat la rețeaua națională de medie tensiune. Turbinele pot fi construite atât cu generatoare sincrone cât și asincrone și cu diferite tipuri de conectare la rețea: direct sau indirect. Turnul turbinei (3) susține nacela și rotorul. În general este avantajos un turn înalt deoarece vântul e mai puternic. O turbina de 600 kW are turnul de 40-60 m.[12] [20]

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. [8] [20]

Profilul lor este rodul unor studii aerodinamice complexe, de el depinzând randamentul turbine, astfel:

– diametrul palelor (sau suprafața acoperită de acestea) este în funcție de puterea dorită;

– lățimea palelor determină cuplul de pornire, care va fi cu atât mai mare cu cât palele sunt mai late;

– profilul depinde de cuplul dorit în funcționare.

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). [8] [20]

• 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’). [20]

• 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. [20]

• 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. [8] [20]

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. [8] [20]

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. [8] [20]

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.

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. [8] [20]

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). [8] [20]

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.

Există și posibilitatea antrenării directe a generatorului, fără utilizarea unui multiplicator.

Pilonul poate fi un tub de oțel și un turn metalic. El susține turbina eoliană și nacela. [20]

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. [20]

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. [20]

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). [20]

Figura 2.13. Sistem de orientare după vânt [20]

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. [20]

Dimensiunile gigantice ale turbinelor eoliene le fac vizibile pe o arie largă, modificând aspectul peisajului în zona unde acestea sunt amplasate. Acest lucru poate reprezenta un inconvenient din punct de vedere arhitectural și peisagistic, cauzând nemulțuiri în rândul comunităților unde aceste agregate sunt instalate. În Figura 2.14. este prezentată o turbină eoliană modernă cu ax orizontal, tripală. [8] [20]

Figura 2.14. Turbină eoliană cu ax orizontal modernă tripală.

Granița dintre Austria și Ungaria [20]

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. [20]

Deși ideea carcasării turbinelor de vânt nu este nouă, considerente practice au împiedicat punerea ei în aplicare la scară industrială. În anii `80 ai secolului trecut au fost încercate baterii de turbine carcasate în diverse laboratoare din lume printre care și la Laboratorul de Aerodinamică și Ingineria Vântului din cadrul Universității Tehnice de Construcții București. Deși rezultatele păreau promițătoare, lucrările de cercetare au fost stopate. Starea de fapt a continuat până în anul 1997 când, o dată cu semnarea protocolului de la Kyoto, care urma să intre în vigoare în februarie 2006, lucrurile s-au precipitat. Aceasta direcție de cercetare a fost din nou finanțată și rezultatele, deși nu foarte multe, au început deja să apară. La ora actuală, diverse proiecte de cercetare în acest sens se desfașoară în mai multe țări, rezultate notabile observându- se mai ales în Japonia, dar și în Europa și America. [20]

II.6.1.1.Avantajele turbinei 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%. [17]

II.6.1.2.Dezavantajele turbinei eoliene cu ax orizontal

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. [16]

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.

II.6.2.Turbine eoliene cu ax vertical (VAWT)

Turbine eoliane cu ax vertical (Figura 2.15) 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. Ele sunt un tip de turbine eoliene unde arborele rotorului principal este așezat pe verticală. [8

Figura 2.15. Turbine eoliane cu ax vertical [8]

II.6.2.1.Avantajele turbinei eoliene cu ax vertical

Printre avantajele acestui aranjament, 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.

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.

II.6.2.2.Dezavantajele turbinei eoliene cu ax vertical

Turbinele eoliene cu ax vertical 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.

II.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 Insitutului European din România. [10]

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

În România s-au identificat cinci zone eoliene, în funcție de condițiile de mediu și topo-geografice, luând în considerare nivelul potențialului energetic al resurselor de acest tip la înălțimea medie de 50 metri și peste. 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 nr.3).

Potrivit hărții energiei "verzi" (Figura2.16), potențialul României cuprinde 65% biomasă, 17% energie eoliană, 12% energie solară, 4% microhidrocentrale, 1% voltaic + 1% geotermal. [18]

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.

Figura2.16. Harta energiei "verzi" a României

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.

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/racordare la RET 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:

• 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).

II.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 produs de turbinele eoliene.

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.

Literatura de specialitate indică următoarele potențiale efecte negative ale turbinelor eoliene asupra păsărilor sălbatice:

Coliziunea 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

*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 III. Aspecte legislative

III.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. [19]

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.

III.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.

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.

Problema energiei atât în Uniunea Europeană, cât mai ales în România, trebuie abordată și din perspectiva impactului producerii acesteia asupra mediului.

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.[19]

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.

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.

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

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:

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

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

– Producătorii primesc pentru fiecare unitate de energie electrică livrată în rețea (1 MWh), un Certificat Verde, care poate fi vandut separat de energia electrică, pe Piața de Certificate Verzi;

– 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:

– 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 IV. Exemplu parc eolian în Comuna Schela, Județul Galați

IV.1. Descrierea zonei cu turbine eoliene

Zona destinată implementării proiectului, a fost desemnată având în vedere caracteristicile tehnice de dezvoltare a tehnologiilor de producere a energiei din surse regenerabile (regularitatea fluxurilor de aer și condițiile optime de viteză a vântului) necesare funcționării parcului eolian propus. [13]

Investiția privind valorificarea energiei eoliene prin realizarea unui parc de 17 de turbine eoliene se dorește a se realiza în sud-estul județului Galați între comunele Schela și Smârdan. Suprafața cumulată a terenurilor achiziționate în vederea amplasării turbinelor este de 55.85 ha și are în componența terenuri arabile, drumuri existente și teren neproductiv conform certificatului de urbanism nr. 177/4310 din 06.08.2012. Altitudinea medie este de 100 m față de nivelul mării. Parcele pe care se vor instala turbinele au o suprafață totală cumulată de 55,85 ha . Proprietatea terenurilor este privată, acestea aflându-se în extravilanul localităților Schela și Smârdan.

Obiectiv general al parcului eolian îl reprezintă producția de energie electrică în central eoliene prin utilizarea potențialului energetic al vântului disponibil în România, obiectivul specific fiind realizarea de centrale eoliene cu o capacitate maximă de 2,05 MW/turbină precum și a sistemului de racord aferent, destinate producerii și transportului energiei electrice în interiorul parcului amplasată în zona localității Schela, județul Galați.[13]

Producerea de energie electrică din energie eoliană este nepoluantă – în comparație cu alte metode de producere a energiei și poate să contribuie la eliminarea cauzelor produse de schimbările climatice.

Prima și cea mai importantă acțiune de diminuare a efectului parcurilor eoliene este aceea de a realiza un studiu primar asupra biodiversității, deoarece trebuie cunoscute cu exactitate speciile care vor fi afectate și în ce fel. Unul din principiile de bază ale UE îl reprezintă o politică integrată pentru mediul înconjurător, pare firesc ca dezvoltarea energiilor regenerabile să fie compatibilă cu conservarea biodiversității, în cadrul căreia trebuie incluse teritoriul, peisajul, solul, flora și fauna.

Funcționarea parcului eolian format din turbine eoliene va permite valorificarea potențialului eolian al zonei, cu consecințe benefice asupra factorilor de mediu, prin înlocuirea energiei electrice produse în instalațiile termoenergetice. Măsurătorile efectuate pentru determinarea potențialului eolian valorificabil pe amplasament identificând existența unui potențial eolian valorificabil în zonă. Studiile de specialitate și analizele efectuate în ultimii ani au identificat un potențial eolian în România de circa 8000 GWh/an.

Realizarea unor parcuri eoliene pentru producerea energiei electrice, prin conversia energiei eoliene (sursă regenerabilă și nepoluantă de energie) va conduce la reducerea semnificativă a cantităților de poluanți gazoși (SO2, NOx, CO, hidrocarburi), lichizi (ape uzate, substanțe petroliere) și solizi (zgură, cenușă) evacuați în mediu, prin reducerea cantităților de combustibil fosili utilizați în instalațiile termoenergetice.

Importanța realizării unor parcuri eoliene este subliniată și în Strategia națională privind valorificarea surselor regenerabile de energie (aprobată prin H.G. 1535/2003). Directiva 2001/77/EC, din 27 septembrie 2001, privind "Promovarea energiei electrice produsă din surse regenerabile pe piața unică de energie" (implementată prin H.G. 433/2003) fixează țintele privind energia electrică obținută din surse regenerabile.

IV.2. Construcție – montaj turbine eoliene

Procesul de implementare și exploatare a proiectului propus nu a necesitat folosirea apei sau a gazelor naturale. Energia electrică necesară pentru pornirea generatoarelor a fost asigurată prin LES de medie tensiune din SEN.

Resursele naturale utilizate la implementarea proiectului au fost reprezentate de nisip, piatră, balast – materiale necesare la execuția drumurilor de acces și a fundațiilor instalațiilor de producere a energiei electrice. Exploatarea proiectului nu a presupus folosirea resurselor naturale. Singura resursă naturală regenerabilă valorificată fiind energia eoliană, în urma studiilor efectuate zona demonstrând un potențial ridicat pentru acest tip de investiție.

Locația prezentată conține toate elementele cheie necesare dezvoltării cu succes a unui astfel de proiect, fiind situată într-o zonă favorabilă aplicațiilor eoliene de putere: o excelentă stabilitate a resurselor vântului, acces la liniile de transport de înaltă tensiune, susținere din partea proprietarilor de terenuri, posibilitatea amenajării unor căi de acces și a unor platforme de lucru, o bună susținere din partea comunității locale.

Proiectul în faza de exploatare nu reprezintă o sursă de poluare pentru factorii de mediu, fiind o soluție curată din punct de vedere ecologic, fără degajări de gaze generatoare de efect de sera, și fără consum de resurse neregenerabile. Mai mult decât atât, producerea de energie verde are un efect indirect de compensare a emisiilor globale de gaze cu efect de seră.

Deșeurile generate în faza de construcție cât și în faza de operare sunt specific organizărilor de șantier și au fost reprezentate prin deșeuri rezultate din activitatea de construcție și deșeuri menajere. Deșeurile rezultate au fost în cantități reduse și pentru a evita orice impact asupra mediului au fost precolectate în recipiente și transportați în spații special amenajate, iar ulterior la depozitul de deșeuri autorizat.

Execuția lucrărilor de construcție a parcului constituie, pe de o parte, o sursa de emisii de praf, cauzată de circulația vehiculelor grele, iar pe de altă parte sursa de emisie a poluanților specifici arderii combustibililor fosili (produse petroliere distilate) atât în motoarele utilajelor, cât și a mijloacelor de transport folosite.

Emisiile de substanțe poluante evacuate în atmosferă au fost rezultatul traficului desfășurat pentru transportul de materii prime, materiale, prefabricate, personal etc. Circulația mijloacelor de transport reprezintă o sursă importantă de poluare a mediului pe șantierul de construcții. Poluarea aerului în cadrul activităților de alimentare cu carburant, întreținere și reparații ale mijloacelor de transport este redusă și poate fi neglijată. Traficul de șantier a fost determinat de circulația vehiculelor grele de la sursele de materii prime la locul de descărcare a acestora.

Emisiile de substanțe poluante evacuate în atmosferă sunt generate de funcționarea utilajelor în șantier. Activitatea utilajelor cuprinde, în principal:

– decopertarea solului, săpături pentru realizarea rampelor;

– manipularea materialelor și a deșeurilor.

Cantitățile de poluanți emise în atmosferă de utilaje depind, în principal, de următorii factori: nivelul tehnologic al motorului, puterea motorului, consumul de carburant pe unitatea de putere, capacitatea utilajului, vârsta motorului/utilajului, dotarea cu dispositive de reducere a poluării.

Emisiile de particule în suspensie au variat de la o zi la alta, depinzând de specificul operațiilor efectuate, cât și de condițiile meteorologice. Conform metodologiei AP – 42 emisiile de suspensii rezultate din activitatea utilajelor de construcții, pe durata lucrărilor au fost apreciate la 2,30 t/ha/luna. [13]

Alte surse de poluare pentru aer în perioada de construcție pot fi zgomotul și vibrațiile. Zgomotul în perioada de construcție a fost produs de motoarele diesel care echipează utilajele și de pickhammere, mașini de găurit, compactoare. În general, zgomotul motoarelor va domina zgomotul produs pe amplasament. Constructorul a avut obligația de a asigura buna funcționare a echipamentelor, inclusiv în ceea ce privește zgomotul. Zgomotul în timpul construcției, incluzând pregătirea terenului, fundații, ridicarea structurilor, instalarea cablurilor este temporar și deci, impactul asupra potențialilor receptori se așteaptă să nu fie semnificativ. Zgomotul temporar din timpul construcției a reprezintat un impact inevitabil asupra locuitorilor din comuna Schel. Acest impact este similar cu cel produs de reparația drumurilor sau a dezvoltării infrastructurii (alimentare cu apă, rețea canalizare, rețea gaze, etc) din zonă.[13]

Construcția unui parc eolian necesită utilizarea de echipament greu și utilaje de construcție pentru diferitele activități, incluzând următoarele activități specifice:

decopertarea și pregătirea terenului pentru construcții;

construcția drumurilor de acces;

construcția fundațiilor;

– ridicarea structurilor turbinelor eoliene;

– instalarea cablurilor electrice subterane;

– refacerea terenului și restaurare.

În perioada de funcționare a parcului eolian principalele surse de zgomot sunt constituite din turbinele eoliene. Nivelul zgomotului se încadrează în limita de 45 dBA, la aprox. 50 m de baza pilonului. După 200 m, zgomotul este slab perceptibil.[13]

Procesul tehnologic de producere a energiei electrice din potențial eolian nu implică utilizarea apei. În aceste condiții pe amplasament nu se produc ape uzate industrial. Apele uzate menajere produse în timpul implementarii proiectului au fost colectate în bazine ecologice (rezervoare și toalete ecologice), vidanjate și eliminate printr-un operator autorizat. Apele care pot apare sau au apărut pe amplasament sunt rezultate din precipitații și vor fi drenate spre culturile agricole.

În perioada de exploatare deșeurile sunt generate ocazional, în cantități mici și pot fi reprezentate de: uleiuri uzate, decapanți și degresanți ai întreținerii echipamentelor, piese de schimb, materiale textile de curățat, ambalaje.

Energia produsă de CEE este energia electrică curată, fără produși poluanți care să afecteze mediul acvatic din zonă.

Turbinele eoliene în număr de 4 ce au fost instalate în cadrul parcului eolian au principiu de funcționare similar cu cel al morilor de vânt, rotorul acestora fiind prevăzut cu trei pale având profil aerodinamic, cu ax orizontal, fiind astfel mai puțin supuse unor solicitări mecanice importante și având costuri mai scăzute. [13]

Dispunerea turbinei eoliene este în amonte, aceasta metodă fiind cea mai utilizată, deoarece este simplă și furnizează rezultate bune pentru puteri mari; nu are suprafețe de direcționare, eforturile de manevrare sunt reduse și are stabilitate bună. [13]

Turbinele eoliene montate în amonte prezintă un avantaj, direcția vântului fiind direct pe fața palelor, iar rotorul este orientat, cu ajutorul unui dispozitiv, după direcția vântului. Acest tip de turbină eoliană cu axul orizontal și rotorul tip elice, prezintă cel mai ridicat interes pentru producerea de energie electrică la scară industrială. [13]

Fiecare centrală eoliană este alcătuită dintr-un turn/pilon metalic din trei tronsoane, conice cu diametre și grosimi variabile ale peretelui pentru structură cu o lungime maximă de 100 m. Pe tronsonul III este montat generatorul asincron și elicea.

Întreg ansamblu se montează pe o fundație din beton armat cu bare din PC 52, adâncimea de afundare fiind cuprinsă între 2,55 și 3 m. Înălțimea maximă a acestor turbine este de 150 m, incluzând rotorul cu cele 3 pale. Turnul este de forma conică, alcătuit din trei până la cinci segmente în funcție de înălțime. Fiecare turn are la baza o ușă de acces cu sistem de securitate pentru a permite doar accesul persoanelor autorizate. O scară în interiorul turnului permite accesul către nacelă și este prevăzută cu protecție împotriva căderii. În funcție de înălțimea turnului exista mai multe platforme la diferite înălțimi pentru a permite odihna și a oferi adăpost în caz de urgență. Platformele sunt prevăzute cu lumini suplimentare de siguranță. Dulapurile pentru convertor sunt montate în turn la baza sa pe o platformă separată. Energia electrică este transferată la baza turnului prin bare de transfer izolate și cabluri de putere. Semnalele de control de la sistemul de control WEC sunt transmise prin cablu optic în interiorul turnului pentru a verifica compatibilitatea electromagnetica (EMC). Un lift de serviciu și o scară de pisică sunt disponibile ca echipamente opționale în interiorul turnului.[13]

Figura 3.1. Tip grup eolian Repower MM92 [13]

IV.2.1. Principalele etape în amplasarea turbinei eoliene

a. Montarea turnului pe fundație – în cazul instalațiilor pe ax orizontal, susținerea e formată din fragmente tubulare din oțel care ajung la o înălțime maximă de 100 m și care constau în 3 module asamblabile, ce au interior reticular din oțel cu diametrul la bază aproximativ 4.2 m.[13]

Realizarea fundațiilor din beton armat are caracteristicile în funcție de structura litologică a terenului din amplasament. Fundația pentru turn este executată în funcție de solicitările statice și dinamice suferite de turn, acest lucru depinzând de clasa de vânt în care se încadrează locația; de asemenea fundația va fi dimensionată în funcție de geologia terenului și factorii caracteristici zonei. Întreg ansamblul se montează pe o fundație rectangulară din beton armat cu bare de oțel-beton PC52, adâncimea de fundare fiind cuprinsă între 2,55 – 3 m pe o suprafață de circa 254 mp/turbină. [13]

Figura 3.2. Turnarea fundației [13]

Figura 3.3. Montarea bazei turnului [13]

Figura 3.4. Înălțarea turnului [13]

b. Asamblarea nacelei – componentă alcătuită din generator, convertor, sisteme anexe care transformă energia eoliană în energie electrică. Carcasa exterioară este fabricată din fibră de sticlă armată; nacela este montată pe turn într-un mod ce permite rotirea acesteia în jurul axei (180°) pentru captarea energiei vântu lui în funcție de direcția acestuia. Rotația nacelei se realizează cu ajutorul unor motoare electrice. Nacela este prevăzută de asemenea și cu un sistem de menținere a poziției, respectiv un sistem de frânare/blocare hidraulic. Nacela mai este prevăzută cu o macara ce poate fi folosită la întreținere pentru a ridica unelte și componente cu o greutate de pană la 250 kg. Ȋn spatele nacelei se afla o trapă pentru macara prevăzută cu sistem de siguranță. Întreținerea turbine poate fi făcută cu nacela închisă, dar aceasta poate fi deschisă în cazul înlocuirii pieselor de mari dimensiuni.[13]

Accesul în nacelă se face prin turn deschizând trapa aflată în partea de jos a nacelei. O platformă de întreținere a fost de asemenea prevăzută pentru a putea asigura accesul la componentele de sub baza nacelei. Toate componentele, precum sistemul de girație sau hidraulice, pot fi comandate de la sistemul de control din nacelă. Un buton de oprire de urgență a fost prevăzut din motive de securitate. De asemenea toate componentele în mișcare au fost acoperite cu carcase pentru protecție. Nacela este realizată din rășini armate cu fibră de sticlă (GRP) deoarece este în același timp ușoară și foarte rezistentă. Interiorul nacelei a fost izolat fonic și termic astfel încât sa asigure temperaturi optime de funcționare. [13]

c. Montajul rotorului

Rotorul este alcătuit din 3 pale care sunt legate prin flanșe pe carcasa butucului prin intermediul rulmenților. Astfel palele pot fi rotite față de axa longitudinală cu ajutorul motoarelor de orientare. Pentru a asigura continuitatea operației de orientare a palelor în cazul întreruperii alimentării cu curent electric sau în cazul defectării WEC fiecare pală este prevăzută cu baterie proprie și sistem de control. Pentru încărcări reduse, ex. când WEC funcționează sub puterea nominală, turbina lucrează cu palele fixe și viteză variabilă pentru a exploata la maximum puterea vântului. Pentru încărcări normale, ex. când WEC atinge viteza maximă, generatorul va lucra la turația nominală constantă. Schimbările de viteza ale vântului vor determina orientarea palelor pentru reglarea vitezei. [13]

Palele rotorului

Designul palelor este adaptată pentru a rezista la vânturi puternice dar asigură o greutate redusă pentru a minimaliza încărcările nacelei. Acesta s-a realizat prin folosirea rășinilor poliesterice armate cu fibră de sticlă (GRP) soluție ce asigură proprietățile fizico-mecanice necesare. [13]

Forma palelor a fost îmbunătățită pentru a asigura o bună eficiență aerodinamică și astfel se reduce zgomotul produs de WEC. Vopseaua rezistentă la UV protejează palele împotriva pătrunderii umezelii în structura acestora.

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

d. Montarea generatorului – generatorul este de tip asincron cu o tensiune de ieșire de 690 V și o putere variabilă până la 3 MW în funcție de viteza vântului.

Grupul generator este echipat cu generator cu viteza variabilă/sistem convertor. Acesta permite ca viteza generatorului de tip sincron să fie reglată pe o plajă de +/-40% (incl.inamic). Împreună cu mecanismul de orientare a palelor, operarea la viteze variabile asigură un randament bun, eficientă din punct de vedere mecanic și energie de calitate.

Acest sistem asigură eliminarea variațiilor de tensiune și intensitate. Centrul de comandă al generatorului permite un transfer de energie la putere relative constantă cu fluctuații minime la viteze mici de vânt. WEC produce energie de putere relativ constantă la vânturi normale.

Datorită posibilității de a genera putere reactivă se pot adăuga componente adiționale pentru managementul puterii reactive, în funcție de necesitățile clienților și a operatorului de rețea.

Principiul de funcționare al generatorului cu viteza variabilă se bazează pe conceptual numit dublu generator asincron (doubly-fed asynchronous generator) cu convertor ce folosește tehnologia IGBT. Sistemul asigură producerea de energie în mod continuu, cu tensiunea și intensitatea corespunzătoare rețelei, indiferent de viteza rotorului. Viteza și puterea sunt reglate automat în funcție de viteza vântului.[13]

Cutia de viteze este de tip direct și cu planetare. Geometria roților dințate a fost optimizată pentru eficiență și pentru reducerea zgomotului. Tampoanele elastice au fost integrate la prinderile arborelui. Rulmenții fiind izolați în mod elastic de carcasa cutiei de viteze au dus la eliminarea transmiterii structural a sunetelor și vibrațiilor. Designul cutiei de viteze îndeplinește cele mai înalte standarde de siguranța conform ISO 81400-4 (Issue 2005-10). Chiar mai mult cutia de viteze este echipată cu pompă de ulei atât mecanică cât și electrică pentru a asigura o bună ungere chiar și în cele mai vitrege condiții. [13]

e. Asamblarea dispozitivul de frânare – dispozitiv de siguranță ce se montează pe arborele de turație ridicată, între multiplicatorul de turație și generatorul electric. Viteza de rotație a turbinei este menținută constantă prin reglarea unghiului de înclinare a paletelor în funcție de viteza vântului și nu prin frânarea arborelui secundar al turbinei. Dispozitivul de frânare este utilizat numai în cazul în care mecanismul de reglare al unghiului de înclinare a paletelor nu funcționează corect, sau pentru frânarea completă a turbinei în cazul în care se efectuează operații de întreținere sau reparații.

Sistemul de frânare are o componentă aerodinamică, primară și una secundară, mecanică. Frânarea aerodinamică se realizează prin orientarea palelor turbinei. Fiecare pală este prevăzută cu comandă individuală, cu motor de orientare și alimentare suplimentară în caz de urgent pentru acționare sigură. Frânarea aerodinamică se face prin orientarea palelor în poziție specifică pentru frânare. Acțiunea de frânare se face în mod dinamic la viteze diferite pentru a evita încărcări mari din vânt. Fiecare din cele trei pale poate fi orientate complet independent. În cazul întreruperii curentului din rețea fiecare sistem de orientare este prevăzut cu alimentare separate de curent electric. [13]

Forța de frânare a unei singure pale este capabilă să aducă turbine la o viteză suficient de mică pentru funcționare sigură. Din această cauză acest sistem de siguranță are trei trepte de redundanță.

Sistemul mecanic de frânare al rotorului este montat pe arborele de transmisie ca sistem activ. Se activează dacă sistemul primar de frânare cedează parțial sau total și va opri rotorul împreună cu sistemul de orientare al palelor. Sistemul de frânare mecanic este folosit de asemenea împreună cu sistemul aerodinamic în momentul lucrărilor de întreținere.

Sistemul de frânare este proiectat pentru protecție în caz de defecțiune ("fail-safe"). Astfel în cazul unei defecțiuni a sistemului de frânare, turbina trece automat în regimul de siguranță.

f. Montajul dispozitivelor de măsură și control:

Girueta este montată pe nacelă și are rolul de a se orienta în permanență după direcția vântului. La schimbarea direcției vântului, girueta comandă automat intrarea în funcțiune a sistemului de pivotare al turbinei. În cazul turbinelor de dimensiuni reduse, nacela este rotită automat după direcția vântului cu ajutorul giruetei, fără a fi necesară prezența unui sistem suplimentar de pivotare.

Anemometrul este un dispozitiv pentru măsurarea vitezei vântului. Acest aparat este montat pe nacelă și comandă pornirea turbinei eoliene când viteza vântului depășește 3…4 m/s, respectiv oprirea turbinei eoliene când viteza vântului depășește 25 m/s.

Turbina este prevăzută cu două anemometre pentru a măsura viteza vântului. Valorile înregistrate de acestea sunt urmărite de computerul de comanda. Un anemometru este încălzit, iar celalalt nu este încălzit. Dacă anemometru neîncălzit îngheață computerul de comandă va înregistra/detecta apariția gheții și va comanda oprirea turbinei. Turbina va putea fi repornită după resetarea manuală.

g. Sistemul de control automat al turbinei este asigurat PLC (programmable logic controler) ce analizează datele de la senzorii de stare ai turbinei și datele meteorologice și generează semnale de control. Sistemul de măsurare al vitezei și direcției vântului este măsurat cu ajutorul unor anemometre.

Sistemul de control al fiecărei turbine este echipat cu componente (hardware și software) pentru monitorizarea datelor la distanță. Toate datele și semnalele sunt transmise printr-o conexiune la un Browser de Internet. Acest fapt face posibilă monitorizarea datelor la fel de ușoară ca prin intermediul unei telecomenzi active la distanță (precum închiderea și deschiderea).[13]

Sistemul computerizat de control permite integrarea controlului WEC în cadrul sistemului iar pentru accesare este nevoie de echipamentul opțional care va permite accesul direct la echipamentul de control al turbinei și la alte dispozitive. Ȋn funcție de posibilitatea de acces a tehnicianului se pot oferi date în timp real cât și acces la istoricul parametrilor aflat în memoria sistemului computerizat.

Computerul de comandă este instalat în nacelă, iar un ecran suplimentar permite comandarea turbine și de la baza turnului.

Figura 3.8. Sistem integrat de control a parcului eolian [13]

Procedura de pornire va fi inițiată dacă sistemul este operațional și viteza vântului de “pornire” este în parametri timp de 60 secunde. Dacă sunt îndeplinite condițiile pentru pornirea automată și în funcție de motivul opririi anterioare, palele rotorului vor fi orientate pentru a crea portanța necesară.

Procedura de oprire va fi inițiata dacă viteza vântului scade sub parametrii pentru aproximativ 10 minute. În cazul rafalelor de vânt WEC va iniția procedura de oprire dacă viteza vântului este mai mare de 30 m/s timp de aproximativ 30s și mai mare de 35 m/s timp de 1s. Procedura de oprire va orienta palele în poziție specifică și va opri WEC în siguranță.

IV.2.2. Rețele de descărcare (transport) a energiei electrice

Aceste turbine aferente parcului eolian vor fi racordate la stația electrica 110 kV/MT, poziționată în interiorul parcului eolian. Legătura la SEN se va realiza printr-o LES de 5200 m, până la stația electrică Smârdan (Anexa nr.2).[13]

Racordarea turbinelor eoliene la Stația Electrică de transformare a parcului eolian se va face prin intermediul unei rețele de distribuție de medie tensiune. Cablul electric se va poziționa pe un strat de nisip și protejat cu o placă tip PVC, care are rolul de rezistență mecanică, iar la partea superioară va fi protejat cu o folie avertizoare PVC. Traseul cablului electric va fi semnalizat prin borne de marcaj. Zonele afectate de traseul cablurilor electrice vor fi refăcute ca în situația inițială.

Figura 3.9. Traseu de legătura LES stația Smârdan (puncte traseu P1- P17) [13]

Stația electrică de transformare aferentă parcului va fi poziționată în zona de sud a perimetrului și va avea o suprafață împrejmuită de 2544 mp. Va fi alcătuită din două componente:

– stație de 30 kV de tip interior amplasată într-o clădire tehnologică împreună cu camera de comandă, camera de contoare și transformatorul de servicii interne.

– stație de 110 kV de tip exterior formată din 2 celule de transformator, o celulă LEA și o celulă de măsură.

Suprafața construită desfășurată este de circa 290 mp (camera comandă 68 mp, camera metering 12 mp, camera conexiuni 132 mp, TSI 19 mp, grup sanitar 7.5 mp, SAS 4.5 mp.)

Racordarea parcului la SEN, s-a realizat prin intermediul unei LES (poziționată de-a lungul drumului), având o lungime de 5200 m, până la stația Smârdan. Stația electrică a fost echipată cu o celulă cu întreruptor și un transformator 400/110 kV, 100 MVA.

Punctul de delimitare a instalațiilor utilizator/operator de rețea se situează la intrarea stației Smârdan respectiv la clema de tracțiune a conductoarelor flexibile care fac legătura între transformatorul 400/110 kV și celula de 400 kV de transformator.

Cerințele de calitate pentru parametrii electrici la PCC (punctul de cuplare la rețea) sunt în concordanță cu normativul EN 50160:1999 “Parametrii energiei electrice din sistemul public de distribuție”, unde sunt expuse valorile de referință, care se înregistrează în rețelele de distribuție și sunt definite valorile pentru conexiunile de LV (tensiune scăzută) și MV (tensiune medie) pentru membrii CENELEC.

Realizarea conexiunilor rețelei electrice la SEN s-a efectuat în conformitate cu Normativele privind „Cerințe tehnice minime pentru centralele eoliene introduse în Codul Tehnic RET” și „Condiții tehnice de racordare la rețelele electrice de interes public pentru centralele electrice eoliene” aprobat prin ordinul ANRE nr. 129/2008 respectându-se astfel prevederile avizului tehnic de racordare emis. Cablurile au fost dimensionate și verificate conform reglementarilor în vigoare (NTE 007/08/00). [13]

Concluzii

Energia eoliană, în contextul micșorării tot mai accelerate a resurselor convenționale de energie, dublată de cererea din ce în ce mai mare pentru energie, reprezintă o soluție viabilă pentru compensarea acestui deficit.

La ora actuală, tehnologia pentru producerea și implementarea soluțiilor eoliene este una matură dar în același timp departe de a fi atins limitele. Acestea au fost stabilite în anul 1926 defizicianul german Albert Betz care a demonstrat că randamentul maxim al unei turbine eoliene este de până la 59.3%. Turbinele de vânt actuale au o eficiență maximă situată în jurul valorii de 45%.

Așadar, cercetătorii și inventatorii analizează continuu actualele date, corectându-le și perfecționându-le, în încercarea de a găsi soluții viabile și cât mai performante pentru valorificarea energiei vântului.

Turbina eoliană sau turbina de vânt este cel mai la îndemână mijloc pentru a produce energie electrică în zonele unde nu există rețea de curent electric și unde viteza vântului are o medie anuală de cel puțin 4-5 m/s (metrii pe secundă).

Turbina eoliană de mică putere 100 – 2000 W poate fi instalată și operată simplu de către utilizator cu minime cunoștințe de mecanică și electricitatate.

Turbina eoliană de putere mică se instalează de regulă pe un stâlp, la o înălțime suficient de mare pentru a evita obstacolele din jur, însă poate fi instalată și pe acoperișurile clădirilor daca acestea nu sunt obstrucționate față de vânt.

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

Modelul de turbină eoliană cel mai răspândit este cel cu axa rotorului în plan orizontal cu rotorul în amonte față de vânt, cu 3 pale și coadă.

Turbinele eoliene de putere mică sunt dotate cu generatoare electrice cu magnenți permanenți.

Numărul de poli ai generatorului influențează atât greutatea și dimensiunile generatorului cât și viteza de rotație la care generatorul poate produce energie electric. Astfel, un generator cu un număr de poli mai mare va fi mai greu, mai voluminos și va produce energie electrică mai multă și la turații mai mici decât unul cu un număr de poli mai mic. Generatoarele care funcționează la o turație mai mare, cum sunt cele ușoare, cu mai puțini poli, se vor uza mai repede, și necesită o viteză a vântului mai mare pentru funcționare la putere nominală.

De aceea greutatea și dimensiunile generatorului nu pot fi privite ca un dezavantaj, ele conferindu-i acestuia calități pe care generatoarele ușoare nu le au.

Greutatea și volumul generatorului pot conta numai dacă se dorește o instalare mai ușoară a turbinei eoliene, în cazul sistemelor mobile, portabile sau în cazul instalării pe ambarcațiuni mici sau acoperișuri fragile.

Turbinele eoliene mici încep, în realitate, să producă energie electrică la viteze ale vântului de 3,5-4 m/s. Până la această viteză, chiar dacă încep să se învârtă producția de energie este 0 sau foarte aproape. Excepție fac numai turbinele eoliene foarte mici care au inerție foarte mică, sub 100 W sau chiar mai mici, care pot începe să producă la viteze ale vântului de aproximativ 2-3 m/s.

Turbina eoliană mică nu necesită întreținere deosebită, este fiabilă iar durata de viață poate fi foarte lungă și va da satisfacții timp îndelungat dacă nu este devastată de vijelii puternice.

Energia captată din vânt de către turbina eoliană poate fi prelucrată și utilizată în mai multe feluri.

Cel mai simplu dintre ele este de a folosi turbina eoliană pe post de încălzitor electric de apă. Un sistem compus din turbină eoliana, regulator electric și o rezistență electrică care poate fi introdusă într-un radiator de încălzire, boiler pentru apă caldă menajeră sau boiler mixt pentru încălzire centrală – apă caldă menajeră. Turbina eoliană alimentează direct rezistența electrică atâta timp cât se învârte și produce energie electric.

Un alt sistem eolian este cel independent/autonom/izolat utilizat pentru încărcare baterii. Sistemul cel mai simplu se compune din turbina eoliană, regulator de încărcare, banc de baterii, și poate alimenta consumatori la 12, 24 sau 48VDC (curent continuu).

Turbina eoliană este acționată de vânt, produce energie și încarcă astfel acumulatorii. De la bornele acumulatorului se pot alimenta diverși consumatori de curent continuu cum ar fi becuri, televizor, frigider etc.

În plus dacă la sistem se adaugă un invertor atunci prin intermediul acestuia pot fi alimentați și consumatori de curent alternativ 220VAC, 50 Hz.

Rolul regulatorului este de a transforma curentul electric care iese din turbină în current electric potrivit pentru încărcarea bancului de baterii și controlul modului și nivelului de încărcare a bancului de baterii, fiind prevăzut și cu o rezistență pentru disiparea surplusului de energie în cazul în care bancul de baterii devine complet încărcat.

Rolul invertorului este de a transforma curentul continuu al bancului de baterii în curent alternativ (220VAC, 50Hz) cu care pot fi alimentate toate aparatele electrice și electronice domestice și industrial standard.

Bancul de baterii pentru turbine eoliene mici de putere până la 2000W poate avea tensiunea de 12, 24, 48, 120 sau 240V.

Acest tip de sistem eolian independent poate fi instalat oriunde există suficient vânt și poate alimenta orice fel de consumator în limita impusă de capacitatea bancului de baterii și a invertorului. Bancul de baterii îndeplinește rolul de rezervor și poate alimenta cu energie electrică consumatorii și în perioadele în care nu este vânt.

În orice locație unde nu există rețea publică de electricitate, acesta este cel mai potrivit sistem eolian.

În situația în care există deja alimentare cu energie electrică de la rețeaua publică de electricitate, cel mai potrivit sistem eolian este cel conectat la rețea.

Acest sistem se compune din turbina eoliană, regulator de rețea, tablou electric de control cu siguranțe și contor, invertor de rețea și eventual o sursă neîntreruptibilă de curent, UPS.

Turbina eoliană acționată de vânt injectează energie electrică în rețeaua publică de electricitate prin intermediul invertorului de rețea și contorului electric.

Beneficiarul consumă curent din rețeaua publică iar producția turbinei eoliene acoperă o parte mai mică sau mai mare din acest consum în funcție de viteza vântului. Beneficiarul va plăti către furnizorul de electricitate numai diferența dintre energia consumată și energia furnizată rețelei publice de electricitate.

În acest caz, rețeaua publică de electricitate îndeplinește rolul de rezervor. Rolul UPS-ului este de a furniza curent și în cazul întreruperii accidentale a curentului în rețeaua publică.

Pompa de apă este un mod inedit de a utiliza energia conținuta în vânt. Pompa de apă este un sistem pur mecanic care nu necesită energie electrică.

O turbină eoliană cu multe pale se învârte datorită vântului și antrenează prin intermediul unui sistem mecanic o pompă cu cilindru situată într-un puț de adâncime, care va scoate la suprafață apa necesară pentru animale sau gospodărie.

În urma studiului detaliat asupra stadiului actual de dezvoltare și implementare a turbinelor eoliene de mică putere s-au desprins următoarele concluzii:

a. Potențialul eolian este caracterizat prin: viteza vântului, m/s (vânt slab < 5-6 m/s, vânt moderat 6-10 m/s, vânt puternic >10m/s măsurat la înălțimea de 50 m de asupra solului); direcția vântului în raport cu punctele cardinale (N, E, S, V, NE, SE, SV, NNE, ENE, ESE, SSE, SSV, VSV, VNV, NNV), frecvența medie de acțiune pe diferite direcții (roza de frecvență a vântului), structura vântului (laminar, turbulent, rafale).

b. La nivel European, potențialul eolian estimat este divers, cel mai mare potențial eolian aflându-se în zona Nordică a Franței, Belgiei, Germaniei, Spaniei, Olandei, Marii Britanii și Danemarcei (harta europeană a energiei vântului măsurată la 80 m deasupra solului).

c. România dispune de un potențial eolian bun (harta potențialului eolian publicată de ICEMENERG în 2007), cu precădere pe litoralul Mării Negre, în Dobrogea, nordul Moldovei, în munții Apuseni.

d. Alegerea tipului și capacității centralei eoliene implică analiza prealabilă a potențialului eolian din zona locală de instalare (înregistrarea datelor, prelucrarea și interpretarea rezultatelor), nefiind suficientă analiza datelor oferite de softurile comerciale (Meteonorm).

e. Potențialul eolian disponibil în zona Colinei Universității Transilvania din Brașov (măsurat prin stația meteo proprie, în perioada 2006-2009) a condus la estimarea unei viteze medii orare a vântului sub 2 m/s. Pentru acest caz, datele medii calculate prin softul Meteonorm sunt mai mari decât cele obținute prin întregistrarea directă, în medie cu 82.38%.

f. Pentru viteze ale vântului între 2-4 m/s, numărul de ore/an este de 1384, adică aproximativ 16% din timp.

g. Ca urmare, potențialul eolian înregistrat în zona Colinei Universității și în zone cu potențial eolian similar, impun, pentru o eficiență energetică bună, instalarea de turbine eoliene la care viteza de pornire (cut in speed) să fie sub 3 m/s.

h. Potențialul eolian din zona Brașov impune pentru implementarea eficientă îndeosebi turbine eoliene de mică putere (sub 100kW).

i. Turbinele eoliene de mică putere cu ax orizontal au eficiența conversiei superioară turbinelor eoliene cu ax vertical, de aceea sunt mai frecvent utilizate (coeficientul de putere este mai scăzut la turbinele eoliene cu ax vertical, de regulă sub 0,1- 0,2).

j. Turbinele eoliene de mică putere cu ax vertical sunt mai silențioase decât cele cu ax orizontal (funcționând la turații mult mai mici) și sunt mai ușor adaptabile mediului construit (în arhitectura clădirilor, ferme agricole, autostrăzi, spații publice, parcuri, iluminat stradal, etc).

k. În literatura de specialitate există o multitudine de turbine eoliene de mică putere cu ax orizontal, care diferă prin soluția constructivă a rotorului (deschis, obadă, roată,..), prin numărul de pale, materialul și forma acestora, complexitatea soluției constructive, puterea nominală, viteza de pornire (cut in), dimensiuni și turația de lucru, preț de cost.

l. Pentru zone cu potențial eolian redus, implementarea de turbine eoliene de mică putere, care funcționează la viteze ale vântului sub 3 m/s, reprezintă o alternativă fezabilă. Eficiența și prețul de cost al acestora depind în principal de soluția constructivă a rotorului, cu precădere de numărul, forma și orientarea palelor precum și de materialul din care acestea sunt confecționate.

Capitolul V. Studiu de caz….?

Analiza comparativă a energiei obținute de la rețea și de la o minicentrală eoliană de … kW

Bibliografie

[1] C.Neamțu, V. Halbac, Ghe. Rusu, Educație tehnologică manual clasa a VIII-a, LVS Crepuscul, Ploiești, 2007, pag 9

[2] G. Lichiardopol, N. Enache, S. Olteanu, C. Ștefan, Educație tehnologică manual clasa a VIII-a, Corint, 2008, pag 7

[3] Eugen Năstase, “Comuna Schela început și evoluție”, Editura InfoRapArt, Galați, 2017

[4] Ionela Negrea, “Studiul adaptabilității turbinelor eoliene de mică putere la condițiile climatice din România” ( 20.03.2016)

[5] Iuliana Lazăr, “Meteorologie și climatologie”

[6] jurnalul.ro/vechiul-site/…/importanta-surselor-alternative-de-energie-284964.html

[7] Vlad Ciprian, Conducerea automată a sistemelor eoliene de mică putere, Galați, 2012

[8] Vlad Ciprian, Surse regenerabile de energie, curs audiat, Galați, 2016

[9] www.comunaschela.ro/schela.html

[10] www.energie-eoliana.com (30.03.2017)

[11] www.ziuaenergiei.ro/wp-content/uploads/2013/10/CCIBV.pdf (20.12.2017)

[12] www.tocilar.ro ( studiul proiectării unei instalații eoliene)

[13]www.anpm.ro/anpm_resources/…/ARPM%20Galati/…/EAParceolianSchelawind.pdf (29.02.2017)

[14] https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_wind_turbine_manufacturers (03.06.2017)

[15] https://www.esolar.ro/turbine-eoliene/turbine-eoliene-1-1000-w.html (30.03.2017)

[16] www.aeolusenergy.ro/hartasite2.html (20.03.2017)

[17] https://www.romstal.ro/blog/ (30.11.2017)

[18] https://www.google.ro/(10.12.2017)

[19] http://www.revista.forter.ro/2009_2_t/05-inv/05.htm (11.12.2017)

[20] http://www.vdocuments.site/turbina-eoliana-proiect.html (15.06.2017)

[21] http://www.wind-power-program.com/links.htm (03.06.2017)

Anexa nr. 1

Localizarea Comuna Schela pe harta rutieră

Anexa nr. 2

Localizarea satelor Schela și Negrea pe harta județului Galați

Anexa nr. 3

Anexa nr. 4

Parc turbine eoliene Schela

Anexa nr. 5

Turbina Eoliană AirPower 600 W 12v / 24v

Putere nominală: 600 W

Putere maximă: 700 W

Viteza vânt de pornire: 2,5 m/s

Diametrul palelor: 1,82 mm

Tip generator: cu magneți permanenti

Tip protecții: Descărcare pe rezistențe, frână electromagnetică manuală

Control LCD Hybrid Solar 300 W+Eolian 700 W