Țurlică Emanuel -Alexandr u [614576]

Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Ia și
Facultatea de Inginerie Electrică, Energetică și Informatică Aplicată
IAȘI 2018

PROIECT DE DIPLOMĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIF IC :
CONF. DR. ING. ADRIAN MUNTEANU
ABSOLVENT: [anonimizat] 2018

Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Ia și
Facultatea de Inginerie Electrică, Energetică
și Informatică Aplicată

INSTALAȚII DE TURBINE EOLIENE
CU AX VERTICAL

Coordonator științific:
Conf. Dr. Ing. Adrian Munteanu
Absolvent: [anonimizat] 1
I.1 Introducere (date generale privind energiile regenerabile) …………………………………………….. 1
I.2 Energia solară ……………………………………………………………………………………………………….. 1
I.2.1 Panouri solare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 4
I.2.2. Panouri solare folosite la producerea energiei termice ………………………….. ………………. 4
I.2.3 Panouri solare folosite la producerea energiei electrice ………………………….. ………………. 4
I.3 Energia apei ………………………………………………………………………………………………………….. 4
I.3.1 Potențialul microhidroenergetic al României ………………………….. ………………………….. .. 5
I.4 Energia geotermală ………………………………………………………………………………………………… 6
I.5 Energia biomasei …………………………………………………………………………………………………… 7
I.6 Energia eoliană ……………………………………………………………………………………………………… 8
I.6.1 Scurt istoric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 9
I.6.2 Principiul de fun cționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. 9
I.6.3 Componentele unei turbine ………………………….. ………………………….. ……………………….. 9
I.6.4 Tipuri de turbine eoliene ………………………….. ………………………….. ………………………… 10
I.6.4.1 Turbine cu axa verticală ………………………….. ………………………….. ………………………. 10
I.6.4.2 Turbine cu axa orizontala ………………………….. ………………………….. …………………….. 11
I.6.5 Factorii care influenteaza performanta turbinei eoliene ………………………….. …………….. 11
I.6.5.1 Centralele eoliene marine ………………………….. ………………………….. …………………….. 12
I.6.6 Evoluția energiei eoliene pe plan mondial ………………………….. ………………………….. …. 12
I.6.7 Energia eolian ă in Uniunea Europeană ………………………….. ………………………….. ……… 14
I.6.7.8 Energia eoliană în România ………………………….. ………………………….. ………………….. 16
I.6.8 Evoluția pieței energiei eoliene la nivel mondi al ………………………….. ……………………… 17
I.6.9 Avantajele energiei eoliene ………………………….. ………………………….. …………………….. 17
I.6.10 Dezavantajele energiei eoliene ………………………….. ………………………….. ………………. 18
I.7 Vântul ……………………………………………………………………………………………………………….. 19
I.7.1 Caracteristicile vântului ………………………….. ………………………….. ………………………….. 19
I.8 Parametrii de calcul al aerului ………………………………………………………………………………… 21
I.8.1 Puterea vântului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 21
I.8.2 Densitatea de aer ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 22
I.8.3 Măsurarea vitezei vântu lui ………………………….. ………………………….. ……………………… 23
I.8.4 Turbulențele ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 24
I.8.5 Obstacole ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 24
Capitolul II. Instalații de eoliene ……………………………………………………………………………. 25
II.1 Istoric ……………………………………………………………………………………………………………….. 25
II.2 Instalații eoliene contemporane ……………………………………………………………………………… 29
II.3 Sisteme de c onversie a energiei eoliene ………………………………………………………………….. 29

II.3.1 Principiu de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………… 30
II.4 Tipuri de turbine eoliene ………………………………………………………………………………………. 31
II.4.1 Orientarea axului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 31
II.4.2 Eoliene cu ax orizontal ………………………….. ………………………….. ………………………….. 31
II.5 Componentele clasice ale unei eoliene cu ax orizontal ………………………………………………. 32
Capitolul III . Eoliene cu ax vertical ……………………………………………………………………….. 34
III.1 Introducere ……………………………………………………………………………………………………….. 34
III.2 Componentele turbinei cu ax vertical …………………………………………………………………….. 34
III.3 Cele mai des întâlnite tipuri de turbine eoliene cu ax vertical …………………………………….. 35
III.3.1 Turbina de tip Savonius ………………………….. ………………………….. ……………………….. 36
III.3.2 Turbina de ti p Lenz ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 38
III.3.3 Turbina de tip Darrieus ………………………….. ………………………….. ………………………… 39
III.3.4 Turbina de tip H -Rotor ………………………….. ………………………….. ………………………… 40
III.4.1 Principiul constructiv -funcțional al rotorului H. ………………………….. ……………………. 42
III.4.2 Apecte comparative privind rotoarele H și rotoarele axiale bipale sau tripale ………….. 43
Capitolul IV . Mașini electrice utili zate în construcția turbinelor eoliene cu ax vertical ……. 45
IV.1 Generatorul sincron – convertorul de bază în energetica actuală …………………………………. 45
IV.1.2 Definiții, regimuri de funcționare ………………………….. ………………………….. ………….. 45
IV.1.3 Construcția mașinii sincrone ………………………….. ………………………….. …………………. 45
IV.1.4 Mașinile e lectrice sincrone cu rotor exterior ………………………….. ………………………… 47
IV.2 Mașina asincronă ………………………………………………………………………………………………. 48
IV.2.1 Elemente constructive ale mașinii asincrone ………………………….. ………………………… 48
IV.2.2 Regimuri de funcționare ………………………….. ………………………….. ………………………. 49
IV.2.3 Mașina asincronă dublu aliment ată ………………………….. ………………………….. ………… 49
Capitolul V . Studiu de caz …………………………………………………………………………………….. 51
V.1 Tipul constructiv de turbină ales ……………………………………………………………………………. 51
V.2 Turbina eoliană cu ax vertical (2 – 10kW) ……………………………………………………………….. 52
V.3 Generatorul electric al instala ției de turbină eoliană cu ax vertical ……………………………….. 53
V.3.1 Datele nominale a le generatorului proiectat ………………………….. ………………………….. 53
V.3.2 Structura circuitului magnetic al generatorului sincron cu magneți permanenți pe rotorul
exterior și înfășurare în inel pe dinții statorici ………………………….. ………………………….. ……. 53
V.3.3 Magneți permanenți ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 56
V.3.4 Standul experimental de laborator al generatorului electric ………………………….. ………. 57
V.4 Încercări experimentale de laborator ………………………………………………………………………. 58
V.4.1 Carcteristica externă ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 58
V.4.2 Influența distorsiunilor armonice ………………………….. ………………………….. ……………. 59
Concluzii …………………………………………………………………………………………………………….. 66
Referin țe Bibliografie ……………………………………………………………………………………………. 68
Anexe

Memoriu justificativ

La nivel global, una din principalele direcții de cercetare este aceea a reducerii
consumului de energie și a eficientizării energetice. În acest context, energiile r egenerabile sunt
o soluție din ce în ce mai căutată și care face deja parte din axele prioritare de cercetare și
dezvoltare a proiectelor la nivel global, cu scopul de reducere a consumului energetic pentru
următorii ani și creștere a gradului de utilizare a surselor de energii regenerabile. Energia
Eoliană este una dintre principalele surse de energie r egenerabilă.
Energia eoliană este transformată în energie electrică prin intermediul Turbinelor
Eoliene. Majorita tea turbinelor sunt de mari dime nsiuni, poziționate pe uscat sau în largul
mării. Una din direcțiile de cercetare actuale este în domeniul turbinlor eoliene de mică putere,
care oferă posibilitatea producerii energiei electrice aproape de locul de utilizare.
O tip constructiv de turbină eoliană ce încet încet se dezvoltă și este amănunțit cercetată
sunt turbinele eoliene cu poziționare verticală a axului acesteia.
Astfel, obiectul cercetării acestei lucrări este studiul asupra turbinelor eoliene cu ax
vertical și a sistemului de conversie propriu zisă a energiei cinetice a vântului și anume
generatorul electric.
Studiul și dezvoltarea generatoarelor electrice și a turbinelor electrice sunt un
considerent important al problemei energetice și vor face parte din dezvoltarea durab ilă a
exploatării de energie electrică din surse regenerabile.
Consider că , tema aleasă , se pliază foarte bine pe tematica de studiu al cur riculei
specializării de energetică întrucât pe parcursul lucrării prezint în detaliu toate tipurile de
energii regenerabile , atât convenționale cât și neconvenționale, tipurile constructive principale
de dizpozitive de captare și convertire a energiei cinetice a maselor de aer în energie electrică
și anume turbinele eoliene și sistemul de generator electric cât și a vantaje sau dezavantaje în
ceea ce privește explo atarea sau utilizarea energiei provenite din aceste surse.

1
Capitolul I . Surse regenerabile de energie
I.1 Introducere (date generale privind energiile regenerabile)
Energiile regenerabile sunt conside rate în practică, energiile care provin din surse care:
fie că regenerează de la sine în scurt timp, fie sunt surse practic inepuizabile. Termenul
de energie regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul
energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, en ergia luminii solare,
a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice și a căldurii geotermale pot fi captate
de către oameni utilizând diferite procedee.
Sursele de energie ne- reînnoibile includ energia nucleară precum și energia generată
prin arderea combustibililor fosili, așa cum ar fi țițeiul , cărbunele și gazele naturale . Aceste
resurse sunt, în chip evident, limitate la existența zăcămintelor respective și sunt considerate în
general n e-regenerabile. Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:
 energia eoliană, uzual exprimat – energie de vânt
 energia solară
 energia apei :
 energia hidraulică, energia apelor curgătoare
 energia mareelor , energia flux/refluxului mărilor și oceanelor
 energie potențială osmotică
 energia geotermică, e nergie câștigată din căldura de adâncime a Pământului
 energie de biomasă: biodiesel, bioetanol, biogaz
Toate aceste forme de energie sunt, în mod tehnic, valorificabile putând servi la
generarea curentului electric, producerea de apă calda, etc. Actualmente ele sunt în mod inegal
valorificate, dar există o tendință certă și concretă care arată că se investește insistent în această,
relativ nouă, ramură energetică.

I.2 Energia solară
Energia solară reprezintă energia electromagnetică transmisă de soare generată prin
fuziune nucleară. Ea stă la baza întregii vieți de pe pământ și reprezintă aproximativ 420
trilioane kWh. Aceasta cantitate de energie generată de soare este de câteva mii de ori mai mare
decât cantitatea totală de energie utilizată de toți oamenii.
Producerea de energie electrică din energie solară se bazează pe instalații termice și pe
panourile fotovoltaice. Modalitățile în care se utilizează energia s olară sunt limitate numai de
imaginația omului. O listă parțială a aplicațiilor energiei solare cuprinde încălzirea și răcirea spațiului cu ajutorul arhitecturii solare, furnizarea de apă potabilă prin distilare și dezinfecție, iluminatul, producerea de ap ă caldă, gătitul cu ajutorul energiei solare și căldura de proces de
înaltă temperatură utilizată în scopuri industriale. Pentru a utiliza energia solară, se folosesc de obicei panourile solare.

2
Tehnologiile solare pot fi, în general, pasive sau active în funcție de modul în care
energia solară este captată, convertită și distribuită. Tehnicile solare active includ utilizarea
panourilor fotovoltaice și a colectoarelor termice pentru captarea energiei.
Fig. 1 .1 Harta potențialului solar la nivel mondial

Concentrarea luminii solare pe discuri închise la culoare ar putea furniza energie lumii
întregi: dacă se instalează în zonele marcate cu cele șase puncte de pe hartă, celulele solare cu o eficiență de conversie de numai 8 % ar putea produce, în medie, 18 TW energie electrică.
Această este mai mult decât puterea instalată actuală a tuturor centralelor electrice care utilizează toate celelalte surse de energie primară: cărbune, petrol , gaz, energie nucleară și hidro. Culorile indică media pe trei ani a radi ației solare, inclusiv în timpul nopții și pe vreme
noroasă .
Aplicații tehnice ale energiei solare:
Cu ajutorul tehnologiilor se poate beneficia de energia solară în mai multe moduri:
 Celulele solare care produc direct curent electric
 Panourile solare car e generează căldură
 Panourile solare care generează căldură (solar termic)
 Centralele solar -termice care produc electricitate prin utilizarea căldurii și aburului
 Deșeurile din plante pot fi procesate pentru a produce lichide (de ex. etanol, ulei ) sau gaze (biogaz) care se pot utiliza apoi în scopuri energetice
 Centralele eoliane și hidro generează electricitate
 Sobele solare sau cuptoarele solare sunt utilizate la încălzirea hranei sau la sterilizarea
produselor medicale .

3
România este localizată într -o zonă cu potențial solar bun, beneficiind de 210 zile
însorite pe an și un flux anual de energie solară cuprins între 1000 kWh/mp/an și
1300kWh/mp/an. Din această cantitate doar 600 -800 kWh/mp/an sunt utilizabili din punct de
vedere tehnic. Potențialul e nergetic solar s -a reflectat în ultimii ani în creșterea investițiilor în
centrale solare: în 2007 centralele solare din România aveau o capacitate de producție de 0.30 MW, crescând în 2011 la 2.9 MW și ajungând la 5 MW în 2012. Conform raportului Country Attractiveness Indices, lansat în noiembrie 2011 de Ernst & Young, România se află pe locul 13 între cele mai attractive țari din lume în ceea ce privește investițiile în acest domeniu.
Pornind de la datele disponibile s -a alcătuit o hartă ce schematizează distribuția radiației
solare pe teritoriul României. Harta a fost realizată prin analizarea si prelucrarea datelor furnizate de către ANM, Nasa, JRC si Meteotest. Datele sunt exprimate în kWh/mp/an, în plan orizontal, această valoare fiind utilizată de ob icei în aplicațiile energetice fotovoltaice si
termice.
În hartă ne sunt prezentate 3 zone de interes:
 primul areal: include suprafețele cu cel mai ridicat potențial și acoperă Dobrogea și o
mare parte din Câmpia Română
 al doilea areal : include nordul Câmp iei Române, Podișul Getic, Subcarpații Olteniei și
Munteniei o bună parte din Lunca Dunării, sudul și centrul Podișului Moldovenesc și Câmpia și Dealurile Vestice și vestul Podișului Transilvaniei, unde radiația solară
pe suprafață orizontală se sit uează între 1300 și 1400 MJ / m2
 al treilea areal : dispune de mai puțin de 1300 MJ/m2și acoperă cea mai mare parte a
Podișului Transilvaniei, nordul Podișului Moldovenesc și Rama Carpatică
Zona de interes deosebit pentru aplicațiile electroenergetice ale energiei solare in țara
noastră este cea ce acoperă Dobrogea și o mare parte din Câmpia Română.
Fig.1.2 Iradiere orizontală global

4
În concluzie nivelul de radiații din România este foarte bun comparativ cu cel al altor
țări cu climat temperat, iar diferențele, în funcție de zona geografică, sunt foarte mici. Din acest
motiv țara noastră se situează în zona europeană B de însorire, ceea ce ofera avantaje reale pentru exploatarea energiei solare. Din păcate în Romania nu s -au făcut încă investiții majore
din cauza lipsei de sprijin, din partea statului și a unei politici mai clare în această privință. Drept consecință la momentul actual se folosește doar 2% din potențialul energetic solar al țării (1,2 TWh producție anuală).
I.2.1 Panouri solare
Panourile fotovoltaice sunt sisteme capabile să transforme lumina(energia solară) direct
în energie electrică, prin intermediul unui proces chimic complex. Energie electrică gratuită! Conversia este statică și nepoluantă, tocmai de aceea acest mod de producere a energiei electrice este unul ecologic.
Trebuie să facem diferența între panourile fotovoltaice și panourile solare termice,
acestea din urmă fiind folosite la producerea de energie termică.
Există două mari tipuri de panouri solare utilizabile în prezent:
 Panouri solare folosite la producere a energiei termice
 Panouri solare folosite la producerea energiei electrice

I.2.2. Panouri solare folosite la producerea energiei termice
Acestea mai puțin importante și sunt folosite pentru încalzirea apei sau a locuințelor.
Procesul lor de funcționare, simplificat desigur, este următorul: panourile captează
caldura solară și o transferă prin intermediul unor tuburi unui flux de apă. Astfel, apa este
încălzită și poate fi apoi folosită sau stocată pentru utilizare. Aceste sisteme sunt avantajoase în loc urile unde nu există alte mijloace de încalzire, nu necesită utilizarea de energie electrică,
sunt ecologice, dar sunt și destul de costisitoare.

I.2.3 Panouri solare folosite la producerea energiei electrice
Cele din categoria a doua, panourile solare f olosite la producerea energiei electrice, sunt
cele cu adevărat interesante, pentru ca da, produc energie electrică gratuită. La baza acestui proces stă celula fotovoltaică. Pe scurt, în contact cu razele soarelui, această produce energie electrică. Pentru a intra în detaliu, ne -ar fi necesare însă cunoștințe de chimie destul de
avansate: fotonii din razele solare “bombardează” atomii materialelor din care este realizată celula fotovoltaică. Sub aceasta acțiune, aceștia tind să se elibereze și astfel se for mează energia
electrică.

I.3 Energia apei
Energia hidroelectrică reprezintă o formă de energie regenerabila utilizată pe scara
largă. Se folosește de forță gravitațională a apei în cădere, convertind -o în forță mecanică cu
ajutorul unei turbine ce produce electricitate prin punerea în mișcare a unui generator.

5
Cele mai cunoscute instalații sunt centralele hidroelectrice de dimensiuni mari ce
presupun conectarea la baraje și rezervoare întinse. Sistemele hidroelectrice de dimensiuni mici
sunt mai puțin c unoscute însă sunt de asemenea capabile să producă suficient curent pentru
nevoile la nivel industrial. Schemele hidroelectrice au viață de operare lungă și, cu o întreținere corespunzatoare, pot sta în funcțiune timp de mai mulți zeci de ani. Cantitatea d e energie
produsă de o instalație hidroelectrică depinde, în primul rând, de volumul de apă implicat și în al doilea rand de diferența de înalțime între sursa de apă și punctul unde fluxul intră în turbine.
Schemele hidroelectrice necesită un bazin de cap tare potrivit, o admisie de apă plasată
în spatele unui stavilar sau a unui dig și o înalțime de cădere suficientă între admisie și ieșire. Printr -un canal sau o conductă apa este transportată către o turbină, iar apoi este returnată
cursului natural odată cu ieșirea din turbina. Turbina dispune de o conexiune mecanică sau
electrică pentru sarcina ce urmează a fi furnizată.

Fig.1.3 Schema funcționării și componentele unei hidrocentrale

I.3.1 Potențialul microhidroenergetic al României
Deoar ece sursa cea mai importantă de energie regenerabilă din România (în
conformitate cu cerințele UE), o reprezintă energia hidro, s -a impus analiza bazei de date
privind atât microhidrocentralele existente în curs de execuție/reabilitare cât și cele potenția l
amenajabile economic.
Resursele de apă datorate râurilor interioare sunt evaluate la aproximativ 42 miliarde
m3/an, dar în regim neamenajat se poate conta numai pe aproximativ 19 milioane m3/an, din
cauza fluctuațiilor de debite ale râurilor. Resursele d e apă din interiorul țării se caracterizează
printr -o mare variabilitate, atât în spațiu, cât și în timp. Astfel, zone mari și importante, cum ar
fi Câmpia Română, podișul Moldovei și Dobrogea, sunt sărace în apă. De asemenea apar variații mari în timp a d ebitelor, atât în cursul unui an, cât și de la an la an. În lunile de primăvară
(martie -iunie) se scurge peste 50% din stocul anual, atingându- se debite maxime de sute de ori
mai mari decât cele minime. Toate acestea impun necesitarea realizării compensări i debitelor

6
cu ajutorul acumulărilor artificiale. În ceea ce privește potențialul hidroenergetic al țării noastre
se apreciază că potențialul teoretic al precipitațiilor este de circa 230 TWh/an, potențialul teoretic al apelor de scurgere de aproximativ 90 TWh/an, iar potențialul teoretic liniar al
cursurilor de apă este de 70 TWh/an.
Potențialul teoretic mediu al râurilor țării, inclusiv partea ce revine României din
potențialul Dunării, se ridică la 70 TWh/an, din care potențialul tehnic amenajabil reprez intă
40 TWh/an (2/3 dat de râurile interioare și 1/3 de Dunăre). Ca și în cazul aplicațiilor eoliene, potențialul hidroenergetic tehnic amenajabil este mai mic decât cel teoretic și în acest sens estimăm o valoare de cca. 1 100 MW și o producție de 3.600 G Wh/an.

1.4 Energia geotermică

Fig.1.4 Hidrocentrala Porțile de Fier

I.4 Energia geotermală
Centralele geotermale au ca scop unic captarea energiei geotermale emisă de Pamant.
Principiul de funcționare este simplu: se injectează prin crăpatur i apa sub presiune la cațiva
kilometri adâncime, în zonele calde ale scoarței terestre, apa iese pe altă parte încalzită sub forma de aburi, care sunt apoi transformați în electricitate. Ciclul se reia prin pomparea apei acum racite.
Printre dezavantajele centralelor geotermale se numară creșterea instabilității solului
din zonă, putând fi cauzate chiar și cutremure de intensitate redusă. În plus, zonele cu activitate geotermală se răcesc după câteva decenii de utilizare, deci nu se poate vorbi de o sursă infinită
de energie, dar cu siguranță avem de- a face cu surse regenerabile. O explicație pentru răcirea
zonelor cu activitate geotermală ar fi și faptul că centrala geotermală instalată este prea mare pentru capacitatea de încalzire a zonei respective.
Printre avantajele centralelor geotermale se numară faptul că energia rezultată este
curată pentru mediul înconjurător și regenerabilă. În plus centralele geotermale nu sunt afectare de condițiile meteorologice și ciclul noapte/zi.
Pe teritoriul României, un număr de peste 200 foraje pentru hidrocarburi au întâlnit la
adâncimi situate între 800 și 3500 m, resurse geotermale de joasă și medie entalpie (40 -120°
C). Exploatarea experimentală a circa 100 de foraje în cursul ultimilor 25 ani a permis
realizarea unor evaluări a potențialului energetic al acestui tip de resursă.

7
Utilizarea enegiei geotermice extrase este folosită în proporție de 37% pentru încălzire,
30% pentru agricultură (sere), 23% în procese industriale, 7% în alte scopuri.
Dintr -un număr de 1 4 sonde geotermale săpate în intervalul 1995- 2000 la adâncimi de 1500-
3000 m, numai două sonde au fost neproductive, înregistrandu- se o rată de succes de 86%.

Fig.1.5 Harta potențialului geotermal al României
I.5 Energia biomasei
Termenul de bio -combustibil se referă la o gamă de combustibili ce include lemnul
provenit din culturi bio, reziduri agricole și silvicole, bio -dieselul, etanolul și metanolul și
biogaz din procesele anaerobe de digestie.
Bioenergia poate proveni din:
 Copaci și culturi fie c rescute în mod special pentru conținutul lor energetic fie rezultate
din alte activitati (de exemplu: rezidurile lemnoase rezultate din curățarea pădurilor);
 Biomasa din rezidurile rezultate din activitati industriale, comerciale, agricole și
domestice ( de exemplu: bălegarul, grasimea animală și gunoiul solid). Două tipuri de
tehnologii ce pot fi utilizate pentru a genera bioenergie sunt boilerele și instalațiile de
cogenerare pe bază de biomasă.
Bioenergia poate fi utilizată în diferite scopuri:
 Energia provenind din masa lemnoasă – energia din granule sau reziduri lemnoase este
utilizată în special pentru generarea de electricitate sau pentru încalzire la nivel
industrial sau comercial.
 Biocombustibilul – energia provenită din substrate vegetale sau ani male (adeseori
amestecată cu petrol sau diesel) este utilizată pentru încalzire sau în transporturi (de exemplu: bioetanolul utilizat la vehiculele comerciale).
 Biogazul – de regulă metanolul, eliberat de biomasă utilizată pentru a genera energie
(de exemp lu: metanul din gunoiul de grajd provenit de la porci necesar pentru a genera
electricitate într -o ferma).
Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deșeurilor și reziduurilor din
agricultură, inclusiv substanțele vegetale și animale, silvicultură ș i industriile conexe, precum
și partea biodegradabilă a deșeurilor industriale și urbane.
Din punct de vedere al potențialului energetic al biomasei, teritoriul României a fost
împărțit în opt regiuni și anume: Delta Dunării – rezervație a biosferei; Dobro gea; Moldova;

8
Munții Carpați (Estici, Sudici, Apuseni); Platoul Transilvaniei; Câmpia de Vest; Subcarpații;
Câmpia de Sud.
Cele mai bogate județe, în resurse forestiere sunt următoarele:
Tabel 1 .1 : Dimensiunea resurselor forestiere în România
Suceava 647 mii mc
Harghita 206 mii mc
Neamț 175 mii mc
Bacău 132 mii mc
Constanța 10 mii mc
Teleorman 10 mii mc
Galați 10 mii mc

I.6 Energia eoliană
Introducere
Energia este indispensabilă vieții pe Pământ. Ea există pretutindeni și reprezintă cauza
producerii unor numeroase fenomene: mișcare, lumina, sunet, căldură etc. Există mai multe forme de energie, dar aproape întreagă energie de pe Pământ provine direct sau indirect de la Soare. Energia eoliană nu face nici ea excepție de cele spus anterior deoarece vânturile sunt
formate din cauză că soarele nu încălzește Pământul uniform, fapt care creează mișcari de aer. Mișcarea maselor de aer se formează datorită temperaturilor diferite a două puncte de pe glob, având direcția de la pun ctul cald spre cel rece.
Energia eoliană este una din cele mai vechi surse de energie nepoluanta ,este energia
conținută de forța vântului ce bate pe suprafața pământului și este o sursă de energie reînnoibilă, deci face parte din grupa de „energie verde”. Alte forme de energie verde sunt: energia solară,
energia hidraulică, energia mareelor, energia potențială osmotică, energia geotermală, energia derivată din biomasă.
Am ales să vorbesc despre energia eoliană deoarece această este acum un jucător
importan t pe piețele de energie din lume. Piață instalațiilor de turbine a fost evaluată în 2009
la valoare de aproximativ 45 miliarde € sau 63 miliarde de dolari SUA și GWEC estimează că aproximativ o jumătate de milion de oameni sunt acum angajați în industria eoliană din întreaga
lume.
Un alt motiv pentru care am ales această tema este preocuparea mea pentru starea
mediului înconjurător. Energia eoliană este energie regenerabilă cea mai folosită la nivel mondial și prin folosirea ei în detrimentul altor surse d e energie se evita degajarea unor cantități
impresionante de dioxid de carbon și se evita consumul de produse petroliere. ONU apreciază în raportul numit 'Economia ecosistemului și a biodiversității' din 2010 că pagubele anuale al
distrugerii mediului înco njurător sunt mai mari decât cele ale crizei financiare globale. În raport
se estimează că distrugerea pădurilor, pășunilor, mlaștinilor și a ecosistemului marin ne costă între 2.000 și 4.500 de miliarde de dolari pe an.

9
I.6.1 Scurt istoric
Puterea vantul ui a fost folosita pentru prima data de egipteni in jurul anului 5000 i.e.n,
pentru propulsarea barcilor cu panza. Exista referinte istorice despre o moara de vant
rudimentarafolosita in primul secol e.n dar prima moara de vant practica a aparut in sec. al VII-
lea in Afganistan. Aceste mori de vant erau folosite pentru macinarea porumbului si a graului
si pentru a trage apa. In Europa, morile de vant au aparut ceva mai tarziu in sec. al XI -lea.
Turbinele eoliene curente functioneaza pe acelasi principiu ca si morile de vant din
antichitate: palele unei elice aduna energia kinetica a vantului pe care o transforma in
electricitate prin intermediul unui generator.
Valorificarea energie eoliene a crescut in anii ’70, odata cu prima criza mondiala a
petrolului si apoi in anii ’90 din cauza ingrijorarilor generate de impactul asupra mediului a
poluarii generate de combustibilii fosili .
Primul parc eolian din lume a fost construit in 1980, in sudul statului New Hampshire,
SUA.

I.6.2 Principiul de funcționare
Energia eoliană este generată prin transferul energiei vântului unei turbine eoliene.
Vânturile se formează datorită încălzirii neuniforme a suprafeței Pământului de către energia
radiată de Soare care ajunge la suprafața planetei noastre. Această încălzire variabilă a
straturilor de aer produce zone de aer de densități diferite, fapt care creează diferite mișcări ale
aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosită la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt
capabile de a genera electricitate .
I.6.3 Componentele unei turbine
Cea mai simpla turbina eoliana consta in trei parti importante:
• Palele rotorului – Palele capteaza energia vantului si si o transmit rotorului.
• Axa rotorului – Axa face legatura dintre rotor si generator, astfel transmitand energia
mecanica rotativa de la rotor la generatorul electric.
• Generator – Un generator este un dispozitiv simplu care foloseste proprietatile
inductiei electromagnetice pentru a produce curent electric.
Majoritatea turbinelor eoliene sunt insa mai complexe.
Pe langa cele trei parti importante, o turbina mai are urmatoarele componente:
• Nacela – Carcasa care tine:
o cutie de viteze – creste viteza de rotatie dintre rotor si generator
o generator – genereaza energia electrica
o mecanism de ajustare a pozitiei – turbinele cu axa orizontala au nevoie de a fi aliniate
cu directia vantului, din acest motiv au nevoie de un mecanism automat de ajustare a pozitiei.
Acest mecanism este in general alcatuit din motoare elect rice care rotesc intregul rotor spre
stanga sau spre dreapta.
o senzori si controalare electronice – sisteme de control ale mecanismului de ajustare a
pozitie, senzori de viteza, sisteme de siguranta si de monotorizare

10
o frana mecanica – in momentele cand vant ul are viteza foarte mare, se poate defecta
generatorul sau energia produsa poate supraincarca echipamentele, din acest motiv se foloseste
un sistem de franare, pentru mentinerea rotorului la viteza sigura. Frana mai este folosita si in cazul defectarii un ui echipament.
• Turn – Cu ajutorul unui turn, componentele turbinei sunt pozitionate la o inaltime
optima pentru viteza vantului. Spatiul ocupat este mic in acest caz, majoritatea componentelor find asezate deasupra turnului.

La multe turbine cu axa orizon tala moderne, palele rotorului pot fi rotite in functie de
viteza vantului pentru a se mentine viteza rotorului optima.
Turnurile turbinelor eoliene sunt in cea mai mare parte tubulare și fabricate din oțel.
Palele rotorului turbinei sunt executate din fibra de sticla armata cu poliester sau epoxi -lemn.
I.6.4 Tipuri de turbine eoliene
I.6.4.1 Turbine cu axa verticală
La acest tip de turbine axa este verticala, generatorul si toate componentele mai
sofisticate find plasate la baza, usurand astfel instalarea si mentenanta. In loc de turn acest tip de turbine folosesc fire de sustinere, rotorul find pozitionat aproape de paman t.

Fig.1.7 Tipuri de turbine cu ax vertical(a,b),exemple de turbine cu ax orizontal (c,d)
Aceste turbine sunt tot timpul aliniate cu directia vantului astfel nu este necesara nici o
adjustare in cazul in care vantul isi schimba directia; dar pozition area lor aproape de sol unde

11
viteza vantului este mai redusa, le scade eficenta. Deasemenea un dezavantaj este si faptul ca
acest tip de turbine nu pornesc singure, majoritatea folosind generatorul pe post de motor pentru a porni.
In prezent sunt in dezvol tare cateva tipuri de turbine verticale care sunt mult mai
eficente.
Principalele tipuri sunt: Darrieus , H-rotor, Lenz si Savonius .

I.6.4.2 Turbine cu axa orizontala
Rotorul si generatorul de curent sunt p ozitionate in varful turnului si trebuie aliniate pe
directia vantului . Pentru acesta majoritatea folosesc senzori si servomotoare pentru a se alinia
pe directia vantului. Cele mai multe turbinelor cu axa orizontala au si o cutie de viteze care
transforma miscarea de rotatie lenta a palelor intr -una mai rapida, necesara pentru a creste
eficienta generatorului de curent.
Rotorul turbinei poate fi plasat in fata sau spatele turnului. La turbinele cu rotorul in
fata palele sunt departate de turn si usor inclin ate. Deasemele palele sunt si rezistente pentru a
nu fi indoite si impinse in turn. Turbinele cu rotorul in spatele turnului au avantajul ca palele elicei se pot indoi, reducand suprafata ce se opune vantului la viteze mari, iar datorita contructiei, orien tarea pe directia vantului se face automat.
Datorita turbulente aerodinamice din spatele turnului la majoritatea turbinelor cu axa
orizontala rotorul turbinei este pozitionat in fata.
Turbinele eoliene variază în dimensiune. Această diagramă descrie o vari etate de
dimensiuni ale turbinei de -a lungul istoriei cat și cantitatea de electricitate pe care sunt capabile
să o genereze fiecare (capacitate de turbina sau puterea de rating).

I.6.5 Factorii care influenteaza performanta turbinei eoliene
Cel mai important factor este locatia turbinei eoliene. Puterea disponibila de la vânt este
o funcție de cub la vit eza vântului. Prin urmare, o dublare a vitezei vântului oferă de opt ori
puterea turbinei. Toate celelalte lucruri fiind egale, o turbina dintr -o locatie cu o viteza medie
a vântului de 5 metri pe secundă (m/s) va produce energie aproape de doua ori mai mu lt ca o
turbina dintr -o locație în cazul în care media vântului este de 4 m/s.
În al doilea rând este disponibilitatea de acces echipamente. Aceasta este capacitatea de
a opera service si mententanta atunci cand vantul bate cu putere – este un indiciu a fiabilității
turbinei. Aceasta disponibilitate este de obicei la peste 98% pentru turbinele eoliene moderne. Ultimul factor este aranjamentul turbinei. Turbinele din fermele eoliene trebuie să fie
atent aranjate pentru a obține maximum de energie din v ant – aceasta înseamnă că acestea ar
trebui să se obtureze reciproc cât mai puțin posibil de la viteza si traseul vântului.

12
I.6.5.1 Cent ralele eoliene marine
Centralele eoliene marine sunt o solutie noua pentru zone dens populate in Europa, unde
exista spatiu limitat asupra terenurilor si in zone relativ mari de offshore cu apa putin adanca.
Fig.1.9 Central ă offshore
Turbinele eoliene pot fi amplasate in larg, unde vantul bate mai tare decat pe uscat.
Sunt multi oameni care din motive de estetica si d e aspect considera ca turbinele eoliene
ar trebui sa se puna toate offshore, departe in larg. Onshore (pe uscat) in schimb fermele eoliene
pot oferi dezvoltarea economica mai semnificativa sub forma veniturilor fiscale in comunitatile
rurale si a chiriei p laite catre agricultori. Fermele eoliene de uscat pot face, prin urmare, o
contributie semnificativa la reducerea si inversarea declinului socio -economic din anumite
comunitati rurale defavorizate de exemplu.
Proiectele majore de ferme eoliene sunt propu se in zonele cu apa putin adanca. Acolo
unde exista totusi potential de vant dar adancimea creste, vor creste de obicei proportional si costurile de fundatie cat si datorate inaltimii valurilor. Costul de conectare cu liniile electrice de utilitati creste de asemenea rapid datorita distantei fata de mal.
Totusi exista avantaje pentru amplasarea fermelor eoliene in larg. Viteza vantului tinde
sa fie mai mare si vantul este stabil. Aceasta inseamna ca turbinele construite in larg ar trebui sa capteze mai m ulta energia eoliana. Exista speranta ca multe dintre problemele tehnice vor fi
rezolvate si ca, in viitor, fermele eoliene offshore vor fi construite mult mai departe in larg, poate chiar pe platforme plutitoare pe mare.

I.6.6 Evoluț ia energiei eoliene pe plan mondial
Dezvoltarea industiriei energiei eoliene continua sa se dezvolte in ciuda problemelor
economice. Așteptările pentru 2009 au fost cumplite pentru toate sectoarele industriei, și
eoliană nu a făcut excepție. Atât economice și cu atât mai m ult criza financiară a lovit sectorul
tare, și chiar GWEC a prognoza o creștere de 12,5% pe piața anuală părea exagerat de optimiste pentru mulți în martie 2009.

13
Defapt, piața a crescut in 2009 cu un uluitor 41,5% față de 2008. Mai mult de 38 GW
de noi c apacități de energie eoliană a fost instalat în întreaga lume în 2009, aducând capacitate
totală instalată de până la 158.5 GW. Aceasta reprezintă o creștere de la an la an de 31,7%. O
treime din aceste adăugiri au fost făcute în China, care a dublat capac itatea sa instalata încă o
data.
Fig. 1.10 Harta v ânturilor pe plan mondial
Producția de energie eoliana s -a dublat în ultimii trei ani, asfel incat energia eoliana
asigura aproximativ 2% din consumul de energiei electrice la nivel mondial .
Mai multe țări au atins un nivel relativ ridicat de penetrare a energiei eoliene (cu mari
subvenții guvernamentale), cum ar fi 20% din producția de energie electrică staționare în
Danemarca, 14% în Irlanda și Portugalia, 11% în Spania, și 8% în Germania, în 2009. In lu na
mai 2009, 80 de țări din întreaga lume folosesc energia eoliană pe o bază comercială.
Grafic 1 .1 – Evolutia capacitatii instalate pentru energia eoliana in perioada 1996 -2009

Din 1996 si pana in 2009 observam o dezvoltarea exponentiala in domeniu. Cr esterea cea mai
spectaculoasa a fost inregistrata in perioada 2000 -2009. Daca in 2000, la nivel mondial se produceau
doar 20 GW, in 2009 productia a crescut de 8 ori, ajungand la valoarea de 160 GW.

14
Grafic 1.2 – Capacitatea instalata anul in perioada 2 003-2009 pe regiuni

Principalele regiuni care genereaza crestrea pietei mondiale sunt in continuare Asia,
America de Nord si Europa, fiecare dintre ele intaland mai mult de 10 GW in capacitati noi in
2009.
Regiunea cu cea mai indelungata traditie in d omeniul eolian este Europa, care a
inregistrat cresteri constante in capacitatea de productie. Evolutii surpriza au avut loc in
perioada 2007- 2009 in America de Nord si in Asia. In regiuni precum America latina, Africa
si Pacific cresterile capacitatilor d e productie in cazul centralelelor eoliene sunt nesemnificative
desi zonele au un potential foarte bun pentru viteza vantului. Potrivit datelor din tabelul 1. 1, in anul 2000, China era un jucator mic pe piata energiei
eoliene dar in numai 10 ani a reusit sa isi mareasca capacitatea de productie de aproape 75 de
ori, dublandu- si aproape capacitatea de la un an la altul in perioada 2004 -2009.

Tabel 1.2- Evolutia capacitatii instalate in China

Crestere pe piata energiei eoliene din China, a încurajat pr oducția internă de turbine
eoliene și componente, precum și industria prelucrătoare din China care devine din ce în ce mai
matura, integrand întregul lanț de aprovizionare.

I.6.7 Energia eolian ă in Uniunea Europeană
Energia eoliană a avut cea mai mare creștere din rândul energiilor regenerabile in
Europa. Europa, care a fost în mod tradițional cea mai mare piață din lume pentru dezvoltarea
energiei eoliene, a continuat să vadă o creștere puternică, de asemenea, peste așteptările. Încă
o dată, energia eoliană a fost instalat mai mult decât orice altă tehnologie altă putere,
reprezentând 39% din capacitatea totală de noua generatie. Luate împreună, tehnologii de
energie regenerabilă a reprezentat 61% din capacitatea de generare de energie noi în 2009.
Potrivit graficului 1. 5, in perioada mentionata, capacitatea eoliana a crescut cu 55,267
GW insemnand 29,8% din cresterea de noi capacitati electrice din UE. Comisia Europeana

15
pentru Energie si -a propus sa creasca ponderea energiilor regenerabile (eoliana, hidroelectrica
si pe baza de biogaz) si sa micsoreze ponderea surselor de energie poluante cum ar fi energia
nucleara sau energia pe baza de carbune si pet rol, pe de o parte pentru a micș ora costu rile de
producț ie, și pe de altă parte pentru a avea un mediu mai sănătos cu mai puț ine emisii de dioxid
de carbon.
Grafic 1.5 : Creșterea/descreșterea în utilizarea tehnologiilor de generare a curentului electric
2000- 2008

Grafic 1.8 : Necesarul capacit ății energiei eoliene conform Comisiei Europene
EWEA a facut doua previziuni pentru 2020 in legatura cu capacitatea instalatade energie
eoliana in Uniunea Europeana. In cazul optimist, UE va produce in 2020 265 GW din
expoatarea centraleleor eoliene (din care 210 GW pe tarm si 55 GW in larg) cu o rata anuala
de crestere de 16,672 GW. In cazul pesimist s -ar produce 230 GW din energie eoliana (din care
190 GW pe tarm si 40GW in larg) cu o rata anuala de crestere d e 13,755 GW. Se apreciaza ca
asfel se vor evita degajarea a 330 Mt 𝐶𝐶𝐶𝐶2 anual si ca energie eoliana va asigura intre 14 -20%
din cererea de curent electric din UE.

16
Comisia Europeana si -a stabilit tintele pentru cresterea capacitatii de productie a
energiei eoliene. EWEA doreste ca pana in 2030 capacitatea totala instalata de energie eoliana
in UE sa fie de 400 GW (din care 250 pe tarm si 150 pe mare) si sa asigure circa 34% din
consumul de curent electric iar pana in 2050 capacitatea totala instalata de energie eoliana in
UE sa fie de 600 GW (din care 250 pe tarm si 350 pe mare) si sa asigure circa 50% din consumul
de curent electric.
I.6.7 .8 Energia eoliană în România
Cu toate că resursele eoliene ale Româ niei sunt bune, vezi harta de mai jos, SEN
(Sistemul Energetic Național) ridică multe probleme de ordin tehnic î n dezvoltarea domeniului.
Pentru rezolvarea acestor probleme, este necesară realizarea unor stu dii energetice serioase pe
scară largă, precum și realizarea unor investiții în î nnoirea și dezvoltarea SEN.
Fig.1.10 Distribuția vitezei medii anuale a vântului pentru altitudinea de 50 m

Instalarea unui numă r considerabil de turbine eol iene, uni form distribuite pe cuprinsul
țării, precum ș i utilizarea altor surse alternative de energie, va asigura României independența
față de impo rturile de combustibili scumpi și poluanț i, precum și o garanție a păstrării unui
mediu ambiant curat și săn ătos.
În Româ nia an ului 2008, capacitatea instalată pentru energia eoliană era de doar 10
MW. Î n previziunea EWEA pentru 2020, Româ nia va putea produce intre 3 si 3,5 GW din
energia eoliană.

17
Producția de curent electric din energie eoliană de la nivelul a nului 2008 nu acoperea
nici 1% din cererea de energie electrică la nivel de țară, dar se estimează că până în 2020,
centralele eoliene vor asigura între 7,7% și 8,9% din cererea de curent electric din România.
Zona cea mai valorificată în prezent este Dobr ogea, cu mai multe proiecte de anvergură
începute în zona. Există intrigi legate de amplasare fermelor eoliene din Dogrogea care se intersectează cu ruta de migrație a multor păsări înspre Delta Dumarii dar investitori și chiar statul Român dau asigurări c ă s-au făcut studii de impact ale mediului și că păsările nu vor fi
afectate de noile parcuri eoliene din zona.
Partea de sud a Moldovei reprezintă a două regiune, după Dobrogea, în ceea ce privește
potențialul pentru producerea energiei eoliene. Potențial ul din județul Galați echivalează cu
energia electrică produsă de două unități de la centrală nucleară Cernavodă.În ultimii patru ani, aici au apărut mai mult de 20 de proiecte de parcuri de mori de vânt, însă totul se desfosoara
doar pe hârtie. Cele mai i mportante proiecte anunțate pentru Galați sunt cele de la Beresti –
Meria, Frumusita, Corod și Miciseni. Alte parcuri dar de dimensiuni mai mici vor fi construite în toată țară (Brăila, Călărași, Hunedoara, Vaslui, Bihor etc).
Nouă lege a energiei regenerabi le încurajează investițiile în acest domeniu. Nouă lege
a energiei regenerabile Legea 139/2010, reprezentând o variantă modificată a Legii 220 din 2008, a fost promulgată în iulie 2010.
Directiva europeană privind promovarea resurselor regenerabile de ener gie stabilește o
țintă de 20% pentru ponderea energiei nepoluante în consumul total de electricitate din anul
2020 la nivel comunitar. România și -a luat însă angajamentul de a ajunge la o pondere de 24%.
Această în condițiile în care, în 2005, hidrocentral ele și biomasă folosită în mediul rural
produceau deja energie nepoluantă care înseamna 17% din consum.

I.6.8 Evoluț ia pieței energiei eoliene î n perioada 2010- 2014 la nivel mondial
Grafic 1.9 : Evoluția pieței energiei eoliene î n perioada 2010- 2014 la nivel mondial

I.6.9 Avantajele energiei eoliene
În contextul actual, caracterizat de creșterea alarmantă a poluării cauzate de producerea
energiei din arderea combustibil ilor fosili , devine din ce în ce mai importantă reducerea

18
dependenței de acești combustibili. Energia eoliană s -a dovedit deja a fi o soluție foarte bună
la problema energetică globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai
producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformulează și modelul de
dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele de
energie regenerabilă care se pretează aplicațiilor la scară redusă.
Principalul avan taj 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 unui
fel de deșeuri.
Costuri reduse pe unit ate de energie produsă. În ultimii 20 de ani, costul energiei
electrice provenite de la sistemele eoliene de utilitate la scară industrială a scăzut cu mai mult de 80%. La începutul anilor 1980, atunci când primele turbine industriale au fost instalate, costul energiei electrice generate de vânt se ridică la 30 de cenți pe kilowatt -ora. Acum,
centralele electrice eoliene pot genera energie electrică pentru mai puțîn de 5 cenți / kWh, cu scutiri fiscale de producție, în multe părți ale SUA, un preț care este competitiv cu noile centrale
pe cărbune sau cu centralele electrice pe gaz.
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 mari decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcțiune, la capătul perioadei n ormale de funcționare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.
Într-o fermă eoliană turbinele ocupă mai puțîn de 1% din suprafață terestră, agricultură
și drumețiile de munte pot continuă în jurul lor. Animalele de fermă, cum ar fi vacile și oile nu
sunt perturbate.
Curățarea mediului. În Europa 65 gigawati (GW) de energie eoliană instalați până la
sfârșitul anului 2008 vor evita anual 108 milioane de tone de CO ² – echivalentul a peste 50 de
milioane de automobile de pe șosele. Acest lucru se tr aduce într -o creștere anuală de evitare de
eliberare în atmosfera de CO ² cu un cost de aproximativ 2,4 miliarde de euro.

I.6.10 Dezavantajele energiei eoliene
Principalele dezavantaje sunt resursa energetică relativ limitată, inconstan ța datorită
variației vitezei vântului, termenul lung de amortizare al investitiei precum și numărului redus
de amplasamente posibile. Puține locuri pe Pământ oferă posibilitatea pro ducerii 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.
Alt dezavantaj il reprezin ta uzura si costurile de intretinere. Acestea s -au micsorat insa
mult in ultimii ani. In general, in majoritatea cazurilor se realizeaza doua revizii anuale de verificare si intretinere, iar la intervale de 2 -3 ani, in functie de locatie si specificatiile
producatorului este necesara schimbarea uleiului si lichidului de racire.
Un alt dezavantaj este și "poluarea vizuală" – adică, au o apariție neplăcută – și de
asemenea produc "poluare sonoră" (sunt prea gălăgioase). De asemenea, se afirmă că turbinele

19
afectează mediul și ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări și necesitând terenuri mari
virane pentru instalarea lor. Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt
au o apariție atractivă stilizată, că mașinile omoară mai multe păsări pe an decât turbinele și că
alte surse de energie, precum generarea de electricitate folosind cărbunele, sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu, deoarece creează poluare și duc la efectul de seră.
Un alt dezavantaj este riscul mare de distrugere în cazul furtu nilor, dacă viteza vântului
depășește limitele admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca ea să fie depășită.
Parcurile eoliene, mai ales cele mari, pot genera turbulențe care pot afecta în mod
semnificativ temperatura aerului de la sol, susțîn cercetătorii americani. Cum turbinele sunt de
obicei amplasate pe terenurile agricole, aceste modificări de temperatura ar putea avea un efect puternic asupra productivității culturilor. Echipa de cercetători america ni susține că impactul
poate fi redus prin modificarea rotorului, o strategie destul de costisitoare dar, spun specialiștii, "proiectarea de noi rotoare care generează mai puține turbulențe crește productivitatea parcurilor eoliene". O a două opțiune ar fi că parcurile să fie amplasate în zone cu un grad de
turbulențe mărit.

I.7 Vântul
Circulația atmosferei implică deplasări ale maselor de aer pe distanțe mari, sub directă
influențe a nucleelor barice permanente. Ea suferă și modificări determinate de neom ogenitatea
reliefului, de repartiția diferită a suprafețelor de uscat și apă, de mișcarea de rotație etc.
Vântul reprezintă cea mai frecventă formă de mișcare a aerului în plan orizontal îîn
condițiile în care atmosfera este alcatuită din volu me de aer cu caracteristici diferite din punct
de vedere termic și că presiune, existând permanent tendința spre echilibrare prin deplasări ale aerului pe verticală sau pe orizontală).
Intensitatea și durata vântului depind de diferența de presiune existentă între două puncte extreme; deplasarea aerului că vânt se face de la presiune atmosferică mare spre cea mică; mișcarea se face pe această direcție, care suferă modificări însă din cauza mișcării de rotație (forța Coriolis), ce impune abateri spre dreapta în emisfera nordică și spre stânga în cea
sudică; forța de frecare a maselor de aer cu suprafața terestră determină micșorarea vitezei cât și local, modificarea direcției de propagare.

I.7.1 Caracteristicile vântului
a. Viteza
– se măsoară instrumental cu ajutorul giruetelor, anemometrelor, anemografelor
– se exprimă în m/s sau km/h (raportul este de 1m/s = 3,6 km/h sau 1 km/h = 0,28 m/s)
– este mică la contactul cu solul (datorită frecarii) și creste cu altitudinea (la 25 -30 m este dublă
față de valoarea la sol)
– suferă o variație diurnă (ex. regiunile temperate: maxim la amiază, minim în a 2 -a parte a
nopții) și o variație anuală (în funcție de zona de climă și caracteristicile regionale)
b. Direcția

20
– se stabilește prin raportarea sen sului mișcarii la punctele cardinale si intercardinale – se
determină cu ajutorul giruetei
– în stratul inferior al troposferei, depinde de condițiile locale ale reliefului (ex. o vale adâncă
concentrează mase de aer în deplasare).
c. Durata
– situațiile de calm sunt puține, întrucât diferențele de presiune impun deplasări ale aerului cu
viteze diferite.
– este raportată la direcție și la viteză.
d. Intensitatea (tăria)
– se apreciază prin valori de pe scara Beaufort (13 la numar), în care cel mai mic (0) corespunde
stării de calm atmosferic, iar 13 furtunilor în care viteza depaseste 50m/s
e. Structura
– se apreciează în funcție de caracteristicile principalilor parametri: viteză și direcție.

Tab. : Trepte si tipuri de vânt
Forță
bf Descriere Viteza ,
în
noduri Viteza
în
km/h Starea mării Pe pământ
0 Calm sub 1 sub 1 Marea e ca oglinda FumuL se înalță vertical.
Frunzele nu se mișcă.
1 Adiere
ușoară 1 – 3 1 – 5 Unde care seamănă cu
siajul peștilor , fără
spumă. Fumul indică direcția
vântului. Unele fr unze
tremură. Girueta nu se
orientează după vânt.
2 Briză ușoară 4 – 6 6 – 11 Unde care nu se sparg. Se simte adierea pe față.
Girueta începe să se
orienteze. Frunzele foșnesc
din când în când. Pavilionul
și flamura încep să fluture
ușor.
3 Vânt slab 7 – 10 12 – 19 Valuri foarte mici.
Crestele cu aspect
sticlos, care încep să se
spargă. Drapelele fâlfâie. Frunzele
se mișcă continuu. Grânele
încep să se clatine.
4 Vânt
moderat 11 – 15 20 – 28 Valuri mici (max.
1,5m), cu creste care se
rostogolesc, formând pe
alocuri "berbeci". Se ridică praful. Rămurelele
se mișcă vizibil. Grânele se
ondulează. Flamura se
întinde, luând o poziție
orizontală.

21
5 Vânt tare 16 – 20 29 – 38 Valuri mijlocii (1,8 – 2,5
m), cu creste care se
sparg, eventual cu
împroșcări. Arborii mici se leagănă.
Vârful tuturor arborilor se
mișcă.
6 Vânt foarte
tare 21 – 26 39 – 49 Valuri mari, cu creste
care se sparg și
împroașcă. Se aude șuieratul vântului.
Folosirea unei umbrele
devine dificilă. Sârmele
telegrafice șuieră.
7 Vânt
puternic 27 – 33 50 – 61 Valuri mari (până
aproape de 4 m), marea
e plină de spumă. Toți arborii se mișcă. E greu
de înaintat împotriva
vântului.
8 Vânt foarte
puternic 34 – 40 62 – 74 Valuri mari (6 -7,5m),
cu creastă arcuită. Unele ramuri se rup.
Autovehiculele își p ierd
direcția.
9 Furtună 41 – 47 75 – 88 Valuri cu înălțimea de
10m m, care se
răstoarnă. Clădirile ușoare sunt
afectate.
10 Furtună
puternică 48 – 55 89 –
102 Valuri foarte înalte
(max. 12 m) și violente.
Suprafața mării este
albă și frâmântată.
Vizibilitatea este
redusă. Copacii sunt scoși din
rădăcină. Clădirile sunt
afectate.
11 Furtună
violentă
(tempestă) 56 – 63 103 –
117 Valuri excepțional de
înalte (16 m). Navele de
tonaj mic și mediu pot fi
ascunse de valuri
Vizibilitatea este
redusă. Clădirile sunt puternic
afectate.
12 Uragan peste 64 peste
118 Valuri imense. Aerul e
plin de spumă și apă.
Vizibilitatea este foarte
redusă. Clădirile sunt distruse pe
scară mare.
I.8 Parametrii de calcul al aerului
I.8.1 Puterea vântului
Puterea v ântului care trece perpendicular printr -o suprafa ță circular ă este:
𝑃𝑃=𝜌𝜌∗𝑣𝑣3∗π∗r
2
unde :

22
P – puterea vântului [W] (Watt).
ρ- densitatea aerului uscat 1.225 [Kg/ 𝑚𝑚3] (măsurat ă la presiunea atmosferică ș i la temperatura
de 15˚ C)
v- viteza vântului [m/s]
r- raza specifică rotorului [m]
Formula arat ă că putere (P) a vântului masurat ă în Watt [W], depinde strict de cubul vitezei (v)
a vântului masurat ă în metri pe secund ă [m/s].
Pe de alt ă parte , coeficientul puterii descrie acea fracț iune a puterii vântului care poate fi
convertit ă de turbin ă în lucru mecanic. Valoarea teoretică maximă este de 0.593, numit
coeficientul lui Betz, dar în practică avem valori mult mai sc ăzute.
I.8.2 Densitatea de aer
Vânturile se formează datorit ă încălzirii neuniforme a suprafe ței Pămâ ntului de c ătre
energia radiat ă de Soare care ajunge la suprafaț a planetei noastre. Aceast ă încălzire variabilă a
straturilor de aer, produce zone de aer de densit ăți diferite, fapt care creează diferite mi șcări ale
aerului. Energia cinetică a vântului poate fi folosit ă la antrenarea elicelor turbinelor, care sunt
capabile de a genera electricitate. Energia vântului de asemenea este supus ă schimb ărilor
sezoniere ale timpului.
Energia cinetic ă a unui corp în mi șcare este propor țional ă cu masa sau greutatea
corpului. Energia cinetică în direc ția vântului depinde de densitatea de aer, care reprezint ă masa
pe unitatea de volum. Altfel spus, cu cât aerul este mai “greu”, cu atât turbina va primii mai
multă energie. La presiune atmosferic ă normal ă și temperatur ă de 150˚ C greutatea aerului este
aproximativ de 1,225 Kg/ 𝑚𝑚3, dar densitatea scade semnificativ odat ă cu creș terea umidit ății.
De asemenea, aerul rece este mai dens decât cel cald. La altitudini mari, presiunea atmosferic ă
este mai mic ă și aerul este mai pu țin dens.
Energia cinetică (Ec) a uni corp cu masa (m) ș i viteza (v) este:
𝐸𝐸𝐸𝐸=𝑚𝑚∗𝑣𝑣2
2
Energia cinetică a vântului, ca form ă de energie primar ă care se poate converti în
energie electric ă, poate fi înmagazinat ă în baterii de acumulatori, sau în energia poten țială a
apei, pompare într -un lac, sau folosirea în procesul de electroliz ă și ulterior stocat hidrogenul
ca alt ă form ă de energie. Energia cinetică a vântului poate fi captat ă și din tuneluri cu diferen țe
de în ălțime, de exemplu pu țurile fostelor exploat ări miniere, unde apare un curent de aer foarte
mare datorit ă diferen ței de presiune dintre baza ș i gura pu țului.
Pentru determinarea enrgiei cinetice a vântului vom lua o sec țiune de colectare a
particulelor de aer care trec prin planul descris de palele turbinei eoliene.
A – secțiunea transversal ă
g – grosimea
t – timpul necesar secț iunii de aer pentru a trece prin planul palelor turbinei
V – volumul sec țiunii
V = A * g
ρ – densitea aerului în aceast ă secțiune

23
ρ=𝑚𝑚
𝑣𝑣
v – viteza aerului din secțiune
g = v * t
𝐸𝐸𝐸𝐸=𝑚𝑚∗𝑣𝑣2
2
V = A * g
g = v * t
m = ρ *V
𝑃𝑃=𝜌𝜌∗𝐴𝐴∗𝑣𝑣3∗T
2
Pwr – puterea degajat ă de secț iunea de aer
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃=𝐸𝐸𝐸𝐸
𝑇𝑇=𝜌𝜌∗𝑣𝑣3∗A
2

I.8.3 Măsurarea vite zei vântului
Viteza vântului se m ăsoară de obicei folosind anemometrele. Cel mai simplu
anemometru este cel cu cup ă , care are o axă verticală și trei cupe care captează vântul. Numărul
de rotații pe minut este înregistrat electronic. De obicei , anemomet rul este echipat cu o morișcă
de vânt care detectează direcția vântului. În loc de cupe, anemometrele pot fi echipate cu elicie
, deși nu este ceva obișnuit. Alte tipuri de anemometre sunt prevăzute cu unde laser sau
Fig.1.11 Anemometru cu cupe clasic, cu pale , cu laser, industrial
ultrasonice care detectează etapa mișcării sunetului sau a luminii continue reflectată de moleculele de aer. Avantajele anemomentrelor electronice îl constituie faptul că aceastea sunt

24
mai puțin sensibile la îngheț. În practică anemometrele cu cup ă sunt folosite peste tot în special
modelele înc ălzite electric, astfel pot fi folosite ș i în zonele reci. Pentru m ăsurarea vitezei
vântului, în industria energiei eoliene calitatea anemometrelor este foarte important ă. O
calibrare s ărăcăciosă a anemometrelor provoacă eroări de mă sură de 5 – 10 %. Cea mai buna
cale pentru a m ăsura viteza vântului la o viitoare turbin ă eolian ă este potrivirea anemometrului
în vârful unui stâlp care va avea acea și înălțime cu în ălțimea turnului pe care va fi amplasat ă
turbina. În acest fel se evit ă eroările de recalculare la diferite în ălțimi.
I.8.4 Turbulenț ele
Turbulen țele se refer ă la fluctua țiile vitezei vântului pe o scal ă relativ ă în timp, tipic
mai pu țin
de 10 min. Cauzele generale care le cauzează sunt: divergen țele cu suprafa ța pamântului ș i
efectele termice cauzate de miscarea vertical ă a aerului. Intensitatea turbulen țelor depinde clar
de rugozitatea suprafeț ei pământului și de în ălțimea suprafe ței. De asemenea mai este
influen țată de comportamen tul termic al atmosferei, aerul cald este mult mai turbulent decât
aerul rece. Turbulen țele scad posibilitatea folosirii energiei vântului eficace pentru turbinele
eoliene. Turnurile pentru turbinele eoliene sunt deobicei f ăcute destul de înalte ca s ă evite
turbulen țele cauzate de denivelarile aflate la nivelul solului.
I.8.5 Obstacole
Obstacolele care pot cauza scă derea vitezei vântului semnificativ ș i creeaz ă turbulenț e
în vecin ătatea turbinei eoliene sunt: cl ădirile, copacii, formaț iuni stâncoase etc. Zo na turbulent ă
se poate extinde pân ă la de trei ori în ălțimea obstacolului. Turbulen ța este mai pronun țată în
spatele obstacolului decât în faț a lui. Energia vântului este o forma de enrgie regenerabil ă care
este competitiv ă în comparaț ie cu energia produs ă de combustibili fosili din mai multe puncte
de vedere. Ob ținută ca urmare a deplas ării unor mase de aer care pun în miscare paletele unei
turbine. În urma cercet ărilor efectuate în ultimele dou ă decenii au rezultat turbine mult mai
eficiente, mult mai sil entioase și mai sigure. Energia eoliana este folosit ă cu succes datorit ă
caracterului nepoluant al acesteia ș i posibitit ății utiliz ării acestei tehnologii ca surs ă individuală
de alimentare cu energie electrică în zonele rurale ale globului. În acelasi timp extinderea
acesteia nu a fost pe atât de larg ă pe cât s -ar fi dorit ca urmare a caracterului intermitent al
fluxului și al vitezei variabile a vântului.
Pe plan mondial, la sfâr șitul anului 2002, puterea eolian ă instalat ă era de 32.037 MW,
fiind operaț ionale aproximativ 61.500 de turbine eoliene. În Europa, din totalul de 223.832
MW instala ți, aproximativ 12.000 MW sunt instala ți în Germania ș i 5.042 MW în Spania.

25
Capitolul II. Instalații de eoliene

II.1 Istoric
Societatea umană este în continuă dezvo ltare, 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. Pe măsură ce acestea din urmă degrevau
din ce în ce mai mul te sarcini care până atunci erau îndeplinite de oame ni, prețul plătit în
termeni de energie consumată era din ce în ce mai mare. Referindu -ne strict la perioada istoriei
moderne și contemporane, până la o anumită dată, energia utilizată de mașinăriile gând ite 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.
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. 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. Vântul are marele av antaj 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. 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.
Ideea de a utiliza turbine eoliene pentru a exploata ener gia cinetică a vântului nu este
nouă. Primele mori de vânt, utilizate pentru a măcina grâul sau pentru a pompa apa, atestate
documentar în jurul anilor 500 – 900 î.Hr. au fost folosite în Pe rsia (Fig.2.1). Această mașină
a fost introdusă în Imperiul Roman în jurul anului 200 î.Hr. Aici, una din cele mai de succes
aplicații ale utilizării energiei vântului, este 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 (Fig. 2.2). Tehnologia s -a raspândit și a evoluat de- a lungul coastei mării
Mediterana, iar din anul 1270 d.Hr. avem primele ilustrații ale unei turbine eoliene cu ax
orizontal cu elice cu patru pale montată pe un pilon central. In 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 in 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 (Fig.2. 3). Atestări documentare din epoca medievală privind
folosirea morilor de vânt, pe teritoriul românesc există, de asemenea, în mai multe exemplare

26
de astfel de mașini din diverse regiuni ale țării expuse la Complexul Național Mu zeal ASTRA
din Sibiu (Fig.2.4).

Fig. 2.1 Moară de vânt persană. Secolul 2 -3 îHr. Reconstituire

Fig. 2.2 Mori de vânt în insula Creta .

Principiul de funcționare și soluția constructivă sunt neschimbate din pe rioada
Imperiului Roman .
Deși energia vântului era folosită extensiv în Europa pre- industrială, morile de vânt
putând fi numite fară indoiala „motorul electricț al acelor vremuri, apariția motorului cu aburi
și mai apoi al motorului cu ardere internă au st opat utilizarea pe scară largă a acestora. O
utilizare extensivă a mașinilor eoliene s -a produs în Statele Unite ale Americii, unde, între anii
1850 si 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 material primă necesară pentru a produce aburi în motoarele
locomotivelor (Fig.2. 5). 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 (Fig.2. 6).

27

Fig.2.3 Mori de vânt olandeze folosite în epoca industrială pentru a drena suprafețe
întinse din Delta Rinului

Fig.2.4 Mori de vânt românești expuse în cadrul Complexului National Muzeal
ASTRA din Sibiu. Fotogr afie de Andrei -Radu Captalan

Încercari diferite au fost efectuate în prima jumătate a secolului XX pentru a exploata
eficient potentialul 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
usoare, capabile sa se rotească cu viteze relativ mari (Fig.2. 7). Din aceasta cauză, multe
accidente s -au întâmplat în timpul experimentărilor, iar ideea în sine a pierdut teren în fața mult
mai fireștii utilizari a combustibililor fosili care dadeau rezultate impresionante de ceva timp.
Ideea a fost abandonată până după cel de- al doilea război mondial, cân d epoca explorărilor
spațiale aducea cu sine o dezvoltare rapidă în domeniul matarialelor noi și mai ales ușoare. Însă
nu acesta a fost factorul determinant care a generat revizuirea poziției asupra folosirii energiei
vantului.

28

Fig.2.5. Turbină american ă multipală Fig.2.6. The Brush postmill, Cleveland,
folos ită în așezări izolate în special folosită Ohaio, 1888. Prima turbină eoliana pentru a
pentru a converti energi a vântului în pompa apă
electricitate

Criza energetică mondială din anii ‘70 ai secolului trecut a condus la schimbări
importante la nivelul percepției oamenilor asupra resurselor energetice și a modului în care
acestea trebuie folosite. Deși procesul de schimbare al mentalității la nivelul intregii societăți
este unul lent, cercetări importante au fost realizate începând din acel moment asupra unor
noi tehnologii capabile să exploateze eficie nt diverse surse de energie cum ar fi cea solară,
eoliană, geotermală etc. Astfel, la începutul secolului XXI, în majoritatea statelor dezvoltate
au fost implementate, nu numai la stadiul de platformă tehnologică de cercetare, dar și pentru
exploatare econ omică, soluții inginerești ale tehnologiilor dezvoltate în acest sens după
marele șoc petrolier.
Fig.2.7. Prima turbină eoliană cu o putere instalată de 1 MW – Smith -Putnam machine
instalată în Castleton, Vermont , SUA . După o perioadă scurtă de funcționare , din cauza
solicitărilor mecanice puternice induse de forțele centrifuge, una din palel e turbinei a cedat
(dreapta).
Schimbarea de paradigmă a fost inlesnită și de factorul decizional la nivel politic care
a favorizat direcționarea de fonduri importante î n sensul cercetării și implementării

29
tehnologiilor de exploatare eficientă a resurselor de energie neconvenționale. Astfel, la nivelul
Uniunii Europene, se recomandă țărilor membre, ca până în anul 2010, să se obțină aproximativ
20% din producția de energi e electrică din surse regenerabile.
II.2 Instalații eoliene contemporane
O 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 .
Fig.2.8 Instalați i amplasate în parc eolian pe uscat (dreapta) și instalații offshore
(stânga)
Instalările se pot face pe sol, sau, din ce în ce mai mult, în largul mărilor, sub forma
unor ferme eoliene offshore , în cazul cărora prezența vântului este mai regulată. Acest tip de
instalare reduce dezavantajul sonor și ameliorează estetica.
II.3 Sisteme de conversie a energiei eoliene

Turbina eoliană este o mașină care convertește energia cinetică a vântului în en ergie
mecanică. Dacă energia mecanică este ulterior convertită în electricitate, atunci maș ina poartă
numele de generator eolian, turbină eoliană sau convertor de energie a vântului. Turbinele de
2 Kw, 3Kw sau 5 Kw reprezintă soluții pentru o gospodă rie cu consum mediu de electricitate.
Comb inate cu acumulatori puternici ș i/sau panouri fotovoltaice, acestea pot fi instalate chiar
si pentru asigurarea consumului electric al unor pensiuni turistice.

30
II.3.1 Principiu de funcționare

Fig 2.9 Principiul de funcționare a unei instalații de turbine
Fig. 2.10 Schemă simplificată a principiului de funcționare a unei instalații de turbine
Energia de origine eolian ă face parte din energiile regenerabile. Aero -generatorul
utilizează energia cinetic ă a vântului pentru a antrena arborele rotorului s ău: aceasta este
transformat ă în energie mecanic ă, și care la rândul ei este transformat ă în energie electric ă de
către generatorul cuplat mecanic la turbina eolian ă. Acest cuplaj mecanic se poate face fie
direct, dacă turbina ș i generatorul au viteze de acelaș i ordin de mă rime, fie se poate realiza prin
intermediul unui multiplicator de vitez ă. În sfâr șit, exist ă mai multe posibilit ți de a utiliza
energia electric ă produsă: fie este stocat în acumulatori, fie este distribuit prin intermediul unei
rețele electrice, fie sunt alimentate sarcini izolate. Sistemele eoliene de conversie au și pierderi.
Astfel, se poate men ționa un randament de ordinul a 59 % pentru rotorul eo lienei, 96% al
multiplicatorului. Trebuie luate în considerare, de asemenea, pierderile generatorului și ale
eventualelor sisteme de conversie.
Energie cinetica
Vânt
Energie mecanica
Rotor Energie electrica
Generator Stocare
Acumulatori

Retea de
distributie
Sarcini izolate
Ex. Sate izolate

31
II.4 Tipuri de turbine eoliene
II.4.1 Orientarea axului
Există mai multe tipuri de eoliene. Se disting însă dou ă mari familii: eoliene cu ax vertical și
eoliene cu ax orizontal . Indiferent de orientarea axului, rolul lor este de a genera un cuplu motor
pentru a antrena generatorul.
II.4.2 Eoliene cu ax orizontal
Funcționarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vânt. Cel
mai adesea, rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic, deoarece astfel
se obține un bun compromis între coeficientul de putere, cost și viteza de rotație a captorului
eolian, ca și o ameliorare a aspectului estetic, față de rotorul cu două pale.
Eolienele cu ax orizontal sunt cele mai utilizate, deoarece randamentul lor aerodinamic este superior celui al eolienelor cu ax vertical, sunt mai puțin supuse unor solicitări mecanice
importante și au un cost mai scăzut.
Există două categorii de eoliene cu ax orizontal:
Fig. Eoliană amonte(stânga), aval(dreapta)
• Amont e: vântul suflă pe fața palelor, față de direcția nacelei. Pa lele sunt rigide, iar rotorul
este orientat, cu ajutorul unui dispozitiv, după direcția vântului.
• Aval : vântul suflă pe spatele palelor, față de nacelă. Rotorul este flexibil și se auto -orientează.

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată, deoarece este mai simplă și dă cele mai
bune rezultate la puteri mari: nu are suprafețe de direcționare, eforturi le de manevrare sunt mai
reduse și are o stabilitate mai bună.

32
Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna, orientate în funcție de direcția și forța
vântului. Pentru aceasta, există dispozitive de orientare a nacelei pe direcția vântului și de
orientare a palelor, în funcție de intensitatea acestuia.

II.5 Componentele clasice ale unei eoliene cu ax orizontal
Turbina eoliană, care es te prezentată într-o forma simplificată în figura de mai jos,
este compusa în principal din:
1. Palete ( pale );
2. Generator;
3. Frâna;
4. Angrenaj;
5. Regulatoare electrice;
6. Sistem de orientare;
7. Butuc.
8. Paletele (palele) sunt realizate dintr -un amestec de fibra de sticl a si materiale
compozite. Ele au rolul de a capta energia vântului si de a o transfera rotorului turbinei. De forma lor depinde randamentul turbinei.
9. Generatorul asigura producerea energiei electrice. Transforma energia mecanica a
axului de intrare în ener gie electrica. Poate fi de curent continuu sau de curent alternativ. Cele
mai utilizate sunt cele de curent alternativ.
10. Frâna asigura blocarea turbinei eoliene pe axa vântului. Poate fi situata fie pe axul
principal, în fata angrenajului de transmisie, fie pe axul de mare viteza în spatele angrenajului
de transmisie.
11. Angrenajul transfera energia mecanica generatorului.
12. Regulatoarele electrice sunt elemente de reglare.
13. Fundatie.
Palele turbine lor eoliene se rotesc datorita miscarii maselor de aer si cu cât este mai
mare masa aerului, cu atât mai repede se rotesc palele, producând o cantitate mai mare de
energie. Un rol important în cantitatea de energie obtinuta o au si viteza vântului si supra fata
palelor.

33

Fig. Schi ța unei turbine eoliene cu ax orizontal

34
Capitolul III. Eoliene cu ax vertical

III.1 Introducere
Turbinele eoliene cu ax vertical pot capta vântul din toate direcțiile și de asemenea la
viteze mai mici decât cele cu ax orizon tal.
Se cunosc două tipuri principale distincte de turbine eoliene cu ax vertical și anume :
Tip Darrieus ș i de tip Savonius. Turbina cu rotor Darrieus a fost cercetată și dezvoltată în mod
exhaustiv de către Sandia National Laboratories în anii 1980.
Noi tipuri de turbine cu ax vertical sunt introduse pentru uz in zonele urbane sau pentru
uz casnic , cum ar fi cele de tip elicoidal , ce sunt considerate mai sigure datorită vitezei de
rotație mai scăzute si de asemenea datorită faptului ca pot capta vântu l din toate direcțiile.
Turbinele cu ax orizontal sunt de obicei mai eficiente în ceea ce privește convertirea
energiei vântului față de cele verticale. Din acest motiv ele au devenit tipul dominant pe piața energiei vântului.
Cu toate acestea turbinele cu ax vertical de dimensiuni reduse sunt mai bine direcționate
pentru zonele urbane deoarece prezintă un risc mai redus asociat vitezei de rotație a acestora.
Se poate prezice că într -un viitor unde se va atinge potențialul maxim al utilizării
combustibil ilor fosili , fiecare persoană va avea ca si echipament de producere al energiei un
tip de turbină eoliană. Ele sunt foarte bine dezvoltate și în scop de protecție a mediului putând fi amplasate în orice tip de construcție “verde” sau orice proiect futuris tic. Costul acestora va
incepe s ă scadă odată cu producerea în masă la un nivel comparativ cu cel al industriei
constructoare de automobile.
Dezvoltarea economică și numeroasele utilizări viabile ale turbinelor cu ax orizontal va
fi totuși limitată în mar e parte din cauza sarcinii foarte mari asupra palelor de dimensiuni
crescute. Este recunoscut faptul că deși sunt mai puțin eficiente , turbinele cu ax vertical , nu sunt afectate atât de mult de variația constantă a sarcinilor gravitaționale care limitează dimensiunile turbinelor cu ax orizontal.
Problema economică în dezvoltarea unei turbine cu ax vertical cu o putere de 10 MW
ce poate fi proiectată cu cel puțin acelasi nivel de disponibilitate ca și o turbină modernă cu ax orizontal, dar la un cost mai redus pe unitate de putere, nu va fi luată in calcul eficiența palelor care ar putea sa scadă de la 56% (în cazul palelor turbinelor cu ax orizontal ) până la un grad de eficiență cuprins între 19 -46%.

III.2 Componentele turbinei cu ax vertical
O turbină eoliană cu ax vertical cuprinde trei elemente principale : pale rotor, generator,
cutie de viteze. De asemenea acestor elemente putem ad ăuga turnul de fixare.
Acestor elemente sunt adă ugate bineînțeles echipamentele și componentele aferente dupa cum
se pre zintă în figura următoare.

35

Fig. 3.1 Schema componentelor unei turbine VAWT

III.3 Cele mai des întâlnite tipuri de turbine eoliene cu ax vertical
În practică, sunt utilizate 2 tipuri de turbine pentru instalațiile eoliene cu ax vertical și
alte tipuri de variante constructive , și anume:
– turbina de tip Savonius,
– turbina de tip Lenz2
– turbina de tip Darrieus
– turbina de tip H -Rotor

36

Fig. 3.2 Cele două tipuri de turbine VAWT cu variantele constructuve
a) Savonius, b) Darrieus clasic c) H -Darrieus, d) Helical Darrieus,

Pentru a determina tipul de turbină ce urmează a fi adoptată, am efectuat calculele de
dimensionare pentru fiecare dintre aceste tipuri, la diferite dimensiuni de gabarit și viteze ale
vântului, urmărindu -se obținerea puterii mecanice utile și a turației la nivelul axului turbinei.

– Modul calculeaza puterea mecanica generata la axul unei turbine eoliene:

𝑃𝑃=𝜂𝜂∗1
2∗𝜌𝜌∗𝐴𝐴∗𝑣𝑣3
unde:
– η – randamentul turbinei,
– ρ – densitatea aerului,
– A – aria turbinei,
– υ – viteza vântului.
III.3.1 Turbina de tip Savonius
Turbina de tip Savonius este o mașină cu ax vertical ce utilizează un tip de rotor ce a
fost introdus de către inginerul finlandez S. J. Savonius in 1922. In cea m ai simplă form ă ,
această formă reprezintă două cupe fixate în mod opus pe un ax . Fiecare cupă captează vântul
și astfel se produce mișcarea de rotație a axului, aducând fiecare cupă în direcția fluxului de
aer. Cupele repetă procesul obtinându -se o mișcare continuă a axului până se ajunge la o rotație
completă. Acest proces continuă cât timp există un flux de aer ce suflă asupra turbinei. Aceasta
mișcare a axului este utilizată pentru a roti un generator de dimensiuni reduse. Acest tip de
turbine sunt de asemenea folosite pentru instrumentele si echipamentele de măsura a vitezei vântu lui cum ar fi anemometrele.
Mașinile de tip Savonius moderne au evoluat în dispozitive cu pale canelate ce au o
eficiență mai ridicată și mult mai puține vibrații față de modelele vechi sub formă de cupe.
Turbina de tip Savonius utilizeaza rezistența aerului pentru a împinge palele curbate să
producă un cuplu suficient de mare pentru a produce mișcarea de rotație a rotorului. Din punct

37
de vedere aerodinamic este cel mai simplu tip de pală ceea ce duce la costuri reduse drastic
comparate cu alte tipuri de pale aerodinamice atât ale turbinelor cu ax vertical cât si orizontal.
Principiul de funcționare este extrem de simplu. Turbina se rotește datorita diferenței
forței de rezistență a aerului ce apasă pe formele concave si convexe ale părților palelor. Fi gura
următoare ilustrează acest principiu :
Fig.3.3 Principiul de funcționare a turbinei Savonius
Fig.3.4 Principiul de funcționare în cazul dotării cu mai multe pale
Aerul este prins în partea concavă și împinge turbina. Fluxul ce lovește partea convexă
opune rezistență aerului dar la o valoare mai scăzută față de partea concavă. Turbina este rotită datorita diferenței de rezistență față de vânt.
Acest lucru scade eficiența turbinei din cauza faptului că o parte din puterea fluxului de
aer utilizată în î mpingerea părți convexe a palei este ‘pierdut ă’ . Mai multe pale pot fi a dăugate
formei principale de S , principiul rămânând același după cum demonstreaza și figura
următoare :

38

Fig. 3.5 Turbina de tip Savonius , construcție

III.3.2 Turbina de tip Lenz
Toate tipurile de turbine cu ax vertical au avut ca punct de inspirație dou ă tipuri principale
și anume turbinele de tip Savonius si Darrieus.
În 2007 a fost publicat un articol legat despre un tip de turbină cu un grad de eficiență mai
ridicat cu 40% faț ă de cele de mai sus ( tip Savonius si tip Darrieus). Acest tip de turbină a fost
inventat de către Ed Lenz. Acest proiect a adus multe inovații cum ar fi combinarea principiului de funcționare a turbinei de tip Darrieus si anume portanța aerodinamică cu principiul de
funcționare a turbinei Savonius ce se bazează pe rezistența aerului.
Vârful rației de viteză a turbinei descrisă în articol se află intre 0.8 si 1.2 la viteze ale
vântului de 6.7 m/s. Asta înseamnă că turbina utilizeaza forța de portanță . Viteza de rotație a
turbinei ar trebui sa fie de aproximativ 130 r/min.

Fig.3.6 Turbina de tip Lenz2

39

Fig.3.7. Turbina de tip lenz2 , construcție

III.3.3 Turbina de tip Darrieus
Primul tip de turbina cu ax vertical aerodinamică a fost dezvoltat de către Georges
Darrieus în Franța și a fost patentat în anul 1927.
Fig.3.9 Turbina de tip Darrieus, construcție
Principul de funcționare depinde de faptul că viteza palelor este multiplul vitezei
vântului ducând la un flux aparent ce bate pe toată mișcarea de revoluție , ce suflă ca și un vânt
frontal ce este limitat doar de variații a unghiului de suflare. Acest principiu poate fi recunoscut
in cazul cicliștilor unde aceștia pot înainta mai rapid dacă exista vânt din față.
Din punctul de vedere al palelor , mișcarea de rotație a acestora generează un vânt
frontal ce se combină cu vântul existent pentru a forma fluxul aparent. Dacă unghiul de atac al acestui flux aparent ester mai mare ca zero, forța de portanță are o componentă frontală ce învârte palele tu rbinei.

40
Unghiul de atac ce variază într -o mișcare de revoluție între -20 până la +20 de grade ar
trebui să nu depășească acestă valoare din urmă încât la un unghi de valoare mai ridicată fluxul
de aer pe lângă pală nu mai este laminar , o condiție necesar ă generării forței de portanță , ceea
ce duce în continuare la creearea de turbulențe rezultând în final încetinirea sau chiar oprirea turbinei.
Fig. 3.8: Principiul de funcționare a turbinelor cu ax vertical Darrieus. Rezultanta vitezei
vântului și a flux ului de aer datorat unei rotații formeaza unghiul de atac al forței portante
asupra palelor.
Un unghi de atac cuprins între 0 și 20 de grade , necesită o viteză suficientă a palelor.
O turbină de tip Darrieus nu poate să pornească singură, aceasa având nev oie de a fi adusă la o
viteză de rotație minimă necesară de către surse exterioare. Totuși lipsa unui sistem de control pentru orientarea turbinei spre fluxul vântului compenseaza această deficiență.
Turbina Darrieus originiala suferea de câteva efecte neg ative cum ar fi vibrații
puternice care duceau până la avarierea palelor sau un nivel ridicat de zgomot și o eficiență scăzută ceea ce a dus la limitarea succesului acesteia.
III.3.4 Turbina de tip H -Rotor
De la studiul organizat in Marea Britanie în peri oada anilor 1970 – 1980 a fost stabilit
faptul că mecanismul foarte complicat utilizat în controlul palelor era inutil. Efectul de rezistență a vântului era produs de faptul că o pală ce ieșea din fluxul de aer , limita viteza vântului ce se opunea palei o puse aflate in fluxul de aer , putea sa rotească întregul sistem de
pale înainte.
Configurația de turbină cu pale drepte sau cu rotor H era astfel autoreglată la toate
nivelele de viteză a vântului atingând viteza de rotație optimă.

41

Fig.3.10 : Tipuri de turbina cu rotor H
Au existat c âteva companii comerciale producătoare de turbine cu rotor H de la
începutul anilor 1980. Dar acest tip de turbină a fost orientat catre zone nișate a pieței de turbine
mici.
Datorită valorii scăzute si previz ibile a încărcării in sarcină al palelor acestor tip de
turbine , ele sunt tipul ideal de mașină pentru aplicații de producere a energiei la scară largă. Acest potențial al utilizării lor pentru producere de ordinul Megawattilor de electricitate nu a fost insă încă exploatat. Acest lucru se datorează problemelor de design constructiv și parțial
eficienței puțin mai scăzute.
Fig.3.11. Turbina de tip H -Rotor

42
III.4.1 Principiul constructiv -funcțional al rotorului H.
Rotorul H studiat, face parte din categori a mașinilor eoliene cu incidență constanta sau
cu circulație staționară, cu pale fixe, drepte, care nu necesita mecanism de orientare în vânt,
fiind deci o turbină eoliană cu mișcare de rotație a palelor.
Fig.3.12 Turbină eoliană cu ax vertical, cu inciden ță variabilă, cu pale fixe,
drepte -tip H.
Caracteristica principală a acestor tipuri de turbine este variația ciclică a unghiului de
incidență.
La mașinile eoliene cu incidență variabilă, momentul motor se produce, în general, sub
acțiunea componenței tan gențiale a forțelor aerodinamice. Aceasta este cu atât mai mare cu cât
calitățile aerodinamice ale palei sunt mai bune. Pentru aceasta, în secțiunea transversală, palele au un anumit profil aerodinamic care asigură o forță aerodinamică maximă și o forță de
rezistență aerodinamică minimă. Pentru înțelegerea funcționării acestor turbine trebuie să se analizeze direcția și mărimea vitezei aerului care acționează asupra palelor. În cazul rotoarelor tip Darrieus traiectoria de mișcare a palelor este circulară. D in punct de vedere aerodinamic
rotorul este străbătut de un flux transversal și nu axial, fapt ce determină o cinematică specifică și deosebiri de calcul importante față de rotoarele axiale.
Pala se poate roti pe un arc, în jurul punctului 0 (centrul cercului), de rază R, cu o viteză
unghiulară
ω, sub acțiunea vântului de viteză v, constantă ca mărime și direcție.
Dacă pala este în repaos ( ω=0), în orice punct s -ar găsi pala pe traiectoria sa circulară
de mișcare, asupra palei acționează numai viteza vântului v, constantă ca mărime și direcție.
Dacă pala este în mișcare de rotație ( 0≠ω ), atunci asupra palei acționează viteza
aerodinamică care este viteza relativă a aerului față de pală W. Această viteză este suma
vectorială a vitezei pe care aerul ar avea- o față de pală, dacă aceasta s -ar roti într -o atmosferă
imobilă și a vitezei vântului. In figura de mai sus sunt reprezentate triunghiurile de viteze în
două poziții diferite ale palei pe traiect oria sa, se observă că viteza aerodinamică, W, diferă de
viteza vântului în fiecare punct al traiectoriei de mișcare. S -a constatat că viteza relativă W
crește cu viteza de rotație a palei ( ω). Viteza aerodinamică W, acționează asuppra profilului
palei sub un unghi de incidență (α), produce o forță aerodinamică Q, ea fiind rezultanta forțelor de portanță aerodinamică P
p (pe direcție perpendiculară la W) și de rezistență aerodinamică P R
(coliniara cu W).

43
Componenta tangențială a rezultan tei aerodinamice Q produce momentul motor al
turbinei eoliene.
Pentru obținerea unui moment motor cât mai mare trebuie ca forța portantă a profilului
să fie cât mai mare (la ceeași valoare a vitezei vântului). Aceasta se obține la un anumit unghi
de incid ență α0, caracteristic pentru fiecare tip de profil aerodinamic.
Fig.3.13 Principiul de funcționare al rotorului H

Datorită acestui principiu de funcționare, rotoarele H au o comportare aerodinamică
bună și randamente comparabile cu ce le ale rotoarelor axiale de tip bipal sau tripal, în schimb
rotoarele H au o valoare redusă a cuplului de demaraj ceea ce face dificilă pornirea in sarcină. În acest scop se pot folosi diferite dispozitive și mecanisme de demarare cu rol în creșterea cuplu lui de demaraj, cum ar fi:
– demararea cu rotoare ajutătoare care asigură un moment de pornire mare;
– demarare prin pivotarea palelor;
– demararea prin utilizarea unor profile speciale (cu schelet în formă de S);
– demararea prin lansarea turbinei cu un motor au xiliar (soluție ce se pretează la
instalațiile eoliene de puteri mai mari de 20 kw).

III.4.2 Apecte comparative privind rotoarele H și ro toarele axiale bipale sau
tripale
Întrucât rotoarele H utilizate în instalațiile eoliene de puteri mici și mijlocii da u
randamente bune, comparabile cu cele ale rotoarelor axiale de tip bipal sau tripal, o comparație
între aceste două tipuri de rotoare se impune, punându -se în evidență următoarele aspecte:
a) În cazul rotoarelor bipale, tripale sau multipale la un regim dat și constant (viteza
vântului v, turația rotorului n, valoarea momentului respectiv puterii), un rotor elementar cu

44
pala dreapta, este constituit dintr -o rețea de profile lucrând în regim permanent, respectiv viteza
relativă W are aceeași valoare și direcți e (unghi) raportata la coarda fiecărui profil din rețea.
Reglajul la această categorie de rotori se face:
– prin eclipsare (înclinarea rotorului), modificându -se aria măturată de palete,
perpendiculară pe direcția vântului;
– prin modificarea incidenței (rotor i bipali și tripali cu incidență variabilă, adică cu pas
variabil);
– uneori cu frâne aerodinamice;
b) La rotorii H, aspectul câmpului de viteze și liniilor de curent, diferă cu poziția
u n g h i u l a r ă a p a l e i . L a o r o t a ț i e d e 2 π radiani, pala l ucrează cu unghiuri de incidență atât
pozitive cât și negative (în limite acceptabile de o o14 0± ) valorile lor depinzând de rapiditatea
rotorului.
Procesul de lucru al profilului, respectiv palei, este esențial nepermanent și, ca atare,
energia prelucrată, forțele și momentele pe turatie sunt variabile.
Reglajul prin modificarea incidenței este lipsit de sens, rămânând ca posibilități numai:
– utilizarea de frâne aerodinamice;
– modificarea geometriei rotorului a ariei măturate de palete, ceea ce implică complicații
constructive și tehnologii speciale de execuție a palelor;
Datorită acestor particularități specifice de construcție și funcționare a rotoarelor H,
acestea prezinta anumite avantaje față de rotoarele axiale bipale și tripale.

45
Capitolul IV . Mașini electrice utilizate în construcția turbinelor eoliene cu
ax vertical

IV.1 Generatorul sincron – convertorul de bază în energetica actuală
IV.1.2 Definiții, regimuri de funcționare
Mașina sincronă, prin definiție, este o maș ină electrică la care viteza de rotație a
rotorului, în regim staționar, este legată rigid de frecvența tensiunii electrice la care este
conectată înfășurarea sa de curent alternativ. Viteza de rotație a rotorului este egală cu viteza de sincronism a câmpu lui magnetic învârtitor creat de înfășurarea de c.a.
O mașină sincronă trifazată în construcție directă, utilizată la puteri mari, cuprinde un
stator, pe care se găsește o înfășurare, în general trifazată și un rotor neted sau cu poli aparenți ,
pe care es te p l as a tă o î n f ă ș u ra re d e c .c . L a p u te ri m ai m i ci , s ub 1 0 0 [k V A ], s e î n tâl n es c și
mașini în construcție inversată, la care statorul prezintă o înfășurare de c.c., iar rotorul posedă o înfășurare de c.a. conectată în stea, capetele ei fiind legate la inele, aflate în contact cu trei perii fixe. Numărul mare de contacte alunecătoare, parcurse de curenți intenși, constituie un dezavantaj, uneori esențial, pentru mașina în construcție inversată. În cele ce urmează se va analiza numai mașina sincronă în constru cție directă, fenomenele electromagnetice rămânând
în principiu aceleași și la mașina în construcție inversată. Rotorul mașinii prezintă o înfășurare de excitație , care este alimentată de la o sursă de c.c.; câmpul magnetic creat, alternând ca
polaritate p e periferia sa, constituie câmpul magnetic inductor al mașinii. Statorul mașinii
posedă o înfășurare de c.a., de obicei trifazată conectată în stea, în care câmpul magnetic
rotoric induce tensiuni datorită rotației; înfășurarea statorului constituie indus ul mașinii. În
cazul când înfășurarea statorică este parcursă de curenți trifazați, câmpul magnetic învârtitor creat de acești curenți, sincron cu rotorul, se compune cu câmpul inductor realizând un câmp magnetic rezultant în mașină (sincron cu rotorul).
Mașinile sincrone funcționează în două regimuri de bază: generator sincron, când
rotorul este antrenat din exterior de un motor primar care furnizează puterea mecanică transformată de mașină în putere electrică generată unui receptor și motor sincron, când statorul
este conectat la o rețea trifazată care furnizează puterea electrică, transformată de mașină în putere mecanică – obținută la arbore. Mașina sincronă poate funcționa și în regim de
compensator sincron, care este, de fapt, un regim de motor sincro n mergând în gol.
Mașinile sincrone în regim de generator constituie convertoarele mecano -electrice care
furnizează energia electrică în sistemele energetice trifazate de c.a. Centralele electrice actuale utilizează în exclusivitate generatoare sincrone t rifazate de mare putere. Generatoarele sincrone
sunt antrenate de turbine cu abur – turbogeneratoare , la viteze de rotație de 3000 sau 1500
[rot/min] sau de turbine hidraulice – hidrogeneratoare , la viteze sub 500 [rot/min].

IV.1.3 Construcția mașinii sincrone
După poziția axei de rotație a mașinii în câmpul de gravitație se disting mașini cu
construcție orizontală și cu construcție verticală . Mașinile verticale sunt acționate de turbine
hidraulice , în timp ce mașinile orizontale constituie alternatoarel e acționate de turbine cu

46
abur . Primele sunt de obicei de diametru mare, lungime mică și viteză redusă, deci cu număr
mare de poli, iar celelalte sunt de diametru mai mic, lungime mai mare, viteză mare, în general,
bipolare. La rândul lor, motoarele sincro ne pot fi în construcție verticală sau în construcție
orizontală, după tipul mecanismului acționat.
În fig. I V.1 a) se prezintă schematic o secțiune transversală printr -o mașină tetrapolară,
cu poli aparenți, iar în fig. IV.1. b), o secți une printr -o maș ină bipolară cu rotor neted (poli
înecați). Jugul statoric se realizează din tole având crestături pe partea interioară, dinspre rotor,
de diverse forme: deschise, semideschise sau închisă, fig. I V.2 a), b), c).
Rotorul poate fi cu poli aparenți sau cu po li înecați. Rotorul cu poli aparenți prezintă o
roată polară, pe care se fixează polii mașinii, din oțel ștanțat. Piesele polare au formă adecvată pentru a asigura o distribuție a inducției magnetice în întrefier cât mai apropiată de o sinusoidă.
La part ea dinspre întrefier, polii aparenți sunt prevăzuți cu crestături în care se dispune
înfășurarea de amortizare (asemănătoare cu un segment de colivie).

1
2
3
4
5
6
7
Fig. IV1 Elemente constructive de bază ale mașinilor sincrone: a) cu poli aparenți,
b) cu poli înecați (cu rotor neted) .
1-Jug statoric, 2- Înfășurare statorică (indusă), 3 – Înfășurare rotorică (inductoare), 4- Jug
rotoric, 5 – Pol rotoric, 6 – Piesă polară, 7 – Înfășurare de amortizare
a)
b)
1
1
1
2
2
3
3
4
4
4
3
5
5
Fig. IV.2. Crestături: a) deschisă; b) semideschisă; c) închisă .
(1- conductor, 2 – izolație de strat, 3 – izolație între straturi,
4 – izolație de crestătură, 5 – pană )
a)
b)
c)
5

47

IV.1.4 Mașinile electrice sincrone cu rotor exterior
Structura mașinilor electrice de curent alternati v cu flux radial prevede două armături
concentrice dintre care una este staționară, la exterior, și constituie statorul mașinii, iar cealaltă
este plasată în interior, este rotativă și constituie rotorul mașinii (Fig. II.1b). Există însă aplicații unde pre zența la exterior a armăturii rotative ar aduce avantaje funcționale sau tehnologice.
Acestea reprezintă varianta de construcție inversată, Fig. II.1b, și în ultimul timp constituie o
soluție din ce în ce mai atractivă și luată în seamă de constructori.
Există deja producție industrială de mașini cu rotor exterior în special pentru
ventilatoare sau platforme giroscopice. Cercetări intense și construcții de prototipuri vizează două domenii aflate în centrul preocupărilor și anume generatoare pentru eoliene s au motoare
de propulsie pentru autovehicule electrice sau hibride. În general, sunt vizate acționările de tip
„direct drive”, fără cutie de viteze intermediară și cele cu turație redusă.

a. Rotor exterior b. Rotor interior
Fig. IV.3 – Tipuri de mașini electrice
Din punct de vedere al principiului de funcționare, mașinile cu rotor exterior sunt
identice cu cele cu rotor interior. Mai mult, relațiile de proiectare nu aduc elemente de noutate.
Modificări majore intervin însă la parte de proiectare mecanică și la adoptarea soluțiilor tehnologice potrivite.
Întrebarea la care trebuie dat un răspuns este care sunt elementele de particularitate ale
construcției inversate. Din punctul de vedere al cuplului electromagnetic dezvoltat, acesta poate fi cu până la 15% mai mare decât în varianta clasică, cu rotor interior, a mașinii omoloage. De
asemenea, răcirea rotorului este îmbunătățită. Acest lucru însă se conjugă cu o răcire mai proastă a înfășurării statornice. Drept urmare, se poate ivi necesitatea adăugării unui sistem
suplimentar de răcire a statorului (răcire forțată cu aer, ulei sau apă.
Un mare avantaj, pentru construcția inversată și cu magneți permanenți, îl constituie
faptul că forța centrifugă contribuie la „fixarea” magneților permanenți pe rotor și nu la
„desprinderea” acestora, ca în cazul construcției directe. În plus, răcirea suplimentară a

48
rotorului are efect benefic și asupra magneților permanenți (se cunosc problemele legate de
supratemperatură la magneții permanenți de tip NeFeB a căror temperatura Curie, de demagnetizare este foarte scăzută).

IV.2 Mașina asincronă
Mașina asincronă este cea mai răspândită mașină electrică. Ea se întâlnește pe scară
largă în acționările electrice din toate sectoarele industriale și sociale, îndeosebi în regimu l de
motor trifazat, pentru acționarea mașinilor unelte, a pompelor, a compresoarelor, a morilor cu
bile, a macaralelor electrice, a podurilor rulante, a aparaturii medicale, a aparaturii electrocasnice etc. Motoarele asincrone se construiesc pentru o gamă foarte largă de puteri (de
la ordinul unităților de W până la ordinul zecilor de MW), pentru tensiuni joase (sub 500V) și tensiuni medii (3 kV, 6kV sau 10 kV) și având turația sincronă la frecvența f=50Hz egală în mod uzual cu n= 500, 600, 750, 1000, 1500 sau 3000 rot/min, în funcție de numărul de pe rechi
de poli.
IV.2.1 Elemente constructive ale mașinii asincrone și mod de funcționare
Principalele elemente constructive ale unei masini asincrone sunt:
• statorul (miez magnetic 1 si infasurare statorica 3);
• rotorul (miez magnetic 2 si infasurare rotorica 4);
• alte elemente constructive (arbore 5, rulment 6, carcasa 7, ventilator 8 etc.)

Fig.IV.4 Schemă constructivă mașina asincronă

49
Mașinile asincrone se execută în două forme constructive:
– Mașina asincron ă cu rotorul bobinat (cu inele);
– Mașina asincronă cu rotorul în scurtcircuit (în colivie). Statoarele în ambele cazuri
sunt identice.
IV.2. 2 Regimuri de funcționare
Mașina asincronă poate funcționa în trei regimuri:
• motor;
• generator;
• frână electromagnet ică.

Avantaje
Principalele avantaje ale motoarelor asincrone față de alte tipuri de motoare electrice
sunt:
• simplitate constructivă;
• preț de cost redus;
• siguranță mare în exploatare;
• performanțe tehnice ridicate (cuplu mare de pornire, randament ridicat);
• stabilitate în funcționare, exploatare, manevrare și întreținere simplă;
• alimentare direct de la rețeaua trifazată de c.a.;
Dintre principalele dezavantaje putem enumera:
• șoc mare de curent la pornire;
• factor de putere relativ scăzut;
• caracteristi că mecanică dură;
Regimul de generator al mașinii asincrone este mai rar folosit datorită puterii reactive
(de magnetizare) relativ mare pe care mașina trebuie s -o ia de la rețea.
În acționările electrice, în cazuri speciale, mașina asincronă poate funcț iona pentru
scurtă durată și în regimul de frână electrică.

IV.2. 3 Mașina asincronă dublu alimentă
Mașina asincronă dublu alimentată este un generator asincron cu rotor bobinat.
Înfășurarea statorică este conectată direct la rețeaua trifazată. Înfășurare a rotorică este conectată
la convertoare statice bidirecționale: puterea ce tranzitează aceste convertoare poate fi produsă
sau absorbită de mașină, în funție de punctul de funcționare .
Rotorul este prevăzut cu trei înfășurări, care sunt conectate la trei inele care sunt
montate pe arborele motrului. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul
a 3 perii, care alunecă pe aceste inele. Prin intermediul acestui sistem se poate modifica
rezistența circuitului rotoric, si ca urmare se pot co ntrola direct curenții din înfășurările rotorice.
Mașina dublu alimentată este singura mașină capabilă să funcționeze la cuplu nominal
până la dublul vitezei de sincronism. În practică, mașina asincronă dublu alimentată (în regim
de motor sau de generator ) prezintă probleme de instabilitate, necesită întreținere datorită
sistemului perii- colector, iar caracteristica prezintă discontinuitate la turația de sincronism,
unde inducția nu mai are loc.
Ca toate celelalte tipuri de mașini electrice, motorul dublu alimentat are nevoie de
curent activ pentru a produce cuplu, respectiv de curent reactiv pentru a se magnetiza. Curentul

50
de magnetizare fiind în general mult mai mic decât cel activ, practic nu afectează randamentul,
exceptând cazul în care mașina funcțio nează la cuplu foarte redus, caz în care curentul de
magnetizare este dominant.
Ca și la motorul sincron cu înfășurare de excitație, fluxul magnetic poate fi produs de
către curentul statoric, curentul rotoric, sau în comun de către ambii curenți. La aces t tip de
motor, mașina poate fi magnetizată în totalitate prin rotor, caz în care motorul va funcționa cu
factor de putere unitar. La viteza de sincronism, în rotor curentul va fi curent continuu, ca și la
o mașină sincronă obișnuită. La viteze diferite de cea de sincronism, curentul în rotor este
alternativ.
Curentul rotoric este necesar și pentru a produce cuplu, înafară de rolul de a magnetiza
motorul, astfel în rotor pe lângă puterea reactivă va fi prezentă și puterea activă.
Frecvența și amplitudinea tensiunii rotorice este proporțională cu alunecarea (adică cu
diferența dintre turația de sincronism și cea a rotorului). În repaos frecvența va fi aceeași cu frecvența câmpului învârtitor din stator, iar aplitudinea va fi determinată de raportul între
numărul de spire statorice și rotorice.
În funcție de regimul de funcționare, rotorul fie necesită, fie generează putere activă în
funcție de viteză și cuplu. Dacă mașina produce cuplu, și funcționează în regim de motor,
rotorul va genera putere dacă viteza este mai mică decît cea de sincronism (regim subsincron).
În repaos toată puterea cu care se almentează statorul (exceptând pierderile) este redturnată prin intermediul rotorului. Cantitatea de putere activă depinde de cuplu. Dacă cuplul este
nominal, înt re stator și rotor va circula puterea nominală. Ca și la alte mașini, rndamentul este
scăzut la viteze mici, deoarece curentul este necesar pentru a produce cuplu, însă puterea mecanică produsă este foarte mică (acesta reprezentînd produsul între cuplu și viteză).

Cel mai mare avantaj al MADA îl constituie posibilitatea func ționării cu vitez ă variabil ă.
Mașinile asincrone cu viteză fixă trebuie să funcționeze în apropierea vitezei de
sincronism, deoarece frecvența este impusă de rețea. Viteza rotorului es te cvasi -constantă.
Sistemul cu MADA permite reglarea vitezei de rotație a rotorului generatorului, în funcție de
viteza vântului. În consecință, MADA
permite funcționarea atât în regim de generator
hiposincron, cât și hipersincron. De asemenea, punctul de funcționare se poate regla astfel încât
să se obțină maximul de putere debitată în rețea. Interesul pentru posibilitatea de funcționare cu
viteză variabilă îl reprezintă posibilitatea funcționări i într-o plajă largă a vitezei vântului și
posibilitatea ext ragerii maxim ului de putere, indiferent de viteza vântului.

51

Capitolul V . Studiu de caz

V.1 Tipul constructiv de turbină ales
În urma studiilor efectuate pentru diferitele tipuri de turbine eoliene cu ax vertical, și în
concordanță cu tema pro pusă în cadrul proiectului, a fost adoptată ca soluție inițială de pornire
a dimensionării și proiectării generatorului electric, o turbină eoliană de tip H Rotor având
următoarele dimensiuni și parametri de funcționare:
– diametrul turbinei: D = 4 m,
– înălți mea turbinei: H = 6 m,
– numărul de pale n = 3,
– lățimea palei: c = 0,25 m,

Grafic 5.1 Evoluție puteri funcție de viteza vântului
Viteza
vântului
[m/s] Dimensiuni turbină
D[m]/H[m] – c[m]
4/6 -0.25
n [rpm] P[kW]
4 66 0.304
5 83 0.594
6 99 1.026
7 116 1.629
8 133 2.433
9 150 3.464
10 166 4.752
11 183 6.325
12 199 8.211
13 216 10.440
Alegerea tipului turbinei a fost facută ținân d seama de următoarele premise:
– acționarea directă a generatorului (turație de funcționare cât mai ridicată la viteze
reduse ale vântului);
– putere minimă de pornire la funcționarea la viteza vântului de 5 m/ s (80 rpm) de
aproximativ 500 W;
– putere nominală de proiectare, la funcționarea la 8 m/s (130 rpm) de aproximativ 2500
W;
– putere maximă de funcționare la 13 m/s (216 rpm ) de circa 10000W, peste această
turație/putere, fiind necesară limitarea mecanică a turației turbinei.
Acești parametri sunt orientativi și vor mai fi ajustați funcție de rezultatele rezultate din
calculul de proiectare a generatorului.

52

V.2 Turbina eo liană cu ax vertical ( 2 – 10kW)

Acest nou tip de turbină eoliană cu ax vertical este anume conceput pentru o colectare
eficientă a vântului de slabă intensitate, inconstant, sau în rafale existente la joasă înălțime
deasupra solului. Cu poziționarea vert icală a rotorului, turbină eoliană produsă de compania
Rolix are aceeași performanță de putere că a unei turbine eoliene clasice, dar are o alcătuire generală mult mai mică și nu produce zgomot sau umbre deranjante.
În acest scop compania ROLIX a concepu t, proiectat și executat industrial un produs
nou (95% realizat în cadrul companiei), adaptat specificului României, sub formă unui produs
în producție de serie. Turbinele sunt adaptate la condiții urbane sau rurale, care să funcționeze
optim în condițiile de vânt ale României (unde viteză vântului este sub 7 m/s pentru 60% din
teritoriu).

Fig.5.2 Schema turbinei verticale cu rotor H
Un sistem modern ce alimentează o locuința folosind energie eoliană funcționează după
următorul principiu: turbină este inst alată în vârful unui turn înalt (pentru a avea acces direct
la curenții de aer, fără interferențe din partea clădirilor de la sol), colectează energie cinetică de la vânt, pe care o transformă în electricitate folosind un sistem de conversie. O locuința
tipică este deservită de o turbină eoliană și de un furnizor de electricitate local. Dacă viteză
vântului este mai mică decât o valoare constructivă de la care turbină eoliană produce curent atunci locuința este alimentată de la rețeaua electrică. Pe măsură ce viteză vântului crește,
energia furnizată de turbină alimentează locuința. În situația în care nu există un furnizor local de electricitate sau nu se poate introduce curentul produs de turbină eoliană în rețeaua electrică
există opțiunea inmagazinarii curentului suplimenta în baterii pentru utilizarea ulterioară.
Bateriile (de 12V, 24V, 48V etc) sunt conectate la un invertor care transformă curentul la

53
tensiunea de monofozat din casă. În cazul unui vânt puternic există o protecție (frână
electrodinamica) care încetinește turbină, pentru a preveni deteriorarea acesteia.

V.3 Generatorul electric al instala ției de turbină eoliană cu ax vertical
Cea mai importantă componentă a unei instalații de turbine eoliene este desigur
generatorul electric, adică ec hipamentul ce realizează conversia energiei cinetice a vântului în
energie electrică.
Generatorul electric ales este o ma șină electrică sincronă cu magneți permanenți și rotor
exterior cu înfășurări în inel pe dinții statorici.
Având în vedere statistici le de mediu din zona Moldovei, puterea nominală de 2 kW ar
putea fi obținută la o viteză a vântului de 6 -8 m/s, adică o viteză de rotație la ax de 130 rot/min,
pentru o turbină de tip Darrieus de diametru 4m și înălțime 6m.
Generatorul a fost proiectat astfel încât să beneficieze de rezervă de putere în condițiile creșterii
vitezei vântului în funcționare. Această rezervă de putere va fi suportată prin creșterea
artificială a secțiunii conductoarelor din crestăturile generatorului. Astfel, densitatea de curent
adoptată pe înfășurări în faza inițială de proiectare a fost de 1,5 A/mm2 în condițiile în care la
n om i n al se p o t a d op ta d e n si tă ți d e c u re n t d e p â n ă l a 7 ,5 A /m m2. Chiar dacă densitatea de
curent adoptată este prea mică și acest lucru conduce la o s labă utilizare a mașinii, în
funcționare nominală, acest aspect aduce avantajul că pentru anumite perioade de lucru cu
viteze mari ale vântului, generatorul este capabil să suporte încărcări suplimentare fără a mai
fi necesară frânare a acestuia.

V.3.1 Datele nominale ale generatorului proiectat
• Puterea nominală a generatorului: 2 kW;
• Tensiunea nominală, de fază, a generatorului: 48 V;
• Turația nominală a generatorului: 130 rot/min;
• Numărul de faze: 3 cu eventuala posibilitate de adaptare la 5 faze;
• Factor ul de putere: 0,95 – deoarece tensiunea produsă poate fi redresată ș i eventual
descărcată pe o rezistență;
• Gradul de protecț ie – IP 64.

V.3.2 Structura circuitului magnetic al generatorului sincron cu magneți
permanenți pe rotorul exterior și înfășurare î n inel pe dinții statorici
Tab. 5.1 Date constructive circuit magnetic
Viteza nominală 130 rot/min
Număr de poli 20
Diametrul interior al statorului 180 mm
Diametrul statorului la întrefier 350 mm
Diametrul exterior al rotorului 400 mm
Diametrul minim la întrefier al rotorului 352 mm
Lungimea pachetului de tole 100 mm
Număr magneți 120 (6 pentru fiecare pol)
Dimensiuni magneți Lxlxh 50x15x5 mm
Secțiune conductor 8 mm2
Număr de conductoare/dinte 19
Factorul de umplere al crestăturii 0,25
Factoru l de acoperire polară 0,81

54

Fig.5.3 Construcție circuit magnetic
Dimensiunile circuitului magnetic ale generatorului sunt prezentate după cum
urmează :
Fig. 5.4 Dimensiunile circuitului magnetic al generatorului

55

Fig. 5.5 Structura circuitului magnet ic cu amplasarea înfășurărilor statorice pe dinți

Fig.5.6 Înfășurările circuitului magnetic al generatorului studiat

56
V.3.3 Magneți permanenți
Pe circuitul magnetic rotoric s -au lipit magneții permanenți. Polii rotorici s -au realizat
segmentați din câte 6 magneți pe fiecare pol. Astfel se găsesc 120 de magneți pe întreg rotorul.
Fig.5.7 Dispunerea magneților pe stator

Tab.5.2 Date tehnice ale magneților utilizați
Material NdFeB (neodim)
Formă Bloc
Înălțime 5 mm
Lățime 15 mm
Lungime 50 mm
Tratament suprafață Placat cu Nichel (Ni -Cu-Ni)
Magnetizare N45
Forță cca. 12.90 kg
Temp maximă de lucru 80˚C
Remanență magnetică (Br) 13200 -13700 G/ 1.32 -1.37 T
Forță coercitivă (bHc) 10.8-12.5kOe / 860 -995 kA/m
Produs energetic maxim ((BxH)max) 43-45 MGOe / 342 -358 kJ/m3
Densitatea fluxului la suprafața de contact
(B) 2468 Gauss

57

V.3.4 Standul experimental de laborator al generatorului electric

58
Fig. : Standul experm intal cu motorul de antrenare, stânga și generatorul studiat, dreapta
V.4 Încercări experimentale de laborator
V.4.1 Carcteristica externă
Caracteristica extern ă, reprezintă dependenț a dintre tensiunea de la bornele statorului
U[V] și curentul debitat I[A] .
În urma încercărilor experimentale am t rasat o caracteristică externă de funcționare a
curentului de sarcină I[A] funcție de tensiunea de sarcină U[V] la valoariile turației de 200 ș i
250 de r otații pe minut a generatorului electric.
Fig.5.8 Caracteristica externă a generatorului la 200 -250 rpm

Ținând cont de faptul că puterea nominală a generatorului ( 2.5 kw) se atinge la o valoare
de n = 130 de rotații pe minut , adică o viteză a vântului de 8 m/s iar capacitatea maximă este
de aproximat iv 10kw la o valoare de 216 rpm, adică 13 m/s , se poate o bserva din graficul
caracteristicii externe a curentului de sarcină I [A] funcție de tensiunea de sarcină U[V] că
puterea generată de mașina electrică scade odată cu creșterea peste turația nominală. Tensiunea
U scade proporțional cu creșterea nivelului cur entului de sarcină. Deci după cum rezultă din
figura 5.8 carac teristicile sunt ușor căzătoare.

59

V.4.2 Influența distorsiunilor armonice

Tab.5.3 Evoluția distorsiunilor generatorului la 150 rpm gol și sarcină 20 A
150 rpm – gol 150 rpm – 20 A
Ordin ar monici U fază U linie Ordin armonici U fază U linie
0 0 0 0 0 0
1 61 105 1 54 94
3 4.5 0.15 3 6 0.1
5 0.65 0.9 5 9.8 17
7 0.83 1.56 7 3.9 6.5
9 0 0 9 1.5 0.5
11 0.2 0.3 11 3.1 5.5
13 0.17 0.33 13 1.6 2.7
15 0.14 0 15 0.5 0.3
17 0.5 0.91 17 2 3.52
19 0.48 0.71 19 1.26 2

Fig.5.9 Grafic distorsiuni 150 rpm – gol

60

Fig.5.10 Grafic distorsiuni 150 rpm – 20A

Tab.5.4 Evoluția distorsiunilor generatorului la 200 rpm gol și sarcină 30 A
200 rpm – gol 200 rpm – 30 A
Ordin armonici U fază U linie Ordin armonici U fază U linie
0 0 0 0 0 0
1 81 141 1 68 118
3 5.8 0.2 3 9.14 0.6
5 0.8 1.2 5 14.2 24.8
7 1 2 7 6.5 10.6
9 0 0.06 9 1.8 0.7
11 0.2 0.4 11 4.2 7.5
13 0.25 0.37 13 2.4 3.9
15 0.15 0 15 1 0.5
17 0.63 1.1 17 1.7 3
19 0.55 0.82 19 1 1.6

61

Fig.5.11 Grafic distorsiuni 200 rpm – gol

Fig.5.12 Grafic distorsiuni 200 rpm – 30 A

62

Tab.5.5 Evoluția distorsiunilor generatorului la 225 rpm gol și sarcină 10,20,30,40 A
225 rpm – gol 225 rpm –
10 A 225 rpm –
20 A 225 rpm – 30
A 225 rpm – 40
A
Armonici Uf Ul Uf Ul Uf Ul Uf Ul Uf Ul
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 92 159 88 152 83 144 77 134 72 125
3 6.7 0.2 7.3 0.2 9 0.1 10 0.6 9.8 1
5 1 1.4 8.7 15.2 14.6 25.4 16.5 28.5 13.7 24
7 1.2 2.3 3.7 6.3 5.8 9.5 7.8 12.8 6.6 10.7
9 0 0 1.3 0.5 2.2 0.7 2.3 0.8 1.3 0.8
11 0.1 0.4 4 7.33 4.68 8.3 5.6 9.8 3.7 6.7
13 0.2 0.5 2 3.16 2.43 4.1 3.3 5.3 2.5 4
15 0.2 0.1 1 0.3 0.64 0.4 1.6 0.8 1 0.6
17 0.78 1.4 1.9 3.4 2.8 5.2 2.8 5.2 1.8 3.2
19 0.6 1 1.2 2 1.7 2.7 1.9 3 1.3 2

Fig.5.13 Grafic distorsiuni 225 rpm – gol, 10 A

63

Fig.5.14 Grafic distorsiuni 225 rpm – 20, 30 A

Se poate observa din graficele prezentate anterior, că nivelul distorsiunilor la
funcționarea în sarcină a generatorului electric, este cu atât mai mare cu cât crește nivelul
curentului de sarcină.
Aceste distorsiuni depăr tează forma de undă a tensiunii de forma sinusoidală necesară,
după cum se poate observa și în graficele formelor de un dă în funcție de fiecare nivel de turație
și sarcină, ce sunt prezentate după cum urmează.

Fig.5.15 Forma de undă la 150 rpm , gol

64

Fig.5.15 Forma de undă la 150 rpm , 10A

Fig.5.16 Forma de undă la 200 rpm, gol

65

Fig.5.17 Forma de undă la 200 rpm, 30A
Deși forma de undă este distorsionată și depărtată de forma sinusoidală în cazul
diferitelor încercări, principala diferență ar fi amplitudinea acestora, forma lor fiind
asemănăto are la toate sarcinile.

66
Concluzii

O primă concluzie face referire la utilizarea surselor de energie regenerabilă în
detrimentul celor de tip clasic și putem concretiza faptul că aceste tipuri de surse de energie au
un potențial ridicat at ât pe plan local cât și global iar exploatarea lor va fi din ce în ce mai intens
cercetată deoarece ele prezintă avnataje importante față de cele de tip clasic.
A s t f e l u n p r i m a v a n t a j i m p o r t a n t a r f i p o t e n ț i a l u l r e g e n e r a b i l , p r a c t i c e l e f i i n d o s u r să
interminabilă . De asemenea, faptul că prezintă un scăzut efect nociv asupra mediului, le fac să
fie luate în considerare din ce în ce mai mult și după cum avem la cunoștință, problema agenților poluanți este un fapt de zbătut constant pe plan mondial.
Totuși pre zintă și dezavantaje întrucât exploatarea acestora poate fi uneori dificilă, în cazul
captării energiei vântului din cauza instabilității vitezei acestuia cât și în ceea ce privește costurile echipamentelor și instalațiilor propriu zise.
O altă concluzie este determinată pe baza instalațiilor de turbine eoliene. Acestea se
află într -o continuă expansiune știintifică și tehnică și de asemenea au parte de o dezvoltare în
ceea ce privește gradul de instalarea a acestor tipuri de echipamente.
Ambele tipuri de t urbine eoliene , atât cele cu poziționare pe orizontală a axului cât și cele cu
poziționare pe verticală prezintă avantaje și dezavantaje. Turbinele eoliene verticale prezintă
avantaje ce țin de ușurința de utilizare chiar și la viteze scăzute ale vântului , nu necesită un
sistem de orientare a turbinei în direcția vântului deci poate funcționa indiferent de direcția
acestuia, sunt orientate pentru utilizarea de către consumatori cu acces scăzut la rețea sau pot
fi utilizate local, montarea realizându -se cu ușurință chiar și în mediul urban , prezintă un nivel
mai scăzut de stres fonic fiind silențioase și nu disturbă prin fluctuații luminoase mediul înconjurător.
Ca și dezavntaj, acestea au parte de un randament mai scăzut față de turbinele cu ax orizontal
din cauza faptului că se utilizează la viteze mai scăzute ale vântului deci la o turație mai scăzută,
iar creșterea randamentului ar determina în principal creșterea dimensiunilor ce implică în
principal creșterea costurilor de proiectare, realizare și insta lare.
Componenta cea mai importantă a unei instalații de turbine eoliene , atât pentru cele cu
ax orizontal cât și pentru cele cu ax vertical, este b ineînțeles generatorul electric deci putem
concluziona că parametrii de bază a unei turbine provin în prin cipal de la acestă parte a
instalației. Varianta constructivă de studiu aleasă este un prototip, ce urmează a fi supus unor
optimizări în funcție de testările efectuate asupra acestuia.

67
Acest tip de generator și anume o mașină sincronă cu rotor exterior și magne ți permanenți , a
fost ales pentru motivul că poate fi utilizat fără conectare la rețea și este potrivit pentru acest
tip de instalație de turbină eoliană, și se pretează pentru soluții de alimentare a unor
echipamente nepretențioase (cum ar fi un boi ler electric, alte echipamente utilizate pentru
încălzire , cu tensiune redresată pentru iluminat et c.) și fără conectare la rețea.
Deși forma de undă este afectată de către încărcările în sarcină, tensiunea este ulterior redresată.
În concluzie ,a ceste t ipuri de instalații de turbine eoliene cu ax vertical prezintă
numeroase avantaje dar și dezavantaje întrucât costurile unei investiții de acest tip sunt destul
de ridicate iar zona de montare a lor este strict legată de continuitatea vântului , acest lucr u
determinând costuri suplimentare ale montării unor instalații adiționale de baterii și invertoare
pentru momentele în care viteza vântului este insuficientă pentru pornirea turbinei.

68
Referin țe Bibliografie

[1] G. J. Herbert, S. Iniyan, E. Sreevalsan, and S. Rajapandian, “A review of wind energy
technologies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007.
[2] “World: Electricity and Heat for 2014,” IEA – Report. [Online]. Available:
http://www.iea.org/statistics/statisticssearc h/report/?country=WORLD&product=electricityan
dheat&year=2014.
[3] “V164- 8.0 MW® breaks world record for wind energy production,” M HI Vestas
Offshore, 08 -May-2015: http://www.mhivestasoffshore.com/v164- 8-0-mw-breaks -world –
record -for-wind -energy- production/ .
[4] N. Halsey, “Geometry of the Twisted Savonius Wind Turbine,” Geometrically Modeling
the Twisted Savonius Wind Turbine.: http://celloexpression s.com/ts/dynamic –
documentation/intro/.
[5] M. Ragheb,“Wind Turbines Theory – The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed
Ratio: http://cdn.intechopen.com/pdfs -wm/16242.pdf .
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Vertical_axis_wind_turbine
[7] http://www.sciencedaily.com/releases/2012/07/120730204607.htm
[8] Steven Peace, Another Approach to Wind , 1. D. J. Malcolm , "Dynamic response of a
darrieus rotor wind turbine subject to turbulent flow", Engineering Structures , April 1988
[9] www.wikipedi a.com
[10] www.energy -consultancy.com
[11] www.eoliene.net
[12] “Strategii de valorificare a surselor regenerabile de energie.” –raport 2003
[13] “ World Wind Energy Association ” –raport 2008
[14] http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine_design
[15] http://www.howstuffworks.com/environmental/green -science/wind -power.htm l
[16] Alpopi, Cristina, Florescu Margareta (2006), “ Utilizarea surselor regenerabile de
energie”
[17] Bazac, Gh., ( 1983) , “Influenta reliefului asupra principalelor caracteristici ale climei
Romaniei” , Editura Academiei RSR, Bucuresti.
[18] http://www.stand.ro/turbine -eoliene -turbina -eoliana -cu-ax-vertical -3-10kw -model- 0752-
p-259.html
[19]https://greenspacetechnology.wordpress.com/2017/08/20/turbina -eoliana -romaneasca-
rolixw ind-realizata- de-compania -rolix
[20] http://www.rolix.ro/proiect_norvegia.html
[21] http://www.rolix.ro/Pictures/conversievant.htm
[22]http://www.economica.net/un -inginer -roman -face- in-premiera -turbine -eoliene -cu-ax-
vertical –cu-bani-de-la-norvegieni_126418.html
[23] http://delightsolar.en.made- in-china.com/product/MslQDZeclmkw/China -Manufacturer –
Vertical -Axis-Windmill- Maglev -Wind -Power -Energy -Turbine -Generator.html
[24] https://www.romstal.ro/blog/ce -sunt-turbinele -eoliene -si-cum-functioneaza/
[25] http://www.windturbinestar.com/turbine -eoliene -vertical.html

69
[26] http://www.finex -energy.ro/energia- eoliana/turbine -eoliene -cu-ax-vertical
[27] https://vawt.ro/
[28] D.Sh. Akhmedov, D.I. Eryomin, N.I. Yagfarova, M.K. Turarbekov, Mathematical Model
to Calculate the Performance of Low Power Vertical Axis Wind Turbine, International Journal
of Advances in Science Engineering an d Technology, ISSN: 2321- 9009 Volume – 4, Issue -1,
Jan.-2016
[29] http://users.xplornet.com/~rmanzer/windmill/rotor_calculator.html
[30] “Energia eolian ă, alte surse regenerab ile de energie în România” , Ediția 4 Octombrie 2014
. TPA Howrwath schonherr

70
Anexe

Un KIT contine:
GENERATOR:
– Iesire trifazica
– Tensiune in functionare 0 -400Vca
– Generator cu magneti permanenti, PMG fara intretinere
– nu are perii sau angrenaje mecanice in miscare (reductor)
– Eficienta maxima datorita magnetilor permanenti extrem de puternici – NdFeBo
– Eficienta maxima pentru rotatii in ambele sensuri
– Crestere uniforma a curbei de putere
– Corp de Al. eficient la r acire cu prindere pe talpa
– Clasa de protectie IP56
CUSCA FARADAY (1m) pentru sustinere generator (din otel, zincat si/sau vopsit electrostatic)
MULTIPLICATOR de turatie (1:6)
BRATE (6buc) cu 2 flanse (rulmentii de presiune)
PALE (3buc) (suprafata desfas urata 2.5 * 1.25 m=3.125mp/pala)
STALP:
– tip turn triunghiular (segment de 6m), din otel, zincat si/sau vopsit electrostatic (orice culoare
din gama RAL) – contravantuiri (8buc) din sarma otelita plastifiata multifilara (6mm), 24 bride prindere cablu
otelit, 6 intinzatori de 200mm, 6 carabine, 3 suporti de sol
– suport metalic pentru prindere in fundatie (contine si balamalele pentru rabatare stalp)
– Gratuit, punem la dispozitia clientului proiectul de fundatie si toata documentatia de montaj
aferenta echipamentelor.
Optional:
– controller off -Grid sau on -Grid (contine – sistem de franare electrodinamic (protectie la vant
puternic))
– invertor off -Grid (sinusoida pura) sau on -Grid
– stalp suplimentar (la 3m, 6m, 9m, 12m, galvanizati si/sau vopsiti electr ostatic)
– paratrasnet (protectie la fulgere)
– invertor on -grid (3, 5, 7, 10kW), invertor off -greed,
– baterii
– statie meteo (monitorizare temperatura, viteza vant, directie vant, umiditate relativa, cantitate
de precipitatii)
– modul transmisie GPRS (t oti parametrii de functionare ai turbinei si datele meteo sunt salvate
pe un server http://turbineeoliene.rolix.ro/application/login)
Caracteristici:
– Iesite generator: 3 faze, 0 -400 VAC

71
– Tensiune alimentare: continuu variabil 0 -400 VDC
– Greutate total a: >150kg

Certificate si conformitati:
– According to IEC 61400- 2
– CE-DIN EN 60204- 1 ;
– DIN VDE 0113 T 1 ;
– DIN EN 12100 ;
– DIN EN 418;
Accident prevent regulation BGV A3 (VBG4) ;
Dimensiuni (LxHxA): Intre 6 si 24m inaltime
Greutate totala: Intre 150 si 500kg